【導(dǎo)讀】4月8日，曙光數(shù)創(chuàng)正式發(fā)布全球首個MW級相變浸沒液冷整機柜及基礎(chǔ)設(shè)施整體解決方案（C8000 V3.0），標志著液冷技術(shù)從“可選項”變?yōu)锳I計算的“必選項”。該產(chǎn)品單機柜功率密度高達900kW，PUE低至1.04以下，通過自研冷媒、金剛石銅導(dǎo)熱材料及高壓直流供電等五大技術(shù)突破，實現(xiàn)了散熱效率與能效的跨越式提升。曙光數(shù)創(chuàng)高級副總裁張鵬與資深技術(shù)專家黃元峰在采訪中深入剖析了液冷成為未來AI計算首選方案的深層邏輯，并分享了C8000 V3.0在實際項目中的創(chuàng)新應(yīng)用與未來“算熱聯(lián)產(chǎn)”的生態(tài)愿景。
TrendForce預(yù)計，液冷技術(shù)在AI數(shù)據(jù)中心的滲透率將從2024年的14%大幅提升至2026年的40%，并在未來數(shù)年持續(xù)增長。
液冷成為未來AI計算首選方案
英偉達預(yù)測，AI基礎(chǔ)設(shè)施市場規(guī)模在2027年可能達到萬億美元級別。從其AI計算平臺演進來看，單機柜功率密度持續(xù)攀升。
“高密部署是下一代AI計算的重要趨勢，國內(nèi)外新建數(shù)據(jù)中心的功率密度正快速上升。”黃元峰解釋道，目前國際主流GPU功耗已達1.8kW，CPU超過650W。受制程影響，國產(chǎn)芯片功耗更高，預(yù)計到2027年，國產(chǎn)主流GPU功耗可能突破3000W，CPU突破1000W。
黃元峰強調(diào)，在這樣的趨勢下，液冷成為未來AI計算的首選方案，是未來AIDC發(fā)展中最具應(yīng)用潛力的方向，前景廣闊。
曙光數(shù)創(chuàng)資深技術(shù)專家黃元峰
曙光數(shù)創(chuàng)是一家研發(fā)驅(qū)動型企業(yè)，其技術(shù)產(chǎn)品在國內(nèi)乃至全球都處于領(lǐng)先地位。如今發(fā)布的C8000 V3.0是曙光歷經(jīng)十年積累的成果，并非一蹴而就。早在2017年，曙光數(shù)創(chuàng)就推出了第一代相變浸沒式產(chǎn)品，單機柜功率為210kW，。第二代產(chǎn)品于2023年推出，單機柜功率達到575kW。第三代產(chǎn)品C8000 V3.0單機柜功率已達到900kW，這已是對標英偉達2028年“費曼架構(gòu)”的水平。
C8000 V3.0有何亮點
C8000 V3.0整體結(jié)構(gòu)擁有五個特點：
第一，電力供給方面，系統(tǒng)采用自主研發(fā)的HVDC 2.0架構(gòu)，支持市電、電池等多種輸入，可輸出直流800V、±400V、336V、240V及交流380V等多種電壓，靈活配比。穩(wěn)壓精度達±0.5%，響應(yīng)速度2.5毫秒每安，功率密度較傳統(tǒng)方案提升20%。服務(wù)器內(nèi)部采用高壓直流直接進柜供電，并配備智能監(jiān)控與模塊化運維，確保穩(wěn)定可靠。
第二，相變浸沒冷媒技術(shù)方面，主要包括自研冷媒新材料與材料兼容性。冷媒于2017年與中科院過程所合作研發(fā)，2018年實現(xiàn)進口替代，目前成本已降至進口產(chǎn)品的30%以下。材料兼容性方面，公司投入超億元，建立了國內(nèi)首個相變浸沒材料兼容性數(shù)據(jù)庫，檢測超過2000種材料，并形成材料使用的黑名單與白名單。
第三，相變換熱核心技術(shù)方面，沸騰環(huán)節(jié)采用金剛石銅材料，導(dǎo)熱系數(shù)較純銅提升100%，熱膨脹系數(shù)降低60%以上。經(jīng)過4000次高低溫循環(huán)沖擊，性能零衰減。散熱鰭片采用一體化成型技術(shù)，加工精度達毛細血管級別，換熱面積為熱源面積的百倍以上。微流道中的微納復(fù)合結(jié)構(gòu)增強了相變效率，整體實測芯片性能提升10%，溫度降低5度以上。冷凝環(huán)節(jié)采用釬焊換熱器，換熱面積增加40%，換熱能力提升85%。點陣交錯式通道配合微納米表面技術(shù)，確保汽體快速冷凝。
第四，自控技術(shù)方面，系統(tǒng)可在5秒內(nèi)完成15%至100%的無波動流量調(diào)節(jié)，。配備故障診斷系統(tǒng)，采用雙閉環(huán)控制和模型預(yù)測前饋策略，提高診斷的穩(wěn)定與準確性。同時具備全局調(diào)優(yōu)能力，實現(xiàn)供能、負載與配電的整體能效優(yōu)化。
第五，機電轉(zhuǎn)接與結(jié)構(gòu)密封方面，實現(xiàn)汽、液、電、網(wǎng)四維熱插拔，泄漏率小于10??量級，內(nèi)部潔凈度達到ISO 7級以上。
“我們認為，單機柜功率超過200kW時，采用兩相浸沒式液冷優(yōu)勢明顯，全生命周期看成本更優(yōu)且長期可收斂。”黃元峰表示，主要體現(xiàn)在四個方面：高功率下單位冷卻成本遞減、介質(zhì)成本降至進口產(chǎn)品的30%以下、PUE≤1.04大幅節(jié)省電費，以及規(guī)?；蓭淼目臻g與配件成本優(yōu)化。因此，相變浸沒式液冷既高效又好用。
以中科曙光scaleX640超節(jié)點為例，這是全球首例已落地的兆瓦級AI解決方案，特點可概括為：高效散熱、成本可控、省電節(jié)能、性能穩(wěn)定、算力密度全球領(lǐng)先。
走進實際項目
那么，C8000 V3.0在實際機房中如何讓液冷技術(shù)發(fā)揮出其最大價值。張鵬介紹，AIDC相對于傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心，完全是不同的物種。面向未來的AIDC機房設(shè)計，必須采用創(chuàng)新的設(shè)計理念，不能再以傳統(tǒng)眼光看待新事物。具體來說，其在項目中設(shè)計主要涵蓋四個方面：
第一是冷卻，AIDC有三類冷卻需求：高密度核心機房、通用計算區(qū)以及配套服務(wù)區(qū)域。C8000 V3.0可實現(xiàn)單機柜900kW以上的極致散熱能力。
第二是供電，它是C8000 V3.0最重要的創(chuàng)新之一。團隊設(shè)計了占地僅17平方米的中壓直轉(zhuǎn)系統(tǒng)，內(nèi)置變壓器和直流柜，可直接掛接電池。該裝置支持“交直流互用”，3150kVA可輸出交流或直流，以及240V、400V、800V等多種電壓。核心機房下方開挖了160個孔洞，使高壓線纜以最短距離接入計算機，替代了傳統(tǒng)管井方案，節(jié)省成本約4000萬元。這一布局將供配電系統(tǒng)盡量靠近機器，縮短低壓線纜，減少用銅量。
第三是智能管理系統(tǒng)，曙光智創(chuàng)引入了“健康度”概念，實現(xiàn)故障預(yù)診斷。通過AI綜合分析溫度、流量、壓力等參數(shù)，系統(tǒng)可提前判斷換熱器、冷媒、水泵等設(shè)備的健康狀態(tài)，而不是等到故障發(fā)生才報警。同時，將全年運行數(shù)據(jù)輸入AI模型進行學(xué)習(xí)，系統(tǒng)可自動給出更節(jié)能的運行參數(shù)。在實際運營中，AI調(diào)優(yōu)可使冷卻系統(tǒng)能耗再降低10%。
第四是余熱利用方面，曙光數(shù)創(chuàng)也有自己的理解。張鵬指出，由于液冷排出的水溫約為40～50℃，品位處在不高不低的狀態(tài)，芯片允許的工作溫度在80～90℃之間，受熱阻限制，外部水溫很難再提高。即便使用熱泵升溫，能耗反而得不償失。因此，最現(xiàn)實的做法是直接為這40～50℃的熱水尋找合適的應(yīng)用場景。目前曙光數(shù)創(chuàng)已識別出十多個潛在場景，例如中水處理廠中用于分解有機物的菌落需要這種溫度的熱量，皮革廠烘干工序同樣適用，此外還包括農(nóng)業(yè)大棚等。
曙光數(shù)創(chuàng)高級副總裁張鵬
但余熱利用的推廣不能僅靠企業(yè)單打獨斗，需要政府引導(dǎo)和政策支持，比如對實施余熱利用的項目給予電費優(yōu)惠等激勵。張鵬將其概括為“算熱聯(lián)產(chǎn)”理念，目前數(shù)據(jù)中心占中國用電量約3%，遠期有可能上升至30%，余熱利用將變得愈發(fā)重要。
從芯片外圍到芯片封裝
“液冷只有走完最后一微米，算力的能量才能真正被釋放?！睆堸i表示，回顧多年的技術(shù)積累，芯片的熱密度持續(xù)增大，目前的工作仍主要圍繞芯片外圍展開。未來，一個重要的趨勢是向芯片內(nèi)部發(fā)展。熱量從底層電路傳遞到表面的短短幾百微米，其熱阻可占整個鏈路的三成。此前主要降低的是外圍熱阻，而未來的“最后一微米”將是行業(yè)突破的關(guān)鍵。
展望未來5～10年，一個值得突破的方向是芯片“封裝”內(nèi)部的熱阻問題。黃元峰對此解釋，目前液冷技術(shù)多在芯片外部做文章，但隨著芯片功耗增大，封裝本身帶來的溫差成為瓶頸，只有降低內(nèi)部熱阻，外部冷卻的效率才能最大化。
通過攻克高功率密度散熱、供電架構(gòu)革新及余熱利用等關(guān)鍵難題，該方案在性能、成本與能效上均展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢，助力中國智算基礎(chǔ)設(shè)施在關(guān)鍵指標上實現(xiàn)對國際領(lǐng)先水平的“代差”超越。未來，隨著“散熱即算力”理念的深化，液冷技術(shù)將向芯片封裝內(nèi)部的“最后一微米”延伸，而開放生態(tài)與產(chǎn)學(xué)研協(xié)同將成為推動行業(yè)規(guī)?；涞氐暮诵膭恿?，為全球數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展注入綠色、高效的持久動能。
