首個(gè)商業(yè)化液冷服務(wù)器推動(dòng)中國HPC生態(tài)圈蓬勃發(fā)展

在近幾年的國際超級計算機展會(huì )上，中國企業(yè)憑借豐碩的成果在國際舞臺上贏(yíng)得了業(yè)界的關(guān)注和認可。中國的超級計算機也首次在最新的全球超級計算機500強排行榜上以202臺的總數反超了美國，并從2013年開(kāi)始穩居全球超算速度之首。除了在計算速度上取得的矚目成就，國內企業(yè)在商用超級計算機環(huán)保節能方面也大放異彩。其中一款備受矚目的“地球數值模擬裝置”來(lái)自中科曙光：此裝置運用了我國首款成功商業(yè)化的冷板式液冷服務(wù)器TC4600E-LP，可以完全模擬地球土壤、海洋和大氣運動(dòng)變化，同時(shí)大幅提升速度、降低能耗，是一臺協(xié)助人工智能更進(jìn)一步的深度學(xué)習一體機。該項目在幫助人類(lèi)社會(huì )進(jìn)一步了解地球環(huán)境的同時(shí)也做到了服務(wù)器全年自然冷卻，可謂在綠色發(fā)展道路上邁出了意義非凡的一步。

引領(lǐng)液冷服務(wù)器商業(yè)化

計算能力的突飛猛進(jìn)使人工智能在各個(gè)行業(yè)都具備無(wú)限的可能性。大量的計算芯片需要高密度部署，一個(gè)服務(wù)器機柜的發(fā)熱量也將增至數十千瓦。CPU作為服務(wù)器的主要驅動(dòng)力對電源和散熱有著(zhù)極高的要求——電源系統需要提供更大的功率，冷卻系統也要做到與之相匹配的散熱能力。這是傳統的風(fēng)冷技術(shù)無(wú)法達到的。因此，能夠精確到CPU的液冷技術(shù)成了曙光節能技術(shù)（北京）股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)曙光節能）主要的研究方向，也是解決目前數據中心節能問(wèn)題的必然趨勢。相較風(fēng)冷，液冷能達到更低的PUE值、有效降低風(fēng)扇噪音和大幅降低耗電量。

雖然液冷技術(shù)問(wèn)世已有一段時(shí)間，但囿于技術(shù)成熟度和成本等因素，液冷高性能計算機始終未能得到大規模應用。對于習慣運營(yíng)風(fēng)冷機房的用戶(hù)來(lái)說(shuō)，從風(fēng)冷到液冷的過(guò)度也是一個(gè)充滿(mǎn)挑戰的過(guò)程。除了服務(wù)器架構搭建上的不同，機房的維護方法和程序也需要做出相應的改變。

以此為出發(fā)點(diǎn)，曙光節能開(kāi)始與曙光服務(wù)器事業(yè)部、上下游廠(chǎng)商合作，致力研發(fā)性?xún)r(jià)比和用戶(hù)接受度高的產(chǎn)品，使其滿(mǎn)足科技商業(yè)化的必要條件。這一研發(fā)項目的成果就是TC4600E-LP冷板式液冷服務(wù)器。它采用風(fēng)冷和液冷混合散熱模式對服務(wù)器主要部件進(jìn)行冷卻，將液冷散熱占比提高至90%以上，從而降低了風(fēng)機功耗。TC4600E-LP采用了集成管理模塊設計，在整箱刀片式液冷服務(wù)器中的CPU芯片和內存上安裝固定水冷板，冷媒通過(guò)進(jìn)出口循環(huán)流動(dòng)。TC4600E-LP投入市場(chǎng)2年來(lái)，先后為中科院大氣所“地球數值模擬裝置原型系統”和國家電網(wǎng)電力科學(xué)研究院仿真中心超級計算系統項目提供了超過(guò)2000節點(diǎn)的計算能力，整柜密度超過(guò)25kW，空調系統功耗直接降低70%，PUE值始終控制在1.2左右。

冷板式服務(wù)器因其對計算機系統較小的改動(dòng)要求成為液冷技術(shù)商業(yè)化最合適的選擇，只需將原風(fēng)冷散熱片替換為液冷板，并將冷媒管路引出機箱即可?？焖俨灏喂苈愤B接也使運行維護更加接近用戶(hù)現有的使用習慣，安全便捷。

建設中國HPC生態(tài)圈

據曙光節能總經(jīng)理何繼盛介紹，曙光節能專(zhuān)注于自己的專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域，其價(jià)值在于讓其它應用液冷技術(shù)的產(chǎn)業(yè)能夠專(zhuān)心鉆研自身的工作，取得經(jīng)濟與資源上的最高效率。這不僅需要曙光節能本身技術(shù)實(shí)力雄厚，也需要一個(gè)生機盎然的產(chǎn)業(yè)生態(tài)圈來(lái)幫助國內高科技企業(yè)實(shí)現更快的技術(shù)應用和大項目部署。

近年來(lái)，曙光節能通過(guò)研發(fā)制造過(guò)程中與上下游合作伙伴的接觸與溝通，將創(chuàng )新鏈與產(chǎn)業(yè)鏈結合，深度利用特定的應用進(jìn)行各類(lèi)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和優(yōu)化。由于國內的HPC產(chǎn)業(yè)鏈尚未成熟，曙光節能十分看重上游廠(chǎng)商的研發(fā)定制能力，在不同的應用中與供應商進(jìn)行深入的技術(shù)交流，借此希望更多的廠(chǎng)家能在液冷技術(shù)配套原材料和零部件研發(fā)方面投入更多的精力。

對此，曙光節能液冷系統研發(fā)總監崔新濤強調：“液冷系統各個(gè)部件都是非常關(guān)鍵的，哪個(gè)部件出現問(wèn)題對服務(wù)器來(lái)說(shuō)都是致命的影響。正因為有了這些關(guān)鍵供應商的支持，才促成這個(gè)液冷系統的誕生?！?/p>

上游零部件廠(chǎng)商合作：小部件，大作用

在液冷系統的設計中，液冷管路連接是其中重要的一環(huán)。機房的空間結構、管路的安全性和易維護性是選擇與設計管路接頭關(guān)鍵的考量。崔總監解釋道：“管路接頭是水冷模塊中比較核心的部件，需要保證用戶(hù)在使用和維護過(guò)程中可以快速插拔，并且冷卻液不泄露?！?/p>

在這一環(huán)節上與曙光節能合作的上游廠(chǎng)商是快速插拔接頭研發(fā)制造商CPC。早在2010年，CPC由于意識到無(wú)溢漏接頭在液冷系統解決方案中所起到的重要作用開(kāi)始與曙光節能進(jìn)行聯(lián)系，并于2013年正式建立合作關(guān)系。曙光節能也注意到CPC的產(chǎn)品曾多次被應用在國際名企的液體傳輸和處理系統中。漂亮的成績(jì)單和不斷的溝通使雙方對彼此的專(zhuān)業(yè)度都有著(zhù)極高的信賴(lài)。

在研發(fā)初期，服務(wù)器液冷系統技術(shù)尚處摸索階段，項目因此以原型機的測試為主導。曙光節能在全浸沒(méi)前置式驗證機上試用了CPC的PMC12塑料接頭，對其氣密性和安全性進(jìn)行了長(cháng)期觀(guān)察和測試。

由于PMC12接頭在各方面表現理想，一年之后，曙光節能對CPC要求試用金屬接頭，以滿(mǎn)足用戶(hù)對連接器材質(zhì)的新需求。隨著(zhù)技術(shù)的進(jìn)步和雙方研發(fā)人員不斷的討論和溝通，曙光節能開(kāi)始在冷板式服務(wù)器上對CPC的LQ6金屬接頭進(jìn)行測試。這款專(zhuān)為液冷應用設計的快速插拔接頭采用鍍鉻黃銅、聚砜和不銹鋼材料制造，確保了可信賴(lài)的強度以及對大范圍應用的化學(xué)相容性。在保障電子設備安全方面，接頭具有特殊的斷面和閥門(mén)技術(shù)，使其在長(cháng)時(shí)間保持連接之后還能在斷開(kāi)時(shí)實(shí)現無(wú)滴漏，符合超級計算機的使用維護特點(diǎn)。除此之外，LQ6還優(yōu)化了流量效率、配備了具有符合人體工程學(xué)的拇指鎖，并運用藍、紅兩種顏色編碼為運維人員提供視覺(jué)提示，以預防誤接。預緊螺紋設計也有效避免了設備在運行中由于振動(dòng)所導致接頭松動(dòng)的風(fēng)險。

在接下來(lái)的合作中，曙光節能根據客戶(hù)反饋和冷板式服務(wù)器的結構提出了盲插設計的想法，讓服務(wù)器刀片在有誤差的情形下也能保證接頭順利連接。CPC于2015年為T(mén)C4600E-LP冷板式服務(wù)器訂制了RP-LQ2盲插產(chǎn)品， 其獨特的自對中設計容許刀片和機架在對接時(shí)位置發(fā)生少許偏移，以確保其它電子連接準確無(wú)誤為前提自動(dòng)校對到中心，實(shí)現盲插接頭的無(wú)損對接。盲插使液冷服務(wù)器的維護方式與風(fēng)冷散熱服務(wù)器基本無(wú)差別，加上多層泄漏檢測和溢流技術(shù)，提高了數據中心的安全和穩定。

研發(fā)總監崔新濤如此評價(jià)與CPC的合作：“CPC具有強大的技術(shù)實(shí)力，并在研發(fā)制造易維護的快速插拔連接器方面具有豐富的經(jīng)驗。因此，曙光節能樂(lè )意與CPC這樣技術(shù)成熟的廠(chǎng)商進(jìn)行合作，選擇它作為曙光節能液冷模塊接頭的主要供應商?！?/p>

對于CPC 來(lái)說(shuō)，與曙光節能的技術(shù)交流也是提高自身研發(fā)訂制能力的最佳平臺。CPC工程經(jīng)理張欣說(shuō)道：“我相信雙方的合作能促使液體冷卻技術(shù)更加完善，推動(dòng)行業(yè)成長(cháng)?！?/p>

未來(lái)的推廣與創(chuàng )新之路

為何要大力推廣商業(yè)化？對此，崔總監一針見(jiàn)血地指出：“雖然我們的服務(wù)器在技術(shù)上已經(jīng)是國際水平，但不同的是，在需求上，國外的大用戶(hù)在節能環(huán)保意識上更為超前，也更為積極地部署液冷系統。相比之下，國內的環(huán)保節能意識開(kāi)始得稍微晚一些，但我們產(chǎn)業(yè)的發(fā)展速度卻是超前的?！庇纱丝梢?jiàn)，國內市場(chǎng)需要依靠高科技企業(yè)的不斷推廣和商業(yè)化研發(fā)來(lái)使液冷技術(shù)更為普及，這也包括了對未來(lái)趨勢的展望和研究。崔總監提到，浸沒(méi)式服務(wù)器雖然是不可避免的趨勢，但在世界范圍內都是一個(gè)應用難題，需要控制液體的相變或保證空間壓力。正因如此，現在能實(shí)現真正商用的全浸沒(méi)液冷服務(wù)器在世界上也是極為罕見(jiàn)。

這并沒(méi)有阻止HPC產(chǎn)業(yè)對浸沒(méi)式商業(yè)化的追求。自2010年起，曙光節能聯(lián)合曙光服務(wù)器事業(yè)部就在實(shí)驗室中同時(shí)開(kāi)展了冷板式和浸沒(méi)式兩種液冷方案的科研。繼2015年曙光TC4600E-LP冷板式液冷服務(wù)器亮相并成功競標多個(gè)大型項目之后，曙光節能也在竭力開(kāi)發(fā)商用浸沒(méi)式液冷系統。

為了更好地推動(dòng)這一切的發(fā)展，曙光節能持續主動(dòng)地與生態(tài)圈內的合作伙伴保持溝通。CPC作為曙光節能重要的零部件供應商之一也在這個(gè)過(guò)程中不斷完善液體處理技術(shù)。雙方工程師以更好響應液冷發(fā)展趨勢為目標，通過(guò)不懈的專(zhuān)業(yè)交流讓高性能計算走出實(shí)驗室，攜手研發(fā)開(kāi)辟未來(lái)的創(chuàng )新產(chǎn)品。