《数据中心冷却指南：可持续发展的未来创新》

随着技术发展、网络流量增长和工作负载增多，企业需要更多计算资源来存储、处理、管理和传输数据，数据中心的需求也随之增加。S&P Global Ratings 最新报告预测，数据中心容量将以约 25%-30% 的年复合增长率增长，到 2028 年将从 2023 年的不足 2000 亿美元增至近 6500 亿美元。

随着数据中心规模扩大，如何在高密度工作负载与可持续发展目标之间取得平衡成为新的挑战。但提升能效为数据中心行业带来了先进冷却技术的创新机遇，尤其对那些具备专业数据中心设计能力的合作伙伴而言。

这一挑战的核心在于两个事实：

1. 冷却方案没有放之四海皆准的标准，特别是对于人工智能 (AI) 和高性能计算 (HPC) 这类可能需要特殊冷却的高密度工作负载而言。
2. 实施高效且可持续的冷却解决方案才是真正具有创新性的发展方向。数据中心必然产生热量——这是无法规避的事实。然而，为您的部署选择合适的数据中心合作伙伴，不仅能有效管控热量的产生，更能通过可扩展且可持续的 IT 战略推动创新，帮助 IT 管理者在 可持续发展 目标与业务诉求间实现平衡。

在本篇博文中，我们将：

• 考察当前行业内采用的各种冷却技术。
• 深入分析每种方法，并通过实际案例介绍其优势。
• 随后，我们将探讨创新型数据中心冷却技术如何在满足高性能计算需求的同时推动可持续发展。

数据中心冷却技术为何至关重要？

为了维持高性能计算和密集服务器配置的最佳运行温度，确保数据中心基础设施的可靠性和性能至关重要。这包括为适当的硬件和场景部署合适的冷却技术。常见的方法包括空气冷却系统、液体冷却解决方案，以及结合两种技术以实现最大效率的混合方法。

数据中心冷却方法和系统

数据引力是指数据具有质量，随着数据规模增大、重要性增加，移动或复制数据会越来越困难。这意味着现代数据中心正托管并互联着海量多样化数据，从金融交易到社交媒体互动，支撑着各类数字化场景的运转。

随着需求增长，数据中心的规模和复杂度不断提升。高效冷却方案的重要性也随之凸显——尤其是针对人工智能和 HPC 等高密度工作负载。接下来我们将深入解析几种主流冷却方案，并通过实际案例来展现它们各自的优势。

风冷

风冷是指利用空调、风扇和通风口使环境空气流动起来，排出计算设备产生的热空气。这是最传统的冷却方法。

对于人工智能推理等功率密度较低的应用场景，传统风冷方案可能更为适合，因为机器学习 (ML) 任务所需的冷却资源相对较少。风冷技术具有广泛适用性，无论规模大小的数据中心均可采用该冷却方案。

尽管应用范围广泛，但在常规设计中，风冷通常用于单机柜功率低于 20 千瓦 (kW) 的场景，特殊情况下最高可支持 35 千瓦。超过该功率阈值通常需要采用液冷（直接式或浸没式）或混合冷却方案。Digital Realty 的高密度主机托管解决方案可支持单机柜高达 150 千瓦的功率密度。

液冷

液冷系统使用的冷却剂通过管网循环，带走 IT 设备中的热量。这种方法特别适用于为承载 AI 和 HPC 工作负载的高密度服务器散热。

以训练部署等功耗密集型工作负载为例。这些应用通常需要深度学习与生成式 AI (GenAI)，往往需要更大的运行环境来适应其规模和复杂度。数据中心利用液体的导热特性，能够快速将热量从服务器中导出。

聚焦我们的直接液冷技术

2023 年，Digital Realty 在巴黎启用了云服务商和运营商中立的数据中心，该设施特别注重能效优化。为了解决数据引力问题，La Courneuve 中心采用了直接液冷技术，在重点满足性能需求的同时，将范围 1 和范围 2 的排放量降至最低。这套创新型液冷解决方案能最大化提升能源使用效率，既符合我们的可持续发展目标，又能为合作伙伴企业带来经济效益。

浸没式冷却

浸没式冷却直接将 IT 基础设施组件浸入介电流体中，通过吸收热量实现冷却。将服务器置于非导电的吸热液体中，可提供高效的热管理方案。

浸没式冷却的最大优势在于，它能让原本仅支持中低密度设备的设施部署超高密度设备，实质上是对数据中心进行面向未来应用的改造。人工智能和物联网 (IoT) 等高密度部署场景，正是这种新兴冷却技术的典型应用案例。

蒸发冷却

蒸发冷却是指通过风扇将外部空气引入，冷却后再用来给设备散热降温。这种冷却方式通过水分蒸发，能高效地带走空气中的热量。

根据具体部署条件、商业应用场景和地理位置，蒸发冷却可能是最合适的冷却技术。例如，作为传统风冷方案的替代选择，在某些特定条件下，蒸发冷却尤其适用于人工智能推理部署场景。

自然冷却

在外部条件允许的情况下，利用自然风给却数据中心散热降温可以避免使用传统的冷却机制。自然冷却技术利用外部环境条件（主要是低温室外空气或水体），通常通过多种机制实现冷却效果，包括节能器、间接自由冷却、热轮和板式换热器等装置。

虽然需要评估部署地的微气候来初步判断自然冷却方案的可行性，但一旦确认可行，这种自由空气冷却技术就能成为企业降低数据中心碳足迹的优选方案——既规避风险又高效节能。这尤其适用于人工智能 (AI) 和高性能计算 (HPC) 的部署场景。

混合冷却策略

混合冷却方案通过整合多种冷却技术，根据 IT 设备的特定需求实现热管理优化。

例如，某数据中心可能将传统风冷与后门热交换器结合使用——后者直接安装在服务器机架上，在热空气排出服务器时立即吸收热量。该方案中，环境风冷负责调控机架整体温度，而后门热交换器则通过液体循环将关键部件产生的余热快速导出，从而高效处理高密度工作负载。

这种混合策略不仅能提升能效和精准冷却能力，还可增强运行灵活性。在适宜的环境条件下，蒸发冷却或自然冷却等辅助手段可进一步补充系统，降低对机械式制冷机的依赖。通过动态调配后门热交换器等精准冷却方案在内的多种冷却技术，混合部署模式既能应对当前散热挑战，又可满足未来性能扩展需求。

数据中心冷却设计与优化

数据中心的冷却过程不是安装风扇并提供其他冷却剂就了事。这一过程需要在设计和优化之间取得平衡，实现效率和效益两手抓。战略设计与优化相结合对确保数据中心基础设施和 IT 设备高效运行至关重要。该方案不仅能防止 IT 设备过热，还能最大化利用电力系统、冷却系统等数据中心资源。通过优化这些核心要素，数据中心可大幅降低环境足迹，从而实现更可持续且经济高效的运营。

以下是优化数据中心性能的一些关键因素：

• 热/冷通道遏制：通过交替配置服务器机架（冷风入口朝向一侧，热风出口朝向另一侧），数据中心可以形成冷热“走廊”。这个因素通过确保冷风精准输送到最需要的位置，同时避免冷热风混合，从而实现了效率最大化。
• 优化气流管理：通过通风口和屏障对气流进行优化后，数据中心可以最大限度地减少静风区域。只要气流管理得当，就能减少补偿热区的需要，从而降低冷却成本。此外，这个因素还有助于确保整个设施的稳定冷却效果。
• 在安全范围内运行： 遵循美国采暖、制冷与空调工程师学会 (ASHRAE) 发布的指南，数据中心可为常规设备制定并实施安全运行的温度标准。在某些情况下，保持稍高的温度（只要安全）可以节省大量能源。
• 预防停机：借助物联网设备、机器学习和自动化系统，数据中心可在故障发生前及时发现问题。通过监控系统并实施及时补丁与升级，可有效避免服务中断并进一步提升运行效率。
• 湿度控制管理：通过管理湿度，数据中心可以避免硬件损坏和静电损害。

部署液冷技术：新建数据中心与现有设施改造的对比

在评估数据中心方案时，关键要了解液冷技术的实施方式及其对性能和可靠性的影响。对于专为液冷技术从头设计的设施，初始建设就整合了专用冷却通道、特制服务器机架和多重安全系统。这种前瞻性设计确保基础设施从启用之初就为高热效表现和能源效率而优化，为 IT 设备提供无缝衔接且面向未来的运行环境。

相比之下，对现有设施进行液冷改造的数据中心面临更复杂的挑战。这些原本围绕风冷系统设计的场所需要进行重大改造——包括重新规划机房布局、调整机架排列、加装新型冷却液分配单元和泄漏检测系统——才能有效支持液冷技术。此类升级往往需要更复杂的集成流程，在过渡期间可能影响运行稳定性。

最终评估数据中心时，关键要考量冷却基础设施和运营商的过往业绩。专为液冷技术新建的设施通常在性能和能效方面更为完善，但成本较高；而由具备深厚专业知识和成熟经验的运营商（如 Digital Realty）改造的现有设施，仍不失为绝佳选择。企业若选择具有成功改造经验的老牌运营商，即使在最初为风冷设计的环境中，也能保持高水平的可靠性和性能表现。

数据中心冷却的趋势与未来

展望数据中心冷却技术的未来，我们发现了几个令人振奋的趋势，它们有助于进一步减少行业对环境的影响。例如，使用现代技术和战略性数据中心设计可能至关重要。

• 自适应冷却：人工智能与冷却系统的结合使用有望将适应能力提高至前所未有的水平。这些解决方案可根据数据中心的具体冷却需求进行实时学习和调整，从而减少过度冷却和能源浪费。
• 边缘数据中心：未来我们可能会看到越来越多的数据中心选址设在战略性“边缘”位置。这些边缘中心可确保低延迟数据和人工智能工作负载交付，并在其独特的环境中引入创新的冷却技术。
• 可持续能源：提高能源管理效率固然重要，但使用可再生能源也是可行的。例如，太阳能或风能数据中心已梦想成真。将可再生能源与储能方案（如燃料电池和先进电池）结合高效冷却策略，形成推进可持续发展的整体方案。这种集成化方法能确保数据中心在可靠高效 运行的同时，最大限度降低对环境的影响。借助这些技术，数据中心可实现更高程度的能源自主，并有效减少碳足迹。

聚焦我们的冷却塔计划

Digital Realty 的数据中心在提升冷却效率方面处于行业前沿。以我们在新加坡的 SIN10 设施为例，该站点采用 DCI 电解技术实现水资源保护，每月可节省 124 万升用水。这项工艺完全避免化学药剂使用，使循环水在使用周期延长三倍后才转为废水，有效降低了新加坡当地的水资源和电力消耗。

可持续推动数据中心冷却技术的未来创新

现代数据中心采用多种冷却系统，每种系统都能为特定应用场景带来独特优势。从传统风冷到液冷再到混合技术，当这些方案被战略性地应用于合适场景时，都能助力全球数据中心生态系统降低能耗与水耗。

Digital Realty 深知冷却方案不能“一刀切”，我们致力于通过实施核心战略来帮助 IT 领导者推动行业转型——在平衡可持续发展与商业目标的同时，持续激发创新动能。我们通过在数据中心部署创新技术来实现这一目标——这些技术专为应对高功率密度工作负载的冷却挑战而设计，且并非简单批量部署，而是根据客户需求与具体应用场景量身定制。

无论是人工智能、物联网还是高性能计算，我们的设施均具备完善的架构准备与设计方案，既能满足客户对先进计算冷却的需求，又能提供可持续解决方案，引领全球数据中心生态系统向低碳排放、能源高效和水资源保护的方向发展。

欢迎阅读我们的白皮书《AI for IT Leaders》，了解如何部署面向未来的 IT 基础设施，在满足先进计算冷却需求的同时，实现可持续发展目标与业务需求之间的平衡。如需进一步咨询，您可随时联系我们的专家团队开启合作。

常见问题解答

数据中心如何进行冷却？

数据中心的冷却通过多种方法实现，例如：

• 风冷
• 液冷
• 浸没式冷却
• 蒸发冷却
• 自然冷却
• 混合冷却

IT 领导者应选择能根据工作负载密度、硬件配置及基础设施要求等多项因素定制冷却技术的数据中心，以实现可持续部署。

什么是数据中心的最佳冷却系统？

对于数据中心冷却，没有一种“一刀切”的方法。例如，数据中心的规模、位置和工作负载需求等因素都会产生影响。可持续性和效率与日俱增的解决方案（例如浸没式系统）由于其高效率和低碳足迹而越来越受欢迎。

数据中心的冷却组件有哪些？

数据中心的关键冷却组件包括：

• 冷却器
• 冷却塔
• 空调 (CRAC/CRAH)
• 液冷管
• 冷却分配单元 (CDU)
• 泵系统
• 风扇和通风口

随着数据中心的可持续性不断提升，先进的温度和湿度人工智能监控系统也变得越来越普及。

如何为数据中心内的服务器降温？

先进的冷却技术——例如依靠冷空气循环来散热的空气系统或使用冷却剂将热量带走的液体冷却解决方案——都是用于冷却数据中心服务器的高效方法。其他方法包括通过冷热通道隔离等技术优化气流，以防止热量再循环。对于高密度服务器，直接芯片液冷或浸入式冷却是实现最大热效率和可持续性的理想选择。