取瓢东江水 “浇”出我国最节能数据中心
曾 文 本报记者 俞慧友
湖南，郴州资兴市，有一个美丽的“地上水库”——东江湖。这里独特小气候环境形成的“雾漫小东江”等奇景，吸引着世界各地的摄影爱好者。
产好鱼、有美景的东江湖，近两年又给人们带来了新惊喜：“养”出了我国最节能的数据中心。
“我们用东江湖水作为冷源，采用与湖南大学联合研发的‘热管高效换热技术’，降低数据中心在散热上的能耗，PUE(能源效率指标)控制在1.05—1.16范围内。目前，东江湖大数据中心能耗和运行成本可降低40%左右，是全国最节能的数据中心之一。”长沙麦融高科股份有限公司董事长、首席专家廖曙光对科技日报记者说。
悠悠东江水 带走数据中心热量
“互联网+”和大数据技术的迅猛发展，让承担技术发展的基础设施大数据中心，变得越来越庞大，所对应的能耗也逐年骤增。数据中心能耗，主要来自IT设备运行及设备散热这两大部分。其中，用于散热的冷却系统能耗，占到了机房总能耗的30%—50%。
在业内，有一种衡量能源使用效率的指标，即PUE。这一数值越接近1，则代表着散热的能耗越低，也就越节能。在我国，数据中心的平均PUE值徘徊于2.0—3.0，远高于发达国家。
“衡量数据中心运转水平的指标，有服务范围、运算速度、存储可靠性等。要优化这些指标并不算难。但要降低散热能耗，却是大难题。”数据中心运营维护方、湖南云巢信息科技有限公司董事长雷建军说。
除了数据中心诸多设备散热难，随着计算机技术的发展，CPU体积越来越小、热密度越来越高，也极易因过热引起“热失效”，造成机器宕机。高效散热，也是CPU技术亟须解决的瓶颈难题。
如何破？业内刮起了“自然风”。利用自然冷源，如空气、水等，冷却数据中心系统，能耗低、能源利用效率高，广受欧美等发达国家的关注。雅虎“鸡窝”式数据中心、Facebook的数据中心和微软柏林等地的数据中心，均直接利用了室外空气对服务器进行冷却。谷歌比利时数据中心则利用运河水带走服务器热量，PUE值在1.1到1.3之间。
受此启发，东江湖不可复制的冷水资源被团队“瞄”上了。东江湖水面面积160平方公里，正常蓄水量81.2亿立方米，其下游的小东江水温常年保持在8—13℃，水质清澈，年径流量达15亿立方米。
根据对东江湖历年水位和水温的调查，及实地考察，专家推算出，在东江湖可利用自然冷源的时间，有望占据数据中心总运行时间的99%，能大幅降低数据中心能源消耗和运行成本。
2016年4月，东江湖大数据产业园建设启动。麦融高科股份有限公司成为了数据中心冷却技术的系统集成、产品技术、工程技术实施者。一年后的6月下旬，自带“冷库”的东江湖大数据中心开业，年均PUE值控制在1.15以内，年节约用电5000万度以上。资兴市政府相关负责人表示，预计整个东江湖大数据产业园投入运营后，年节约用电量有望高达50亿度。
巧“取”豪“夺” 最节能数据中心这样炼成
听起来“轻松”的方案，实施起来，却依靠着团队的巧“取”豪“夺”，才最终成就了这座中国最节能的数据中心。
取水，是第一个技术活。湖南大学教授张泉介绍，取水点选在离东江湖发电水坝大约10公里的位置。从水坝流出，到取水点，水温稳定在12摄氏度左右。“水坝深水区水温在4—5摄氏度左右，但基于在散热过程中不产生冷凝水的需求，选择了12摄氏度水温点取水。”同时，在分析了东江湖20年左右的水文资料后，进行了取水点的“蓄水房”的判断定位，以确保取水成功。
张泉透露，为数据中心散热，节能是目标，但安全却是第一要务。“每宕机一次，按全球造成的损失赔偿平均价格看，在240万美元左右。数据中心必须确保24小时不间断工作。”
怎么办？必须有“备胎”。团队准备了“双电源”备用，并搭配了蓄电电池、柴油机发电，及两个可储存360立方水的蓄冷罐，多“备胎”确保数据中心不宕机。
此外，他们还将来自航空航天的热管技术“移植”到数据中心，用于热交换。别看热管技术早在上世纪就有，可在具体应用时，工质的“配方”、热管结构等，都属于“秘方”级技术。最终，数据中心充分利用了微通道热管的高效潜热换热进行机柜冷却，常年可实现无动力运行。运行中，还实现了无冷冻水进入机房，大大降低了冷冻水可能带来的泄漏等安全隐患，提高了服务机架的利用率。
廖曙光总结，团队为项目规划了两套制冷系统：一套为湖水直供系统，深层湖水经换热器制取冷冻水为服务器降温，换热后的湖水经密闭管道排放至东江湖下游，全程对湖水水质无影响。另一套为集中式冷冻水系统，配置4台高压离心式水冷机组及配套设施作为备用， “我们致力于打造赶超世界先进水平的数据中心。”他说。
“一般数据中心PUE值能做到1.5，就很不错。东江湖数据中心的PUE值保持在1.05至1.16之间。”雷建军说。截至目前，数据中心共有350个机柜、3000多个服务器运行，比采用空调制冷的普通数据中心节能高达30%以上。
热管技术为核心 将精准降温进行到底
安全可靠节能，东江湖数据中心获得了国家最高等级的A级机房认证，成为了我国最绿色节能的互联网数据中心。该节能案例，还被写入了我国首部数据中心节能技术教材——《数据中心节能技术与应用》。
然而，这只是起点。麦融高科股份有限公司和湖南大学的联合团队，还有着更多的梦想：要以热管技术为核心，不断衍生出新生代技术和产品。
目前，团队正着力研发“靶向冷却技术”。该技术可改变以往对房间级制冷、行间级制冷的“套路”，直接瞄准“元件级制冷”，对需要冷却的芯片等核心元件进行精准制冷。这一研究，已获国家重点研发计划支持，并已在我国超级计算原型机上进行了“初体验”。
针对集中蓄冷，存在的占用面积大等问题，团队则拟利用相变储能材料，结合三元双向换热技术，研究分布式蓄冷产品和系统。
“热管技术早在上世纪就有了。但仍有很多核心技术需进行深入研究。我们在进行理论研究的同时，还在进行大量的实验认证，解决这些技术在应用上的关键难点。”廖曙光说。
