低能耗的数据中心需求不仅关系到了人类环境的可持续发展，也直接决定了算力的成本和服务的竞争力。
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数据中心面临的挑战
上世纪60年代也就是最早的互联网大型机的时代，不超过100万节点进行连接。80年代差不多有一千万，90年代差不多有一个亿。2000年进入了熟悉的桌面互联网,差不多10亿设备进行互联。
2010年进入移动互联网时代，有100多个亿设备进入互联网连接。最新IOT时代，不仅是手机，还有我们的电脑和家电，所有设备都会连接到了互联网，超过500亿设备连接到互联网连接数量成倍的增长。
大数据、云计算的快速发展，让世界变得更加互联，人类生活感觉到更加便捷的同时，背后产生越来越多的数据。数据以难以想象的速度快速增长，国际数据公司最新统计和预测，全球数据会从2018年32ZB增长到2025年的175ZB。数据成倍的增长，将会需要越来越多的计算能力进行运算和处理。
回顾近几十年处理器的发展，摩尔定律逐渐放缓，当摩尔定律放缓以后，想追求更高的计算力，散热和能耗遭遇到挑战。云计算资源集中化，高密度提升必然会带来单个服务器和机柜的功率的上升，对支撑服务器稳定运行的数据中心也会有巨大的能耗挑战。另外，数据中心的耗电量占4%左右。低能耗的数据中心需求呼声越来越高，不仅关系到了人类环境的可持续发展，也直接决定了算力的成本和服务的竞争力。
上海市最近发布了新建数据中心PUE严格控制在1.3以下。国家对新基建时代的能耗，以及各地政府对能效的要求也越来越严格。对未来大数据，大规模的数据中心的建设会更加严格的控制，我们不得不对挑战进行不断地探索。
既要解决高密度的计算问题，又要解决能效的问题，成本更低，可靠性高，这是未来数据中心的挑战，倒逼我们不断的思考和探索未来下一代的数据中心怎样解决挑战。
02
风冷不冷液冷才是冷
为什么用液冷？就目前可行的产业方向看，大多数的企业都是从两个大的方向上努力：
第一：CPU芯片持续改进，可以增大芯片的面积，增加芯片的尺寸，但同样带来负面效应。
第二：液体代替空气冷（风吹）却介质，通过液体对比空气的性质，可以提升能力，这是提高散热效率的关键点。常规的冷却是空气冷却，冷却介质就是空气。
阿里云基础设施服务器研发架构师钟杨帆说：“液冷就是通过液体，比如说水或者说其它的特殊不导电的液体代替空气，将芯片内存以及CPU等发热部件的热量直接带走，而不通过传统的低效的空气。”
阿里云在面临这些问题的时候，也是在不断的思索，不断的探索和尝试。现在大规模使用的空气冷却的技术架构，使用空气介质作为传导。整体的架构可以看到，浸没液冷代替了空气介质，提高了冷却效率。从架构上看，这是做了很大的减法，完全排除了能效比较低的冷却设备，比如说风扇和空调。
从风扇、硬盘、CPU等等角度看，传统的冷却都是空气将热量带走，少量的部件通过液体带走。如果采用了一种介质或者说采用了一种技术可以完全的替代空气，能够使得热量完全的从液体上带走，这样的冷却效率会大幅度的提升，以及达到一个极致的冷却效果。
与此同时，未来服务器的数量会越来越多，规模会越来越大，除了考虑可靠性的问题，还需降低失效率。
传统空气冷却的影响失效率的因素看，主要是温度、振动、粉尘、潮湿。在数据中心里，失效率最高的是硬盘失效。温度提高对硬盘的失效率故障显著增加。未来如何通过温度的适当降低，同时减少振动粉尘和潮湿的因素影响，提高数据中心的可靠性和降低失效率这是一个值得研究得课题。
03
“泡”澡效果最好但挑战仍然很多
阿里云从2015年开始对比了不同的冷却架构，包括空气冷却，冷板液冷，从不同的维度进行总结和对比。从空气冷却到冷板液冷，从各个方面进行对比，实践中不同的尝试着验证迭代，结果证明：浸没液冷是数据中心的一个跃迁式的技术创新，具有高可靠、高可用的特点。
一项新的技术在规模不大的时候，可能不太容易发现问题和所面临的挑战，但一旦规模大了以后，我们要看在实际的应用过程中会出现什么样的问题，怎么解决规模化的挑战。
浸没液冷的技术优势，之前基本上没有看到在互联网数据中心大规模进行部署，液冷领域很难看到大规模的部署数据中心。钟杨帆说：“现在很多问题没有说非得用液冷解决，牵一发而动全身，面临一些全新的挑战，这是革命性的变化，这仍然一个很大的工程。”
先看基础设施是否可以达到与风冷同样的可靠性，如果可靠性很差，问题就很大。介质变了，放在液体中是不是可以长期稳定的工作，液体是不是不导电?很多的全新领域都需要解决。
再就是运维的挑战，因为密度高了以后，它的重量也会更重了，如何维护？
在基础设施里，完全的重构，把数据中心和服务器融合在一起去考虑，全部整合在一起做重构，以及极简的设计。
04
冷却不再靠天
阿里云2018年部署的张北数据中心，为了降低能耗，实现节能环保的探索。最早2017年建立了互联网行业的服务器集群是在杭州。2018年开启了液冷的商用，包括了计算、存储、网络，全部都实现了浸没液冷的转化。杭州，今年刚刚建设成的一个全球规模最大的浸没液冷数据中心，这是全中国首个绿色数据中心。
“我们对比测算过了，如果相比传统的数据中心，阿里云这一个数据中心每年可以节省至少上千万元元的电。经过长期、规模化的部署2-3年的时间，高密度通过高效液体冷却可以打破空气冷却瓶颈，在单机柜的功率密度可以提升3倍以上。”钟杨帆表示。
高可靠，硬盘、内存和CPU进行对比，通过全密闭的浸没实验的技术，可以降低整体的部件失效率达到50%以上。高能效，我们对能效也是不断的追求的指标，通过数据中心IT设备冷却一体化的架构创新设计，根本上去除低能效的部件。除了服务器以外，整体的能耗可以下降40%左右。高可用，自然冷却高度依赖气象条件，很多的数据中心选择了比较冷的地方，靠近北极，就是为了利用当地比较优的自然环境。
浸没冷却完全是不再依赖任何的气象条件，可以在高温，高湿，以及在腐蚀性，海边的恶劣的环境中进行运行。大多数数据中心，里面的噪声很吵，这是风冷数据中心的特点。因为风冷需要风扇，所以会有声音。虽然说进去以后非常吵，令人厌烦，但无可奈何。
钟杨帆说：“进入浸没数据中心以后，你会发现基本上没有声音了，这是非常安静的，对运维人员是比较大的改善。”
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结语
液冷这个新的行业，因为它要革命性地变迁，必须得重塑发展，然后进行推广和扩大。希望所有的行业伙伴一起可以参与进来建设整个行业生态，能够助力新基建，帮助数据中心能够达到节能绿色环保。
