首個商業(yè)化液冷服務器推動中國HPC生態(tài)圈蓬勃發(fā)展 : CPC的產(chǎn)品成功配套在曙光服務器液冷系統(tǒng)
網(wǎng)絡與存儲 時間：2018-03-13來源：電子產(chǎn)品世界
在近幾年的國際超級計算機展會上，中國企業(yè)憑借豐碩的成果在國際舞臺上贏得了業(yè)界的關注和認可。中國的超級計算機也首次在新的全球超級計算機500強排行榜上以202臺的總數(shù)反超了美國，并從2013年開始穩(wěn)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(nèi)企業(yè)在商用超級計算機環(huán)保節(jié)能方面也大放異彩。其中一款備受矚目的“地球數(shù)值模擬裝置”來自中科曙光：此裝置運用了我國首款成功商業(yè)化的冷板式液冷服務器TC4600E-LP，可以完全模擬地球土壤、海洋和大氣運動變化，同時大幅提升速度、降低能耗，是一臺協(xié)助人工智能更進一步的深度學習一體機。該項目在幫助人類社會進一步了解地球環(huán)境的同時也做到了服務器全年自然冷卻，可謂在綠色發(fā)展道路上邁出了意義非凡的一步。
引領液冷服務器商業(yè)化
計算能力的突飛猛進使人工智能在各個行業(yè)都具備無限的可能性。大量的計算芯片需要高密度部署，一個服務器機柜的發(fā)熱量也將增至數(shù)十千瓦。CPU作為服務器的主要驅動力對電源和散熱有著極高的要求——電源系統(tǒng)需要提供更大的功率，冷卻系統(tǒng)也要做到與之相匹配的散熱能力。這是傳統(tǒng)的風冷技術無法達到的。因此，能夠精確到CPU的液冷技術成了曙光節(jié)能技術（北京）股份有限公司（以下簡稱曙光節(jié)能）主要的研究方向，也是解決目前數(shù)據(jù)中心節(jié)能問題的必然趨勢。相較風冷，液冷能達到更低的PUE值、有效降低風扇噪音和大幅降低耗電量。
雖然液冷技術問世已有一段時間，但囿于技術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(guī)模應用。對于習慣運營風冷機房的用戶來說，從風冷到液冷的過度也是一個充滿挑戰(zhàn)的過程。除了服務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，曙光節(jié)能開始與曙光服務器事業(yè)部、上下游廠商合作，致力研發(fā)性價比和用戶接受度高的產(chǎn)品，使其滿足科技商業(yè)化的必要條件。這一研發(fā)項目的成果就是TC4600E-LP冷板式液冷服務器。它采用風冷和液冷混合散熱模式對服務器主要部件進行冷卻，將液冷散熱占比提高至90%以上，從而降低了風機功耗。TC4600E-LP采用了集成管理模塊設計，在整箱刀片式液冷服務器中的CPU芯片和內(nèi)存上安裝固定水冷板，冷媒通過進出口循環(huán)流動。TC4600E-LP投入市場2年來，先后為中科院大氣所“地球數(shù)值模擬裝置原型系統(tǒng)”和國家電網(wǎng)電力科學研究院仿真中心超級計算系統(tǒng)項目提供了超過2000節(jié)點的計算能力，整柜密度超過25kW，空調(diào)系統(tǒng)功耗直接降低70%，PUE值始終控制在1.2左右。
冷板式服務器因其對計算機系統(tǒng)較小的改動要求成為液冷技術商業(yè)化合適的選擇，只需將原風冷散熱片替換為液冷板，并將冷媒管路引出機箱即可。快速插拔管路連接也使運行維護更加接近用戶現(xiàn)有的使用習慣，安全便捷。
建設中國HPC生態(tài)圈
據(jù)曙光節(jié)能總經(jīng)理何繼盛介紹，曙光節(jié)能專注于自己的專業(yè)領域，其價值在于讓其它應用液冷技術的產(chǎn)業(yè)能夠專心鉆研自身的工作，取得經(jīng)濟與資源上的高效率。這不僅需要曙光節(jié)能本身技術實力雄厚，也需要一個生機盎然的產(chǎn)業(yè)生態(tài)圈來幫助國內(nèi)高科技企業(yè)實現(xiàn)更快的技術應用和大項目部署。
近年來，曙光節(jié)能通過研發(fā)制造過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行各類產(chǎn)品的開發(fā)和優(yōu)化。由于國內(nèi)的HPC產(chǎn)業(yè)鏈尚未成熟，曙光節(jié)能十分看重上游廠商的研發(fā)定制能力，在不同的應用中與供應商進行深入的技術交流，借此希望更多的廠家能在液冷技術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(jié)能液冷系統(tǒng)研發(fā)總監(jiān)崔新濤強調(diào)：“液冷系統(tǒng)各個部件都是非常關鍵的，哪個部件出現(xiàn)問題對服務器來說都是致命的影響。正因為有了這些關鍵供應商的支持，才促成這個液冷系統(tǒng)的誕生。”
上游零部件廠商合作：小部件，大作用
在液冷系統(tǒng)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鍵的考量。崔總監(jiān)解釋道：“管路接頭是水冷模塊中比較核心的部件，需要保證用戶在使用和維護過程中可以快速插拔，并且冷卻液不泄露。”
在這一環(huán)節(jié)上與曙光節(jié)能合作的上游廠商是快速插拔接頭研發(fā)制造商CPC。早在2010年，CPC由于意識到無溢漏接頭在液冷系統(tǒng)解決方案中所起到的重要作用開始與曙光節(jié)能進行聯(lián)系，并于2013年正式建立合作關系。曙光節(jié)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(tǒng)中。漂亮的成績單和不斷的溝通使雙方對彼此的專業(yè)度都有著極高的信賴。
在研發(fā)初期，服務器液冷系統(tǒng)技術尚處摸索階段，項目因此以原型機的測試為主導。曙光節(jié)能在全浸沒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行了長期觀察和測試。
由于PMC12接頭在各方面表現(xiàn)理想，一年之后，曙光節(jié)能對CPC要求試用金屬接頭，以滿足用戶對連接器材質(zhì)的新需求。隨著技術的進步和雙方研發(fā)人員不斷的討論和溝通，曙光節(jié)能開始在冷板式服務器上對CPC的LQ6金屬接頭進行測試。這款專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，確保了可信賴的強度以及對大范圍應用的化學相容性。在保障電子設備安全方面，接頭具有特殊的斷面和閥門技術，使其在長時間保持連接之后還能在斷開時實現(xiàn)無滴漏，符合超級計算機的使用維護特點。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的拇指鎖，并運用藍、紅兩種顏色編碼為運維人員提供視覺提示，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所導致接頭松動的風險。
在接下來的合作中，曙光節(jié)能根據(jù)客戶反饋和冷板式服務器的結構提出了盲插設計的想法，讓服務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TC4600E-LP冷板式服務器訂制了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位置發(fā)生少許偏移，以確保其它電子連接準確無誤為前提自動校對到中心，實現(xiàn)盲插接頭的無損對接。盲插使液冷服務器的維護方式與風冷散熱服務器基本無差別，加上多層泄漏檢測和溢流技術，提高了數(shù)據(jù)中心的安全和穩(wěn)定。
研發(fā)總監(jiān)崔新濤如此評價與CPC的合作：“CPC具有強大的技術實力，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(jié)能樂意與CPC這樣技術成熟的廠商進行合作，選擇它作為曙光節(jié)能液冷模塊接頭的主要供應商。”\
對于CPC 來說，與曙光節(jié)能的技術交流也是提高自身研發(fā)訂制能力的佳平臺。CPC工程經(jīng)理張欣說道：“我相信雙方的合作能促使液體冷卻技術更加完善，推動行業(yè)成長。”
未來的推廣與創(chuàng)新之路
為何要大力推廣商業(yè)化？對此，崔總監(jiān)一針見血地指出：“雖然我們的服務器在技術上已經(jīng)是國際水平，但不同的是，在需求上，國外的大用戶在節(jié)能環(huán)保意識上更為超前，也更為積極地部署液冷系統(tǒng)。相比之下，國內(nèi)的環(huán)保節(jié)能意識開始得稍微晚一些，但我們產(chǎn)業(yè)的發(fā)展速度卻是超前的。”由此可見，國內(nèi)市場需要依靠高科技企業(yè)的不斷推廣和商業(yè)化研發(fā)來使液冷技術更為普及，這也包括了對未來趨勢的展望和研究。崔總監(jiān)提到，浸沒式服務器雖然是不可避免的趨勢，但在世界范圍內(nèi)都是一個應用難題，需要控制液體的相變或保證空間壓力。正因如此，現(xiàn)在能實現(xiàn)真正商用的全浸沒液冷服務器在世界上也是極為罕見。
這并沒有阻止HPC產(chǎn)業(yè)對浸沒式商業(yè)化的追求。自2010年起，曙光節(jié)能聯(lián)合曙光服務器事業(yè)部就在實驗室中同時開展了冷板式和浸沒式兩種液冷方案的科研。繼2015年曙光TC4600E-LP冷板式液冷服務器亮相并成功競標多個大型項目之后，曙光節(jié)能也在竭力開發(fā)商用浸沒式液冷系統(tǒng)。
為了更好地推動這一切的發(fā)展，曙光節(jié)能持續(xù)主動地與生態(tài)圈內(nèi)的合作伙伴保持溝通。CPC作為曙光節(jié)能重要的零部件供應商之一也在這個過程中不斷完善液體處理技術。雙方工程師以更好響應液冷發(fā)展趨勢為目標，通過不懈的專業(yè)交流讓高性能計算走出實驗室，攜手研發(fā)開辟未來的創(chuàng)新產(chǎn)品。
關鍵詞： 計算機 服務器 曙光
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