各國對(duì)E級(jí)超級(jí)計(jì)算機(jī)的競(jìng)逐，標(biāo)志著高性能計(jì)算發(fā)展進(jìn)入一個(gè)新的歷史階段。然而，擺在全球高性能計(jì)算專家面前的一個(gè)難題是，在提升計(jì)算速度、搭建超大規(guī)模計(jì)算集群的同時(shí)，如何降低系統(tǒng)功耗？按照國際公認(rèn)標(biāo)準(zhǔn)，E級(jí)超算的功耗應(yīng)低于20MW，即便適當(dāng)放寬要求，系統(tǒng)功耗也不應(yīng)超過30MW。

翻越“功耗墻”的必由之路

全球領(lǐng)先的高性能計(jì)算機(jī)制造商曙光也正參與在E級(jí)超算設(shè)備研發(fā)的大潮中。作為國家“十三五”高性能計(jì)算專項(xiàng)支持的開展E級(jí)超算系統(tǒng)研制的3家單位之一，曙光在SC16大會(huì)上亮出了解決E級(jí)計(jì)算“功耗墻”的法寶——采用全浸沒相變冷卻技術(shù)來解決整套系統(tǒng)的散熱問題。

“E級(jí)高性能計(jì)算機(jī)研制，是國家‘十三五’高性能計(jì)算專題中的一項(xiàng)重要工作。這套系統(tǒng)密度高、功耗大，最終單機(jī)柜功率密度可達(dá)60kW、全系統(tǒng)總功耗或?qū)⑦_(dá)到30MW，對(duì)冷卻系統(tǒng)的能流密度和系統(tǒng)PUE值都提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)?！?數(shù)據(jù)中心產(chǎn)品事業(yè)部總工程師沈衛(wèi)東說。

他解釋說，對(duì)于下一代超級(jí)計(jì)算機(jī)，傳統(tǒng)的風(fēng)冷技術(shù)已難以實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的高效散熱，而由于液態(tài)冷卻液的散熱效率比空氣高上千倍，所以給液冷技術(shù)帶來兩大好處：一是液冷技術(shù)突破了CPU的散熱瓶頸并大幅提升了設(shè)備功率密度，而是減少室內(nèi)側(cè)傳熱總溫差從而去掉空調(diào)設(shè)備及壓縮機(jī)，允許全年自然冷卻，從而大幅降低PUE值。

目前市場(chǎng)上已開發(fā)的液冷服務(wù)器大多為冷板式即間接式液冷服務(wù)器。但是，從長(zhǎng)遠(yuǎn)角度看，直接冷卻式液冷能解決更高熱流密度的散熱問題。直接冷卻式又稱浸沒式冷卻，冷卻液與被冷卻對(duì)象直接接觸，冷卻效率更高。

曙光浸沒式液冷展示機(jī)

“從目前國內(nèi)外最新的研究進(jìn)展來看，使用液態(tài)冷卻液替代空氣來對(duì)計(jì)算機(jī)設(shè)備進(jìn)行冷卻，是未來計(jì)算機(jī)設(shè)備的一場(chǎng)技術(shù)革命?！鄙蛐l(wèi)東說，降低數(shù)據(jù)中心能耗的技術(shù)手段有很多，但要應(yīng)對(duì)E級(jí)超算的“功耗墻”，已經(jīng)不是簡(jiǎn)單地優(yōu)化數(shù)據(jù)中心建設(shè)問題，必須革命性地改變計(jì)算機(jī)等設(shè)備的冷卻方式，而成熟高效的浸沒式液冷技術(shù)將是翻越E級(jí)超算功耗墻的不二之選。

“曙光液冷”的技術(shù)儲(chǔ)備

近年來，曙光與世界知名企業(yè)合作逐漸增多，并致力于液冷技術(shù)的產(chǎn)業(yè)革命。通過曙光液冷技術(shù)開發(fā)團(tuán)隊(duì)潛心攻關(guān)、突破瓶頸，如今，積淀的液冷技術(shù)已經(jīng)由量變引起質(zhì)的飛躍。截至目前，曙光已申請(qǐng)液冷相關(guān)專利40余項(xiàng)，并將掌握的技術(shù)專利轉(zhuǎn)化成420原型機(jī)、W560-LI全浸式液冷系統(tǒng)、浸沒式液冷展示機(jī)等液冷先驅(qū)產(chǎn)品。

早于2015年9月，曙光就發(fā)布了國內(nèi)首款可量產(chǎn)化的TC4600E-LP液冷服務(wù)器，并順利實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)和商用，在液冷技術(shù)的市場(chǎng)化實(shí)踐上走在了前列。而真正彰顯曙光在液冷技術(shù)上領(lǐng)先地位的，則是隨后在全浸沒式液冷技術(shù)上的突破。

曙光浸沒式液冷展示機(jī)細(xì)節(jié)部分

沈衛(wèi)東介紹，曙光的浸沒式液冷技術(shù)是通過將主板浸沒在電氣絕緣、化學(xué)穩(wěn)定、無毒、無腐蝕性、低溫室效應(yīng)的冷卻液中，利用冷卻液的沸騰汽化帶走熱量，冷卻液蒸汽在頂端冷凝，在重力作用下滴落回到腔體中，在腔體內(nèi)部完成冷卻循環(huán)，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的浸沒式冷卻。

液冷技術(shù)前景誘人

全浸沒式液冷相變技術(shù)由于采用了特殊的冷卻液，可以大大提高散熱的熱流密度——它能夠?yàn)閱螜C(jī)柜功率密度高達(dá)100kW的服務(wù)器設(shè)備進(jìn)行高效冷卻?？梢韵胂?，當(dāng)數(shù)據(jù)中心單機(jī)柜的熱流密度進(jìn)一步增加時(shí)，浸沒式液冷便會(huì)得到廣泛的應(yīng)用。

“全浸式相變冷卻技術(shù)為更高密度的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)掃除了障礙，可使機(jī)房面積降低到原來的十分之一?！鄙蛐l(wèi)東說，浸沒式液冷可廣泛應(yīng)用于超級(jí)計(jì)算機(jī)和普通服務(wù)器的散熱，為超算中心和大型數(shù)據(jù)中心的散熱問題提供一個(gè)優(yōu)異的解決方案。

因此，盡管液冷服務(wù)器仍有設(shè)備維護(hù)專業(yè)性要求高、產(chǎn)業(yè)化初期成本較高等問題存在，面臨著相應(yīng)的機(jī)房建設(shè)和運(yùn)維標(biāo)準(zhǔn)尚未建立、產(chǎn)業(yè)鏈尚不完善等現(xiàn)狀，但這些技術(shù)和市場(chǎng)方面的障礙無法阻擋用戶對(duì)整個(gè)數(shù)據(jù)中心更低TCO及更高投資回報(bào)率的追求，以及亟需解決的E級(jí)計(jì)算“功耗墻”的要求，因此在大規(guī)模數(shù)據(jù)中心和高性能計(jì)算應(yīng)用領(lǐng)域，液冷完全替代風(fēng)冷指日可待。

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