摘要：随着我国信息技术的发展和互联网络的普及，计算机已经成为了人们生活、工作不可或缺的重要工具，在应用计算机和互联网的过程中，会产生大量的信息及数据，要实现对海量信息数据的存储、整合、保管与利用，就需要进行数据中心机房的建设。随着科技的飞速发展，我国正在迈向数字化时代，这一时期的背景使得 数据中心 的运维管理工作取得了长足的进步。数据技术的广泛应用，为各行各业的生产和管理提供了极大的便利。在这种新的信息技术发展趋势下，如何充分利用数据中心高效液冷技术的优势，制定出适当的管理策略，将会对数据中心的未来发展起到至关重要的作用。

关键词：数据中心；高效液冷技术；研究现状

数字化浪潮正在席卷着千行百业。数据中心是数字经济时代的核心基础设施和国家战略资源。作为“新基建”的代表产业，数据中心为人工智能、移动互联网、物联网等产业的快速发展提供了重要支撑，是我国数字经济发展的重要引擎。数据中心的能耗主要发生在服务器散热和电力传输两个环节，在液冷方面，一方面，需要在保证相同处理能力的前提下，提高服务器等主要设备的电源效率，降低设备功耗；另一方面，还需要提高液冷效率，从而降低相关辅助液冷系统的功耗，在电力传输的前后环节，可以优化供配电系统设计，辅以新型节能变配电系统等。高效液冷技术的加持可以让数据中心提供更好的运行策略来降低能耗，成为节能技术的发展方向之一。基于此，本文针对数据中心高效液冷技术的应用进行重点分析。

数据中心总体架构设计

随着社会的快速发展，许多数据中心客户的方向在这个阶段发生了变化，全球化趋势成为影响客户选择的关键因素。许多国家过去一直处于孤立状态，但随着进入应对全球气候变化的关键时期，这种情况必须改变。能源、成本效率、新技术以及社区参与是至关重要的，通过寻找余热回收利用提供平衡的服务来实现能源转型。

随着越来越多的电动汽车、5G、人工智能和机器学习等的使用量大幅增长，对数据的需求也在持续上升。数据中心行业的增长也必须是可持续的，并对设施所在的社区产生积极影响，这绝对是我们现在要更加关注的事情。虽然数据中心的建设持续刷新历史最高水平，但它们也面临着多种批评。一方面，它们消耗大量电力和水资源；另一方面，它们的运营会排放温室气体，产生大量废弃物，往往需要填埋处理。在生产和日常生活中，无论是视频交流、网上购物、网上社交、沉浸式视频会议、工业流程和生产控制等，都离不开数据中心的输出。数字世界需要大量的处理和存储能力，这是数据中心指数级增长的驱动力[1]。

如何提高数据中心的能源效率，减少其对环境的影响，解决电力供应带来的挑战，已成为当前备受关注的话题。作为数据中心等关键应用领域基础设施建设和数字化服务的全球领导者，施耐德电气每年年初都会基于深刻的行业洞察和实践，发布《看得见的未来——数据中心市场的新趋势与新突破》，揭示新的一年数据中心行业将会发生哪些变化，如何影响未来的发展方向，以及这些变化和趋势对数据中心运营商产生的价值和意义。

现代数据中心需要在云计算和大数据技术的基础上，覆盖基础设施、数据资源、云计算平台、业务应用、运维管理、安全防护等不同的功能属性。大数据和云计算平台主要是对各个系统形成的数据进行汇总，并通过过滤、多维分析等方式进行处理。在此基础上，可以对平台上的数据进行深入地分析和挖掘，获得最终可用的数据。门户应用程序（如“Manage Cockpit”）可用于向最终用户显示最终可用数据。业务应用系统需要实现信息的交换和共享，这就要求数据中心使用统一的服务平台提供相应的信息服务。此外，数据中心还可以对相应的资源进行综合监控和管理，可以采用多样化的方式（如二维拓扑、三维仿真、动态环境系统等）实现综合管理服务。安全保护部分是保证整个系统安全的基础，可以保证系统的访问、连接和主机的安全。此外，基于大数据和云计算技术的数据中心是相对开放的平台，允许用户轻松扩展和开发内容，从而形成更多样化的服务和功能，并能够灵活配置各种资源（如计算资源、网络资源、存储资源等）。

数据中心高效液冷技术应用意义

高效液冷技术并不是一项新技术，从液冷历史来看，海外企业更具先发优势。早在1964年，IBM公司就研发出了世界上首款冷冻水冷却计算机System360，开创了液冷计算机先河。此后高效液冷技术突破性进展不大，直到2008年，IBM重回液冷，发布了液冷超级计算机Power575。2009年， Intel 推出了矿物油浸没散热系统。此时，全球气候变暖的环境下，节能减排形势日益严重。如“南水北调”一般，“东数西算”是一项巨大的工程，不能一蹴而就。工程启动至今时隔两年，一些问题也逐渐凸显。例如，大量数据中心服务器的CPU平均利用率仅为5%至10%，多数时间处于低效的“空转”状态；一些地方甚至尚未理清数据中心原理，就盲目扎堆上项目等一系列问题已经显现，加剧了数据中心的能耗高、碳排放高的困境[2]。

信息技术的快速发展，数据中心需要承担更多的处理任务，其算力和功率都在不断提高，这直接导致了支撑IT设备运行的能耗的增加，除了运行设备所需的电能之外，数据中心还需要大量的电力来散热。IT设备会将99%以上的电能转化为热能，如果这些热量不能高效降温，将对服务器产生巨大的负面影响，液冷散热为行业发展的必然趋势。

液冷技术在国内的发展比国际晚了仅50年。这也与中国互联网起步和发展晚于国际密切相关。中科曙光从2011年率先开始了服务器高效液冷技术的探索与研究，并于2013年完成了首台冷板式液冷服务器原理机和首台浸没式液冷原理验证。随后，华为、浪潮信息、联想、阿里巴巴等一众国内企业先后实现了液冷服务器大规模商业应用项目的探索与落地。实际上，高效液冷技术虽然早已诞生，但由于传统服务器对使用寿命和安全性要求高，一直未曾实现大面积的应用。高效液冷技术节能减排特点显著，与传统风冷技术相比，可降低数据中心约30%-50%的能耗。此外，高效液冷技术还具有高散热密度、低噪音和占地面积小等优点。在总结高效液冷技术应用策略之前，需要对数据中心进行分类。数据中心依据自身功能、规模、负载类型等因素可以分为不同的类型，如智能化数据中心、高性能计算数据中心、云计算数据中心等。每一种类型的数据中心在使用高效液冷技术过程中都会面临不同的问题和需求。因此，需要针对不同类型的数据中心制定不同的应用策略[3]。

数据中心高效液冷技术分析

浸没式液冷技术

浸没式液体冷却技术将服务器浸入特殊的矿物油或氟碳化合物中进行冷却。该系统对矿物油和碳氟化合物的化学成分、密封和净化条件要求较高。一般单机功率超过12kW的机房建议采用液冷方式。与风冷相比，液冷可以有更高的效率。但所有液冷服务器都需要定制，初期投资高，对建筑承载能力有一定要求，后期维护投资大。例如华为外挂式水冷板式液冷服务器，需要使用华为公司专门提供的蒸馏水。其实，这也反映了液冷技术的一些弊端，与传统的风冷服务器相比，专用的液冷服务器会给机房日常的运维工作带来一定的困难。

冷板式液冷技术

冷板液冷是一种紧密耦合（间接接触）的液冷技术，主要通过冷板、支管和冷却分配装置与设备的更近距离接触。冷板相当于冷却系统中的“皮肤”。对于高密度散热的服务器，服务器内部的散热空间非常小，这意味着冷板需要离服务器内部的发热部件更近，才能实现高效地换热。支管负责输送分布在服务器两端的冷却介质，并与冷板相连，相当于人体内连接心脏和人体组织的“血管”。因此，冷却分配装置相当于冷却系统中的“心脏”，保证冷却介质在冷却系统中的循环效率。理想情况下，液冷技术在精确制冷过程中PUE可达1.01-1.20，显著降低数据中心的能耗。目前，行业内广泛使用的液冷技术多为间接液冷（板式），也有采用直接液冷方式，如阿里采用的单向浸入式液冷技术。由此可见，在可预见的未来，液冷技术将在数据中心制冷系统中占据重要地位。

数据中心高效液冷技术应用策略

优化数据中心的布局和空间利用

智能化数据中心作为目前最常见的数据中心类型，其规模庞大、负载密集，并且对能耗和性能要求较高。针对智能化数据中心的特点，高效液冷技术应用策略应包括以下三个方面。

第一，规模扩大的策略。随着智能化数据中心规模的不断扩大，高效液冷技术的应用在规模扩大方面将发挥重要的作用。包括采用更大规模的液冷技术、优化数据中心的布局和空间利用率等。 第二，能效提升的策略。智能化数据中心对能耗要求较高，因此高效液冷技术的应用策略应包括提高能效的措施，如采用高效的液冷技术、优化能源利用等。 第三，智能化管理的策略。随着智能化数据中心规模的不断扩大，其管理和维护成本也会逐渐增加。高效液冷技术的应用策略应该包括智能化管理的措施，如采用智能化的液冷控制系统、实时监测和管理等。

利用高效液冷技术提升散热效率

随着智能化和大数据时代的到来，数据中心规模不断扩大，对能源消耗和散热管理提出了更高的要求。传统的空气冷却系统已经无法满足大规模数据中心的散热需求。因此，高效液冷技术在解决数据中心规模扩大带来的散热问题方面具有巨大的潜力。高效液冷技术可以通过直接将冷却介质（如水）接触到热源，以更高的散热效率来降低数据中心的温度。云计算数据中心由于其分布式的特点，所处环境复杂多变，对高效液冷技术的应用提出了不同的需求。针对云计算数据中心的特点，高效液冷技术应用策略应包括三个方面。

第一，灵活性和可扩展性的策略。云计算数据中心由于分布较广，所处环境差异较大，要求高效液冷技术具有灵活性和可扩展性。策略可以包括采用模块化的液冷技术、可调控的液冷设备和系统等。 第二，适应环境变化的策略。云计算数据中心所处环境复杂多变，高效液冷技术的应用策略应包括适应环境变化的措施，如应用适应不同环境温度和湿度的液冷技术、优化冷却介质选择等。 第三，能耗控制的策略。云计算数据中心由于分布较广，能源和供电成本相对较高。因此，高效液冷技术应用策略应包括能耗控制的措施，如采用能效较高的液冷技术、优化能源利用等。

加强数据中心液冷安全建设

液冷安全是数据中心机房安全建设的重要保障。液冷安全主要是指机房内部物理环境，具体包括机房内的各类消防、减灾、供电等的设施。首先，从供电设施上来看，电力是机房安全和稳定运行的保障，要提升数据中心机房的安全性能，就要尽可能将外部的风险问题发生几率降到最低，优化机房内的供电线路设计，可以引入双路供电系统，采用双UPS，一旦机房的电力负荷过载，出现断电等问题，UPS至少可以维持两小时的供电，这样就为数据备份等提供了时间。其次，从数据中心机房的消防减灾系统设置上来看，为避免自然灾害或者消防事故对机房信息系统及数据的破坏，机房内必要配置高性能的防雷、抗震以及环境监测设备，同时设计火灾自动报警系统，及时发现安全隐患。再次，还要注意数据中心机房的环境安全，将机房的温度和湿度都控制在科学的范围之内，建立专门的通风和除湿系统，以免由于环境湿度过大影响数据中心的安全运行。最后，数据中心机房的液冷安全还要从机房进出这方面加以控制，尤其是有关人员进入机房的核心区域，必须有严格的登记审批程序，控制进出时间，保留监控记录，降低机房人为安全问题发生。

增强数据中心信息安全建设

信息安全是数据中心机房安全建设的核心，信息安全主要是指通过采用一定的技术手段，保证数据中心存储、处理和传输的信息的保密性、完整性和真实性。在数据中心的信息安全建设过程中，数据中心应该遵循一定的原则。不同的信息数据具有不同的安全保护级别。通过对信息的组织和分类，建立分层次的信息安全体系，实现分层次的信息安全管理。它是一个技术原则，要实现信息安全建设，必须依靠安全防御技术的支撑。通过技术架构有效识别和防范信息风险，构建信息安全技术体系，提出相对应的技术措施。一是身份识别与认证，这需要对被访问的主体和客体进行必要的身份识别；二是访问管理，即对整个访问过程进行加密和监控，通过防止恶意代码等技术手段保证访问过程的安全性；三是进行完整的访问记录和审计跟踪，一旦出现访问安全问题，可以通过访问记录来识别安全问题和安全隐患；四是及时对机房内的信息数据进行备份和处理，提高整体保护效果。数据中心的硬件配置需求较高，每台分布式服务器要保证CPU为双路24核Intel 处理器以上，内存至少在512GB 。配置2块480GB SSD硬盘或2块600GB10GKSAS 硬盘，采用RAID1 格式，确保数据中心运行的稳定性。

结语

随着国家节能减排政策越来越严格，以及5G、大数据、人工智能、云服务应用所需的资源越来越多，保障数据中心运营效率和节能工作成为重点难题，通过优化数据中心布局、建立高效液冷手段等措施，保证在数据中心全生命周期内做到能耗控制和管理，为数据中心在数字经济中发挥的作用做好保障。 参考文献：

[1] 杨辰，李俊山. 基于数据中心高效液冷技术分析[J].信息技术与标准化，2023，（12）：55-58. [2] 庄泽岩，孙聪，张琦，等. 数据中心高效液冷技术与应用现状分析[J]. 通信管理与技术，2023，（03）：27-30. [3] 冯帅，王国岩，何嘉俊，等. 浸没式交换机液冷技术仿真与实验[J]. 制冷学报，2023，42（03）：135-144.