散热和能耗问题驱动冷却技术进步
数据中心冷却系统能耗占比仅次于IT设备，因此数据中心能耗水平的优化主要依赖于冷却技术的进步；同时，比能耗更为关键的高密度计算的散热挑战，也驱动着冷却技术的持续发展进步。
1.空气冷却技术演进路径
随着云计算、大数据、人工智能等技术的广泛应用，数据中心架构正从传统架构向云原生架构演进，数据中心基础设施也不断地演进和变化。同时，随着各行业数字化转型的加速，数据量呈现爆炸性增长，数据中心规模也在不断扩大，数据中心对能源消耗的关注度不断提高，数据中心能效成为衡量数据中心性能的重要指标，而通过数据中心能耗分析数据可以看出，冷却系统的能耗是仅次于IT设备耗电的，因此，数据中心冷却技术也紧密伴随数据中心发展不断演进：
1)数据存储和简单计算阶段。数据中心最早出现在20世纪60年代，采用的是以主机为核心的计算方式，一台大型主机就是数据中心，如IBM360系列计算机，其主要业务是数据的集中存储和管理。机柜功率密度约为1～2kW/rack，主要依靠空调系统和机柜内部风扇即可满足散热需求。
2)数据处理及业务应用阶段。20世纪70年代以后，随着计算需求的不断增加、计算机价格的下降以及广域网和局域网的普及、应用，数据中心的规模不断增大，数据中心开始承担核心的计算任务。机柜功率密度约为1～5kW/rack，主要依靠机房空调系统和机柜内部风扇进行散热，冷却效率较早期有所提升。
3)数据运营服务阶段。20世纪90年代，互联网的迅速发展使网络应用多样化，客户端／服务器的计算模式得到广泛应用。数据中心具备了核心计算和核心业务运营支撑功能。机柜功率密度为5～10kW/rack，主要依靠机房空调系统、机柜内部风扇，并采用冷热空气管理、后门热交换器等冷却方式，冷却效率显著提升。
4)云数据中心阶段。进入21世纪，数据中心规模进一步扩大，服务器数量迅速增长。虚拟化技术的成熟应用和云计算技术的迅速发展使数据中心进入了新的发展阶段。机柜功率密度不断抬升，10kW/rack～15kW/rack机柜成为主流，空调制冷系统结合自然冷却技术的制冷方式成为降低数据中心能耗的有效手段；同时，液冷技术既能解决高热流密度芯片散热问题，又可实现全年全地域自然冷却，大幅降低制冷能耗，作为新兴技术迅速占据市场。
2. 液冷技术兴起路线
1)液冷技术在计算机领域的兴起、曲折前进和近几年的快速发展历程，根源始于信息技术的发展应用和芯片技术路线的演进变化。液冷技术最早在第一次工业革命时便已应用于机械加工行业，自第二次工业革命至今，电力行业变压器仍采用变压器油进行降温，随着液冷技术的发展成熟，液体冷却方式逐渐在军事、航空航天、能源等领域得到应用。计算机领域早期散热方式主要通过空调系统制冷，随着计算机性能不断提高，设备的功率密度也越来越高，通过液冷技术取代空气冷却成为解决散热难题的最优解。1964年，IBM推出了世界首款冷冻水冷却计算机System360，开创了液冷计算机先河。这款计算机是当时运算速度最快、性能最强的机器，主要用于科学应用领域的高速数据处理（比如太空探索、亚原子物理学、全球气候预测等），为确保该大型机在高速运算中不会发生过热宕机，IBM首度开发了水冷系统。但在随后的几十年，由于在较低热负荷时空气冷却成本更低、安装部署更为简单，液冷技术并未被重视。21世纪初，随着芯片功耗的不断提升和机柜功率密度，液冷技术又一次步入发展的快车道。2008年，IBM对外发布基于Power6处理器的液冷计算机节点，该服务器采用了14个内置水冷管道；2009年Intel英特尔推出矿物油浸没技术；2013年，美国绿色革命冷却技术公司GRC首创为了容纳浸没液体而水平放置机架的设计；2018年，谷歌发布的TPU3.0pod因其庞大的算力消耗而第一次在数据中心中采用了液冷技术。
2)国内随着信息技术赋能千行百业，数据中心能耗和芯片散热问题也得到重视，国家和地方出台了一系列数据中心能效水平限值要求，如工信部规定新建大型、超大型数据中心PUE不超过1.3。液冷技术在国内有了迅速成长壮大的土壤，国内如曙光、华为、浪潮、联想、新华三和中兴通讯等代表性厂商已经纷纷推出了系列液冷产品。中科曙光最早于2015年推出国内首款标准化量产的冷板液冷服务器，同年，中科院大气物理研究所的“地球数值模拟装置原型系统”率先使用冷板液冷服务器，大大提高散热效率，也成为国内液冷服务器大规模使用的第一个公开案例。2017年华为推出FusionServer板级液冷方案，同年浪潮发布了以冷板液冷服务器为核心的解决方案；2018年阿里在其自建的张北数据中心部署了浸没式液冷系统；2019年中科曙光实现全球首个“高效全浸式液体相变冷却技术”的大规模部署。随着国内主流服务器厂商纷纷加快推出自己的液冷服务器和液冷系统产品，液冷技术开始逐步走向成熟并开始批量化、规模化使用。
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