你见过真正的数据中心吗？

“建筑物矗立在公园内，排列有序。穿上‘鞋套’，走进其中一栋建筑物，里面的机器轰鸣着，一眼望去，有一排排黑色的橱柜。设备一直在闪烁。现在是夏天，但是大楼里有点冷。”这是我在访问一家公司的数据中心时看到的。

无论是打车、网购，还是看新闻、看视频、点外卖……这些行为背后都是数据中心。可以说，数据中心已经成为互联网应用和服务的基石。

数据爆炸与数据中心功耗

随着云计算、人工智能、大数据、物联网和移动互联网的深入发展，数据中心迎来新的发展机遇。一方面，数据中心进入快速发展阶段；另一方面，它面临着能源消耗过大的问题。 2018年中国8.29亿网民产生7.6ZB数据，数据量将以每年30%的速度增长。到2025年，中国智能互联设备将达到800亿台，整体数据量将达到48.6ZB。

数据爆炸式增长的背后是数据中心惊人的功耗。从全球来看，到2025年，数据中心在全球能源消耗中的占比将最高，高达33%；从国内看，全国数据中心用电量连续8年以12%以上的速度增长。 2017年，国内数据中心总用电量达到1200-1300千瓦时，超过了三峡大坝和葛洲坝电厂的总发电量。预计到2020年，中国数据中心用电量将达到2962亿千瓦时，2025年将达到3842.2亿千瓦时。

而且，随着 5G 时代的到来，数据中心的功耗将迅速增加。高功耗、温室气体排放、大量耗水、设备报废后的环境污染……数据中心数量和规模的快速增长给资源和环境带来了巨大挑战，绿色数据中心即将到来.

国家政策的驱动力

2019年2月14日，工业和信息化部、国家机关事务管理局、国家能源局联合印发《关于加强绿色数据中心建设的指导意见》（以下简称《意见》） )。

《意见》指出：大力推进绿色数据中心的创建、运维和转型，引导数据中心走高效、清洁、集约、循环的绿色发展道路，实现可持续健康数据中心的发展。

《意见》的主要目标是：建立健全绿色数据中心标准评价体系和能源监管体系，打造一批绿色数据中心先进模式，形成一批创新绿色技术产品和解决方案，并培育一家获批的专业第三方绿色服务机构。到2022年，数据中心平均能耗基本达到国际先进水平，新建大型和超大型数据中心用电效率值低于1.4，高能耗老设备基本淘汰，提高水资源利用效率和清洁度。能源利用比例大幅提升，废旧电器电子产品得到有效回收利用。

对于新建数据中心，《意见》称“鼓励采用液冷、分布式电源、模块化机房、虚拟化、云化IT资源等高效的系统设计方案”，并“指导设计大型和超大型数据中心。电源使用效率值不应高于1.4”。

对于在用数据中心，《意见》指示“有序推进数据中心节能绿色改造工程”、“力争使现有大型、超大型数据中心电力利用效率值不高于1.@ >8”。

根据IDC发布的《2019中国企业绿色计算与可持续发展研究报告》，虽然中国企业数据中心能效（PUE）值有明显提升，但仍有85%的受访企业数据中心能源使用效率在1.5-2.0之间，未来还有很大的提升空间。

对于数据中心的高能耗问题，施耐德电气表示，“让数据中心‘绿色’不仅仅是政策要求。事实上，除了节能，绿色数据中心的‘绿色’还包括多种环境因素，比如使用过的铅酸电池如果处理不当，铅、汞、镉等有毒有害重金属会对环境造成危害。”

此外，三部委《意见》明确指出，水资源利用效率和清洁能源应用比例大幅提升，废弃电器电子产品得到有效回收利用。

核心问题：为什么数据消耗这么多能量？

数据中心能耗高的原因是什么？人们在使用电脑或手机时，都觉得时间长了会发烫。也是如此。数据中心巨大，拥有大量的服务器、存储设备和交换机，还有数千亿的芯片。发热程度是电脑和手机无法比拟的。因此，数据中心的大量电力用于冷却。

可以说，冷却效率对数据中心的高能耗有着决定性的影响。

科技巨头如何在其数据中心节省能源？

公司正在“尽一切努力”解决数据中心的能源消耗问题。

比如数据中心建在北极圈内（比如），数据中心淹没在海底（比如微软），数据中心“藏”在山洞里（比如腾讯） 所有这些措施都旨在使用自然冷却源为数据中心提供更高的能源效率，并减少冷却过程中的能耗损失。

1.北极圈数据中心

在瑞典北部，有一个名为 Node Pole 的数据中心，用于处理用户在其上发布的任何自拍和任何“点赞”。

据悉，2018年开始运营的Node，隐藏在一大片神秘的松树林、湖泊和岛屿的中间。这是第一次在美国以外开设数据中心，也是欧洲最大的数据中心之一。 Node Pole中心长300米，宽100米，非常巨大。

据报道，Node Pole 是迄今为止最节能的计算机设施。与传统服务器厂商的产品相比，本项目开发的服务器硬件性能提升38%，运营费用降低24%。

这里冬天的平均气温约为-20度。外部的冷空气被泵入中央大楼，服务器产生的大量热空气与进来的冷空气进行交换，形成自然冷却的过程。

2016 年，在瑞典吕勒奥建立了一个新的数据中心。该数据中心占地面积相当于六个足球场，距离北极圈仅 70 英里，那里大部分时间的气温都在零下 50 度左右。与传统数据中心相比，新数据中心的效率提高了 10%，同时还节省了 40% 的电力。

2.腾讯贵州数据中心

腾讯在贵安新区建设了数据中心。全称是腾讯贵安七星数据中心。地处贵州贵安新区的两山群山之中。

据悉，整个数据中心占地约47万平方米，隧道占地3万多平方米。它可以容纳 4 个标准的足球场，并且还有存储 300,000 台服务器的空间。

该数据中心采用腾讯数字开发的第四代数据中心技术T-block。其中，T为腾讯，block为积木。 T-block是将机房的建设模式视为积木。根据工信部实测，其极限PUE（能源利用率，能效等级越接近1越好）将达到1.1左右，而平均PUE为中国新建数据中心1.73个。

3.微软海底数据中心

2018 年 6 月，微软在英国苏格兰奥克尼群岛附近的北岛数据中心进行海底负载试运行。

据悉，该项目被称为，并被微软首席执行官萨蒂亚纳德拉比作“登月计划”。数据中心呈圆柱形，长 40 英尺，包含 12 个机架、864 台服务器和相关的冷却系统设施。

众所周知，世界上的深海水总是很冷，可以随时免费为数据中心提供高效的冷却方式。

干货：数据中心节能技术探讨

在施耐德电气看来，数据中心的节能技术是按粒度分布的，类似于金字塔。最根本的是设备层面的节能，比如选择模块化设备进行精准的能源控制；另一方面，不断优化设备效率。

第二个层次是系统级节能。在 PUE 中，就是最大化获取 IT 负载所在的系统，最小化非 IT 级别的获取。这方面的技术很多，比如最近流行的间接新风冷却系统、AI型智能管理系统，需要多台设备相互配合。

第三层是战略层。这就需要企业制定自己的能源战略，对不同的PUE分布单元进行实时检测和统计，并制定奖惩制度。例如，公司应该有自己的首席能源效率官。

施耐德表示，“也可以从能源的生命周期，即能源的产生、分配和再利用来进行分配。比如苹果在中国建设的光伏数据中心，就需要从能源的生命周期来综合考虑。”设计之初，实现精准分布需求。国内很多数据中心往往是一步到位设计的，大部分容量都是过度设计的，需要加强分段或分模块的设计能力。”

风冷和液冷的区别

如今，数据中心仍以风冷为主，但当机柜功率密度超过 20 kWh 时，传统风冷技术将面临风量、功耗、噪音等方面的挑战数据中心能耗管理，所以液体冷却是一项很好的技术。选择。

施耐德电气表示，“传统风冷方式难以满足政府管理部门对数据中心PUE值的要求，这也将成为液冷崛起的重要驱动因素。”

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液冷技术的价值在于其强大的冷却能力。液体冷却的冷却能力是空气的1000-3000倍，可实现超高密度冷却。二是低PUE值，全区域/年自然降温，PUE值可低至1.01-1.02。三是精准冷却，组件级冷却，恒温，确保组件高性能稳定运行。四、低噪音。无压缩机，无风扇，噪音小于50dB。

目前市面上的液冷方案主要有两种：一种是芯片级液冷（又称冷板液冷），另一种是浸没式液冷。

这两种液冷方式各有优缺点：冷板式可以改造大部分传统服务器，缺点是其他部件仍需传统机房空调冷却。浸没式的优点是不需要传统的服务器风扇，但需要重新设计服务器主板。

根据笔者获得的一条资料，传统风冷的PUE值在1.4以上，冷板液冷小于1.2，浸入式相变液冷小于 1.05 .

据悉，施耐德电气从数据中心和建筑物的角度分析了投资成本和运营成本，发现浸入式液冷在TCO方面优于冷板液冷。单从制冷系统的节能来看，冷板式液冷可节能15%以上，浸没式可节能57%以上。从整个数据中心的能耗来看，冷板式每年可节省5%的能耗，浸没式可节省15%的年能耗。

此外，浸入式液体冷却更有价值。

一个是更高的热交换效率。制冷剂与加热装置直接接触，降低了接触热阻。使用相变热，潜热是比热的数百倍。二是可靠性更高。一次性解决所有元器件的散热问题，采用全浸方式，内部温度场均匀，器件可靠性更有保障。

第三是更高的性能。 CPU等主要电子芯片的温度降低，不随负载波动，提高了计算机硬件的可靠性和性能。第四，不存在泄漏风险。使用绝缘、环保的冷却液，即使有泄漏，也不会对电脑硬件和外部环境造成任何风险。五是低噪音。服务器内部无风扇，噪音可控制在45dB以下。第六，更节能。无风扇设计，PUE值低至1.05.

施耐德电气认为冷却液对于实现液体冷却应用至关重要。关于冷却剂的讨论集中在冷却剂价格、与 IT 设备的兼容性、传热特性、环境影响以及从全生命周期的角度考虑问题。

新突破：锂电池

施耐德电气将锂电池视为新型绿色数据中心的一项突破。众所周知，对于整个数据中心来说，以UPS设备为核心的整个供电系统是支撑整个数据中心顺利运行的核心部分。电池是整个供电系统中最重要的部件之一。

与传统铅酸电池相比，锂电池凭借其卓越的特性，包括更高的能量密度（70-260 kWh/kg vs. 15-50 kWh/kg）、更长的生命周期（10 -15 年 vs. 4-6 年）、快速充电（1/2-1 小时对比 6-12 小时）、占地面积节省 50-80%、重量减轻 60-80%、>1000 次循环对比。

根据 2017 年进行的一项全球数据中心调查，10% 的数据中心已经使用锂电池作为备用能源。与普通铅酸电池相比，锂电池具有重量轻、储能高、自放电低、寿命周期长等诸多优点。

一方面，对于数据中心行业而言，最大限度地利用现有空间，最大限度地降低运营费用，尤其是UPS电源冷却能耗、电池维护和电池更换服务成本尤为重要。锂电池以其优异的性能成为解决这些问题的关键。例如，锂电池多次充放电的特性会产生经济效益，如峰谷电价的削峰填谷等。

另一方面，锂电池不含铅、镍、铬等重金属，是绿色环保的首选。

未来随着新能源和储能成本的降低，有可能通过锂电池储能降低成本，实现数据中心的可持续发展目标。

写在最后：

无论是风冷、液冷，还是使用锂电池，真正的目标是如何在大数据时代实现数据中心的发展需求和节能之间的平衡，从而实现数据中心的绿色可持续发展。 （注：本文为天机网原创文章，未经作者许可，禁止转载）