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浪潮信息：自研液环式真空CDU技术，将被动应对变为主动防御

晰数塔互联网快讯
2023-05-29 21:30

毫无疑问，在“双碳”战略的大环境下，数据中心走向绿色低碳和可持续发展已成为“不可逆”的大趋势，特别是随着全国一体化大数据中心、新型数据中心等政策文件的出台、“东数西算”工程的正式启动，数据中心的建设规模和数量呈现出快速的增长态势，这也意味着数据中心行业所面临的“双碳”任务更加艰巨与紧迫，同样也对服务器产品的“节能减排”提出了更高的要求。

也正因此，液冷几乎成为未来新型数据中心建设的唯一选择。在此背景下，浪潮信息持续践行“All in 液冷”战略，目前已建成产能亚洲最大的液冷基地，构筑了研发、测试、生产、品控、交付的全链条液冷智造能力。

更为关键的是，在液冷技术创新方面，浪潮信息还通过积极的实践和探索，自研了一种可以使得液冷系统二次侧均为负压的动力单元——液环式真空CDU，彻底避免了漏液问题的发生。这项技术最大的创新点，在于突破了液冷循环系统必须采用高压水泵，才能实现液体循环流动的“定律”，它仅依靠真空泵通过不同传感器控制多腔室功能切换，即可实现流体的循环流动，在技术极简化的同时，也让液冷系统变得更加低风险和高可靠，真正推动液冷系统安全从过去的“被动应对”到“主动防御”的转变。

客观地说，在液冷技术正在走向产业化的趋势下，浪潮信息这种敢于创新，勇于创新的态度和精神，也将加速数据中心迈入液冷时代，推动数据中心产业转型升级，助力百行千业实现绿色低碳化高质量发展。

直面液冷系统安全挑战

在液冷技术领域，目前常用的液冷技术通常是浸没式液冷和冷板式液冷。其中，浸没式液冷由于成本高、维护困难，因此在市场中的应用规模相对较小；而冷板式液冷则是通过发热器件与装有液体的冷板直接接触来散热，或者由导热部件将热量传导到冷板上，然后通过冷板内部液体循环带走热量，因此可以有效地满足高功耗、高密度散热数据中心的需求。

不仅如此，冷板式液冷技术，由于服务器芯片等发热器件不用直接接触液体，对现有服务器芯片组件及附属部件改动量较小，可操作性更强，经过过去几年市场的探索与实践，冷板式液冷目前也成为了整个市场成熟度最高、应用最广泛的液冷散热方案。

而与此同时，冷板式液冷也面临着当前液冷技术应用中存在的漏液风险。常规液冷系统内部为正压，即系统内部流体压力大于外部大气压，因此存在着当系统某处管路发生破裂、松动或冷板腐蚀后冷却液泄漏的问题，而目前广泛使用的水和丙二醇水溶液等冷却液通常具有导电性，由此就会造成服务器损毁，并引发严重的安全事故。此前，某全球大型互联网托管厂商的一套水冷系统发生冷却液泄漏事故，直接导致其在巴黎数据中心内的一台存储阵列遭受损坏，进而引发超过5000个网站长达24小时的服务中断。

此前，针对冷却液泄漏的风险，业界也有对应的一些解决方案，那就是安装漏液检测系统，当发现冷却液泄露时，进行及时的告警，尽快定位泄露节点进行修复，而这种方案当小型泄露发生时，其应对能力尚为有效，而当出现液柱大口喷射的情况时，突发且短时间内扩散可导致系统宕机，使得漏液检测系统无法规避事故损害。

基于这样的市场“痛点”，浪潮信息“反其道而行之”的推出了一种可以使得液冷系统二次侧均为负压的动力单元——液环式真空CDU，其最大的创新和突破，就在于从根源解决了漏液问题，在负压环境下，当管路发生破裂时冷却液不会外泄，而是会被“吸”回管路内，解决系统安全隐患。同时，通过设计这种多腔室切换的负压液冷系统，突破了液冷循环系统只有采用高压水泵才能实现液体循环流动的“定律”，实现了仅依靠真空泵通过不同传感器控制几个腔室的功能切换即可实现流体的循环流动，在技术极简化同时也实现了可靠性的大幅提升。

具体而言，浪潮信息自研的这套液环式真空CDU，主要包括真空动力单元和腔室切换单元，真空动力单元主要包括真空泵、抽吸气管路、电磁阀等部件，能够为系统运行提供驱动力；腔室切换单元包括液位传感器、水箱、单向阀等部件，则能够为系统提供冷却液。同时，在以上两个单元合力作用下，即可保证冷却液在腔室中循环流动，最终实现该负压液冷系统的稳定运行。

相比传统的CDU技术，浪潮信息自研的液环式真空CDU液冷技术真正实现了液冷系统的低风险、高可靠，其优势主要体现在两个方面：第一是解决了冷却液泄露问题，无需漏液监测设备；第二是其运用真空泵制造的压差小于1个大气压，因此也降低了对液冷管路、流体连接器耐压性的要求，最大化提升了系统可靠性，也将有力地推动冷板式液冷技术的普及。

被动应对变为主动防御

但是，要保证这套负压系统的稳定运行，仅利用真空泵提供动力，让冷却液在系统中真正“流起来”且“流得稳”并不容易，这是浪潮信息在液环式真空CDU液冷技术研发设计过程中，需要去解决和突破的核心问题，同时也对其技术研发的工程师们带来了巨大的考验。

据了解，为了让液环式真空CDU技术真正实现落地，浪潮信息的技术研发工程师在研发过程中无论是在方案的逻辑设计、关键部件选型以及适应性设计和技术难点攻克等方面都做了深入的调研，并通过大胆探索和勇于的实践，最终找到了最为“匹配”的解决方案，由此让液环式真空CDU在冷板式液冷领域成为了一项“颠覆性”的技术创新。

首先，在逻辑设计方面，浪潮信息的技术工程师希望从“根源”上化解冷却液泄露的风险，首先就是要保障整个负压液冷系统能够实现稳定的运行，由于技术路线选择的是二次侧均为负压的动力单元设计，因此在保证二次侧出口的压力是负压的同时，又要保证液冷系统提供的压力和压差能够实现最大化。

围绕这个设计目标，浪潮信息的技术研发工程师提出了很多不同版本的方案，同时进行了多次迭代，从理论设计，到方案可行性再到实现成本方面都进行了广泛的评估，寻找最优的逻辑方案，最终设计出了一种多腔室切换的负压液冷系统。在运行过程中，系统会根据腔室的液位高度来控制不同阀门开闭，使冷却液不断在不同腔室间流动切换，保证液环式真空CDU负压液冷系统实现稳定运行。

其次，在关键部件选型方面，浪潮信息遇到的最大挑战在于，由于液环式真空CDU技术在业内属于全新的创新，因此很多关键部件在在整个行业中都是首次设计，如真空动力单元中的真空泵、电工阀、电磁阀等关键部件在常规的CDU方案中都没有应用经验可供参考，再加上市场上提供的部件种类以及产品规格也十分复杂多样，因此如何选择和液环式真空CDU技术最为适配的关键部件，并且还要进行专门调试让其能够与系统之中形成最佳的运行状态，同样也是浪潮信息需要去解决的问题。

因此，浪潮信息的技术研发工程师本着“每一处细节、每一个部件，都要做到极致安全可靠”的原则，在部件选型方面，采用了水环真空泵，这种产品真空度高，吸气可少量带液，同时还选择了分离效率高且体积小的气旋式气液分离方案，最大限度的解决了真空泵排气带液问题，同时也减少补液的问题，便于维护；除此之外，由于系统中气阀的开关切换频次约百万次/年，对部件选型可靠性要求也很高，浪潮信息综合考虑尺寸、流通性能、使用寿命等因素，经过多种气阀比对筛选和适配，找到了最优解。

最后，在适应性设计方面，浪潮信息自研的液环式真空CDU技术还做了适应性设计且全部落地实现，例如防凝露、故障定位等。在此基础上，浪潮信息这套方案还攻克了很多涉及到负压可靠性和稳定性的技术难点，包含系统局部汽化、漏气、排气含湿量过大、单真空泵运行可靠性较低等。在这方面，浪潮信息做了很多的创新开发，包含防汽化功能开发、节点侧漏气检测、排气除湿功能开发、泵冗余设计等，目前已输出7篇专利，其中2篇PCT（国际专利），1篇已国内授权。

以防汽化功能为例，在液环式真空CDU中，防汽化往往是保障负压液冷系统稳定运行的重中之重，核心的原因在于，由于负压系统压强低，对应冷却液的沸点也会相应变低，因此在系统末端压强最小处存在较高的汽化风险。

对此，浪潮信息自主研发二级防汽化功能，开发了防止系统末端局部汽化的控制系统。该系统能够实时检测回路末端冷却液温度和压强，并根据信号反馈结果建立分析模型，判定是否存在汽化风险，CDU再根据控制系统输出的信号调节供液温度或压力，进而最大化的避免了汽化问题。例如，当供液温度为50℃时，回液温度为67℃，假定汽化点为70℃，设置5℃的余量，回液温度应为65℃，则供液温度应设置为48℃。

又如在漏气检测方面，液环式真空CDU技术实现了当管路破裂时冷却液不会泄露流出，但同时可能会有气体进入管路，进而影响系统散热效率。对此，浪潮信息专门开发了节点侧漏气检测解决方案，并率先在方案中，将医疗行业应用的气泡检测技术转化为负压液冷技术漏气检测可用的技术形态。该方案通过将气泡传感器安装于节点回液管路，实时检测气泡信号，在管路中产生气泡后，传感器输出告警信号，BMC轮巡获取告警信号，将漏气报警信息及时上传监控系统，并告知运维人员，可以快速确定漏气的节点，提高检测效率。

回头来看，无论是方案逻辑、关键部件以及适应性设计与技术难点解决等方面的探索与尝试，其实仅仅只是浪潮信息在攻克自研液环式真空CDU技术中，坚持不断创新的一个“缩影”，而浪潮信息这种不断突破自我的价值体现在，其在冷板式液冷技术领域掀起了一场全新的“革命”，让液冷系统安全从过去的“被动应对”实现了向“主动防御”的转变，相信将大大推动液冷产业化的发展。

技术创新引发蝴蝶效应

值得一提的是，浪潮信息自研的液环式真空CDU技术还带动了冷板部件领域的创新。

在冷板式液冷技术领域，冷板流阻是系统流阻的重要组成部分，特别是在液环式真空CDU技术中，由于省去了水泵提供的动力，液环式真空CDU系统中仅依靠真空泵形成负压所提供的动力较小，如果冷板流阻过高，可能导致无法克服系统流阻，从而影响冷却液的稳定流动。

为了彻底化解这一问题，浪潮信息希望通过冷板部件的创新来降低其流阻。目前市场中能够提供的冷板类型通常是铲齿形液冷板，这种冷板由若干直通道组成，通道尺寸较小、密度较高，散热面积较大，虽然也具有较好的散热效果，但同时铲齿形液冷板的流阻相对较大，这就形成了一种“鱼和熊掌不可兼得”的难题。

为了突破这一挑战，找到一个最佳的平衡点，浪潮信息在冷板部件创新之初，确定了两条设计原则：一方面，通过增大通道尺寸的方式，降低流阻，并设计特殊通道结构，通过扰流的方式来提高换热效率；另一方面，采用精准散热策略，在散热重点区域强化散热，非重点区域降低流阻。

在此基础上，浪潮信息还通过大量的仿真分析研究，对比了多种技术路线，最终优选出疏密疏通道、减翅增肋这两种低流阻冷板设计方案，相对于传统铲齿形直通道冷板，低流阻冷板设计方案流阻更小，且又能较好地维持冷板的散热性能；而与直通道相比，采用疏密疏通道以及减翅增肋方案均可将温差控制在大约1℃以内，且均可有效降低冷板的流阻。

在浪潮信息看来，目前冷板部件方面的创新应用仍有较大的空间，还可以在节能减排方面实现更大的突破，比如低流阻冷板的创新设计同样可以应用在当前普遍的正压液冷系统中。目前在正压冷板液冷领域中，还在大量采用铲齿型液冷板的方式，但铲齿型液冷板的流阻过高，也意味着会消耗更多的电能，而浪潮信息设计的低流阻冷板方案，如果未来广泛应用在传统的正压冷板领域，同样也以有效地降低CDU循环泵的功耗，由此进一步实现数据中心的节能减排。

总的来说，如果站在今天看过去，每一次技术的创新，都可能是一场“蝴蝶效应”的开始。而现在，在液冷技术领域，以浪潮信息为代表的中国科技企业，也正在通过自研液环式真空CDU技术，以及低流阻冷板方案等技术创新，不仅为整个液冷产业的发展提供更优的技术和方案，同时也为液冷产业未来的技术创新开辟出了全新的视野，相信浪潮信息这一系列的探索与实践，将为数据中心走向绿色低碳提供更加可靠的支撑，更为千行百业的数字化和智能化高质量发展提供更为坚实的保障。

发布于：山东