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隨著云計算、大數據等新興技術的持續發展，各行各業數字化轉型成為必然，隨之而來的是不斷涌現的大型、乃至超大規模數據中心。統計顯示，2016年我國數據中心產業同比增長近40.4%。
然而，數據中心卻是個名副其實的“電老虎”，目前全球互聯網數據中心一年的用電功率已經超過了300億瓦特，這相當于30個核電站的供電功率。一座高端數據中心用電量相當于30到40棟高密度住宅樓房的用電量，《中國數據中心能耗現狀白皮書》顯示，2015年數據中心的電耗達1000億度，年耗電量超過全社會用電量的1.5%，因此每年的高額的電費支出成為了數據中心的主要開銷。
如何建設綠色數據中心，節能減排，減少電費開支，成為眾多企業和IT廠商共同亟需解決的難題。
高昂電費成為數據中心巨大負擔
位于廣州的中國移動南方基地是中國移動兩大綜合基地之一，它承擔著中國移動集中化、云計算和IDC的運維。南方基地數據中心的PUE值為2.2，這與國內大多數數據中心水平相當，據中國移動南方基地總經理林湧雙介紹：“南方基地一年用電額中近90%是用于數據中心的消耗。”
▲中國移動南方基地外景
而當前國際領先綠色數據中心PUE值僅為1.2，這之間存在著不小的差距。除了承擔業務重任，南方基地還肩負著對IT支撐架構進行創新研究和運維探索的重任。因此南方基地決定啟動對數據中心的改造，目標是將PUE值降低至國際數據中心的領先水平。
降低PUE值 需從致冷著手
眾所周知，數據中心的耗電量主要來自數據中心的運行以及冷卻散熱，致冷占了絕大部分。南方基地確定了以“去空調、去UPS”為方向，從致冷節能技術著手進行突破，有效降低PUE值。
目前IDC致冷節能技術已經歷四代演變：從傳統的“機房級”致冷、到“模塊級”和“機架級”致冷、再到“芯片級”致冷。中國移動南方基地總經理林湧雙談到，前三種為非接觸式致冷，散熱系統需低溫空氣作為散熱媒介，系統熱阻較高;最后一種為接觸式致冷，散熱系統無需空氣作為介質，系統熱阻可大大降低。“芯片級”致冷技術可在確保安全工作的前提下進行高效散熱，南方基地決定采用全新的“芯片級”致冷方案。
▲中國移動南方基地數據中心一角
為了進一步提升致冷效率，南方基地邀請了浪潮和另外兩家服務器廠商同時對芯片級致冷方案進行共同研發。南方基地提出了熱管水冷的方案，這與浪潮的液冷解決方案不謀而合，而另外兩家服務器廠商分別提出了浸泡式和直接水冷方案。
熱管水冷方案擁有可靠性高、維護便利、低成本、工藝復雜度低等優勢，理論上在滿足PUE值降低至小于等于1.2這個主要目標的同時，產品化的概率更高。而另外兩家服務器廠商的水冷方案雖然理論上也能滿足降低PUE值的目標，但要么實現成本太高，要么后期維護復雜，要么工藝復雜度高，均不具備向市場大規模推廣的條件。
南方基地對三種方案進行了長達2年的測試，用夏天最極端的高溫天氣測試獲得的PUE值為參考，對方案進行了評估，經過綜合衡量，最終確定選用熱管水冷方案。
方案很理想 服務器改造是關鍵
“芯片級”致冷方案雖好，但必須對服務器進行定制。因此，浪潮對傳統雙路服務器浪潮NF5280M4進行了設計調整，以熱管液冷模塊代替傳統的散熱翅片模塊，通過自然熱傳導帶走CPU等高發熱密度芯片的熱量。即使使用溫度高達45℃的水流，也可對CPU進行高效散熱，使其工作溫度保持在正常范圍內。
改造過程中對方案進行不斷優化，例如，液冷方案改變的服務器的整體散熱策略，浪潮研發人員經過多次嘗試，把服務器風扇數量減少到3個或2個，確保服務器不受影響，正常穩定地運行。在設計熱管時，為了避免熱管的形狀和排布降低實際散熱效果，浪潮聯合新創意的研發人員經過配合并多次優化，最終找到了散熱效率最高的方式。
除此之外，還對致冷系統進行了優化，由冷卻塔、板式換熱器、雙循環水路代替傳統精密空調，采用雙通道設計：“接觸式”致冷通道，排走高功耗高密度元器件的熱量;“非接觸式”致冷通道，排走低功耗低密度元器件熱量。為了保證服務器的運行安全，浪潮和申菱共同承擔方案優化，即將水流進行分區，外循環封閉于致冷設備間，同時在服務器接口部分設計了防漏接頭，內循環采用無腐蝕絕緣冷媒，以負壓方式驅動水流，經反復測試發現，這種方式即便出現水路漏點也不會對服務器造成影響。
再就是對供電系統的優化，采用市電直供，供電效率接近100%，使用高壓直流作為熱備份，確保市電失壓時無縫切換。
PUE達1.2以下 成為國家綠色節能標桿
林湧雙介紹，與傳統數據中心相比，這種新型數據中心節能效果突出，能效指標PUE值可由平均2.2降到1.2以下;省電節能高達45%，在同等業務能力下可減少機房建筑面積70%以上，配套投資下降10%以上，并可廣泛應用于高溫高濕地區，能有效推動我國數據中心的綠色發展。
▲中國移動南方基地總經理林湧雙介紹 “數據中心液/氣雙通道精準高效致冷系統”
據了解，這種芯片級節能綠色數據中心建設方案可有效降低能耗，該科技成果已獲得發明專利16項、實用新型專利35項，成功入選了國家2015年工業轉型升級資金綠色制造項目名單，關鍵技術成果被工信部鑒定為“國際領先水平”。接下來，該方案將進行大規模推廣，南方基地的創新試點可謂國家綠色節能新標桿，給運營商綠色節能帶來了新的方向。
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