在全球數(shù)字化浪潮下，數(shù)據(jù)中心重要性凸顯，市場規(guī)模持續(xù)增長，成為各國投資熱點。人工智能發(fā)展推動數(shù)據(jù)中心技術(shù)創(chuàng)新，如液冷技術(shù)、電源管理優(yōu)化等。但算力需求與能耗激增，數(shù)據(jù)中心綠色轉(zhuǎn)型迫在眉睫，可再生能源與儲能技術(shù)應(yīng)用是關(guān)鍵。
在全球數(shù)字化浪潮的推動下，數(shù)據(jù)中心作為支撐云計算、人工智能（AI）、大數(shù)據(jù)分析以及物聯(lián)網(wǎng)（IoT）等尖端技術(shù)的核心支柱，其重要性日益凸顯。因為數(shù)據(jù)中心不僅承載著海量數(shù)據(jù)的存儲與處理任務(wù)，還是實現(xiàn)高效網(wǎng)絡(luò)服務(wù)、促進科技創(chuàng)新不可或缺的基石。據(jù)權(quán)威預(yù)測，到2032年，全球數(shù)據(jù)中心市場規(guī)模將實現(xiàn)約11.5%的復(fù)合年增長率，這彰顯出該領(lǐng)域蓬勃發(fā)展的強勁勢頭與巨大潛力。
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01 數(shù)據(jù)中心建設(shè)成為各國投資熱點
隨著人工智能，尤其是大模型等技術(shù)高速發(fā)展，高性能計算需求和存儲需求也在不斷增加，各國數(shù)據(jù)中心建設(shè)呈現(xiàn)出強勁增長勢頭，谷歌、微軟、Meta等科技巨頭紛紛入局，投資數(shù)十億美元用于數(shù)據(jù)中心擴建。近日，谷歌公司表示，將在南美洲烏拉圭的卡內(nèi)洛內(nèi)斯開設(shè)其在拉丁美洲的第二個數(shù)據(jù)中心，并投資超過8.5億美元。這是谷歌在拉美建的第二座數(shù)據(jù)中心。據(jù)報道，谷歌還考慮在越南胡志明市附近建立一個超大規(guī)模的數(shù)據(jù)中心，預(yù)計將于2027年完工。此外，24年4月，谷歌宣布投資30億美元，在印第安納州建立一個數(shù)據(jù)中心園區(qū)，并在弗吉尼亞州擴建數(shù)據(jù)中心；5月份谷歌表示，將在馬來西亞投資20億美元，在該國開發(fā)數(shù)據(jù)中心和谷歌云區(qū)域。
我國數(shù)據(jù)中心市場相比歐美國家起步較晚，但受益于“互聯(lián)網(wǎng)+”、大數(shù)據(jù)戰(zhàn)略、數(shù)字經(jīng)濟等國家政策指引以及移動互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，我國數(shù)據(jù)中心市場規(guī)模持續(xù)高速增長。中商產(chǎn)業(yè)研究院發(fā)布的《2024-2029年中國數(shù)據(jù)中心建設(shè)市場需求預(yù)測及發(fā)展趨勢前瞻報告》顯示，2023年中國數(shù)據(jù)中心市場規(guī)模約為2407億元，同比增長26.68%。中商產(chǎn)業(yè)研究院分析師預(yù)測，2024年中國數(shù)據(jù)中心市場規(guī)模將達3048億元。
圖源丨中商產(chǎn)業(yè)研究院
國家數(shù)據(jù)局局長劉烈宏表示，中國已投入超過435億元人民幣（約合61.2億美元）用于建設(shè)計算數(shù)據(jù)中心，拉動投資超過2000億元，機架總規(guī)模超過195萬架，整體上架率達63%左右。
02 人工智能帶動數(shù)據(jù)中心的發(fā)展趨勢
人工智能的快速崛起對經(jīng)濟和社會產(chǎn)生了深遠影響，而這風(fēng)光無限的背后，離不開基礎(chǔ)建設(shè)的支持。數(shù)據(jù)中心作為新一代數(shù)字技術(shù)如人工智能、5G和云計算發(fā)展的核心樞紐與關(guān)鍵算力平臺，是推動科技創(chuàng)新和社會數(shù)字化轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵力量。根據(jù)Data Bridge Market Research研究，到2029年，人工智能基礎(chǔ)設(shè)施市場預(yù)計將達到4220億美元復(fù)合年增長率為44%。IEEE主席Tom Coughlin表示：“人工智能將刺激更多的數(shù)據(jù)中心使用、現(xiàn)有數(shù)據(jù)中心的擴展和新數(shù)據(jù)中心的創(chuàng)建。”
人工智能的高能耗需求推動數(shù)據(jù)中心積極采用創(chuàng)新技術(shù)，以提高能源利用效率。液冷技術(shù)是一種以液體作為冷媒，利用液體流動將數(shù)據(jù)中心ICT設(shè)備內(nèi)部元器件產(chǎn)生的熱量傳遞到設(shè)備外，使ICT設(shè)備的發(fā)熱部件得到冷卻，從而保證ICT設(shè)備安全運行。當(dāng)下，液冷技術(shù)已成為數(shù)據(jù)中心提升供冷能力以滿足日益增長的機柜密度與功率的上佳途徑。根據(jù)行業(yè)觀察，僅采用傳統(tǒng)風(fēng)冷技術(shù)的數(shù)據(jù)中心PUE極限值為1.25，而采用液冷技術(shù)后，數(shù)據(jù)中心PUE值可低于1.1，比傳統(tǒng)風(fēng)冷技術(shù)節(jié)電20%。
IT基礎(chǔ)設(shè)施產(chǎn)品、方案和服務(wù)提供商浪潮信息就推出支持多元算力和多模算法的新一代模塊化液冷智算中心，該模塊化液冷智算中心遵循“以系統(tǒng)為核心”的設(shè)計理念，從算效、能效、調(diào)度管理、交付等方面，實現(xiàn)了整體性能的優(yōu)化，可根據(jù)客戶風(fēng)冷機房條件下液冷服務(wù)器部署需求和客戶新建液冷數(shù)據(jù)中心需求進行靈活定制。浪潮信息的液冷數(shù)據(jù)中心建設(shè)方案采用業(yè)界極為成熟的冷板式液冷技術(shù)，由液冷一次側(cè)單元、液冷二次側(cè)單元、液冷T設(shè)備單元、數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施單元、風(fēng)冷T設(shè)備單元和云數(shù)智融合單元等六個部分組成。
圖源丨液冷數(shù)據(jù)中心基本組成
國內(nèi)核心信息基礎(chǔ)設(shè)施優(yōu)質(zhì)企業(yè)中科曙光也推出浸沒式液冷解決方案，該方案采用了相變浸沒式液冷，冷卻液為電子氟化液，可應(yīng)用于高密度的智算中心。據(jù)介紹，相變浸沒液冷系統(tǒng)在6大關(guān)鍵技術(shù)實現(xiàn)了創(chuàng)新突破。具體來看，在浸沒冷媒新材料上實現(xiàn)了聯(lián)合研發(fā)、自主可控；材料兼容性技術(shù)上，構(gòu)建了兼容性數(shù)據(jù)庫；高速信號衰減抑制技術(shù)上，能提供信號完整性的保障；結(jié)構(gòu)密封與機電轉(zhuǎn)接上，實現(xiàn)了氣液循環(huán)的密封解決方案；高效相變換熱技術(shù)上，完成了液冷的創(chuàng)新應(yīng)用；相變換熱自動控制技術(shù)上，可進行智能化系統(tǒng)管理。
圖源丨中科曙光
英特爾也推出了下一代G-Flow浸沒式液冷機柜相關(guān)技術(shù)。該技術(shù)采用的是單相浸沒式液冷，值得注意的是，在這套解決方案中，冷卻液采用的是埃克森美孚新研發(fā)的無PFAS浸沒式冷卻液（某種碳氫合成油），相較于傳統(tǒng)的氟化液更為環(huán)保。
另一方面，優(yōu)化電源管理效益同樣至關(guān)重要。作為服務(wù)器電源產(chǎn)品的市場領(lǐng)導(dǎo)者，英飛凌（展位號：N5.501）著手優(yōu)化DC-DC設(shè)計，協(xié)助從業(yè)者打造可兼顧性能與能耗兩大考量的數(shù)據(jù)中心，新款的IPOL系列產(chǎn)品TDM3883和TDM3885單輸出降壓轉(zhuǎn)換器都采用了模組式封裝，將電感與電容等離散元件集成至模組內(nèi)，可節(jié)約80%的PCB占板面積。
TDM3883和3885 IPOL是完全集成的單輸出降壓轉(zhuǎn)換器，能夠提供高達3A/4A的連續(xù)負載，具有高效、出色的線路和負載調(diào)節(jié)能力，并且支持4.5 V – 14 V的寬輸入電壓范圍。集成的電感和電容元件減少了外部組件的數(shù)量，有利于輕松實現(xiàn)更高功率密度的設(shè)計。與分立式解決方案相比，該集成解決方案通過大限度地減少PCB走線來降低寄生參數(shù)，提升性能。與此同時，由于封裝尺寸極小，為客戶的解決方案釋放更多的可能性。對于這兩款經(jīng)過優(yōu)化的電源模塊，英飛凌在可靠性測試和成品測試（FT）中對集成的電感和電容元件都進行了嚴格測試，這進一步減輕了客戶的工作量，使得他們無需再進行無源元件的選型和測試。
圖源丨英飛凌
面對數(shù)據(jù)中心電源能耗的挑戰(zhàn)，全球性的綜合電子元器件制造商村田制作所（展位號：N1.300）面向數(shù)據(jù)中心整機柜供電，提供了完整的解決方案。產(chǎn)品系列包含：電源箱，AC/DC電源模塊，輸入自動切換ATS模塊，遠程管理單元RMU，電池備份系統(tǒng)以及適配ORV3機架產(chǎn)品等。村田的解決方案通過安全、高性能的集中式供電，追根溯源，提供底層解決方案，有效降低數(shù)據(jù)中心運行過程中產(chǎn)生的熱量，并將其轉(zhuǎn)換為算力，從而提升數(shù)據(jù)中心的能耗使用效率。此外，村田創(chuàng)新的電池備份BBU模式能夠在數(shù)據(jù)中心發(fā)生意外掉電事故時，提供短時間輸入電源的切換，以靈活備電方式有效保障數(shù)據(jù)安全。
在功率半導(dǎo)體方面，村田的MYC0409擁有目前業(yè)界高水準的功率密度（5.4kW/inch3），且支持48V輸入電壓的4倍率變比降壓DC-DC“電荷泵模塊。PE24103和PE24108采用創(chuàng)新的兩級設(shè)計，將電容器分配器充電泵與4相降壓調(diào)節(jié)器結(jié)合，高度更低，體積更緊湊。
03數(shù)據(jù)中心綠色轉(zhuǎn)型迫在眉睫
加快數(shù)據(jù)中心等數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施的綠色低碳轉(zhuǎn)型，有助于釋放節(jié)能低碳與擴產(chǎn)增效的雙重新動力，推動數(shù)字化與綠色化協(xié)同發(fā)展。然而，當(dāng)前數(shù)據(jù)中心的規(guī)模擴張與算力需求增速快于能效提升與用能轉(zhuǎn)型的進度，使其逐漸成為數(shù)字經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)中能源消耗的主要來源。根據(jù)國際能源署、波士頓咨詢集團、日本電力中央研究所等機構(gòu)的預(yù)測，全球數(shù)據(jù)中心的用電量將持續(xù)快速增長。美國勞倫斯伯克利國家實驗室的研究顯示，近年來，人工智能對數(shù)據(jù)中心用電增長的貢獻率已超過一半。
圖源丨Goldman Sachs
數(shù)據(jù)中心作為信息時代的基礎(chǔ)設(shè)施，其能耗問題不僅關(guān)系到運營成本，更對環(huán)境產(chǎn)生深遠影響。國家發(fā)展改革委等部門印發(fā)的《數(shù)據(jù)中心綠色低碳發(fā)展專項行動計劃》強調(diào)了“想要實現(xiàn)綠色低碳發(fā)展，可再生能源利用率的提高是關(guān)鍵”。要實現(xiàn)這一目標，除了提升電網(wǎng)中新能源裝機并網(wǎng)外，還需要數(shù)據(jù)中心提升“專屬”可再生能源發(fā)電能力。這意味著數(shù)據(jù)中心不僅要依賴公共電網(wǎng)提供的新能源，還需要自建或合作建設(shè)專屬的可再生能源發(fā)電設(shè)施，如太陽能電站、風(fēng)力發(fā)電場等。這些專屬發(fā)電設(shè)施可以直接為數(shù)據(jù)中心供電，減少對傳統(tǒng)化石能源的依賴，從而降低碳排放。華為的智能光伏系統(tǒng)能夠智能跟蹤太陽光的變化，優(yōu)化光伏板的工作效率，從而提高發(fā)電量。這種技術(shù)的應(yīng)用不僅可以為數(shù)據(jù)中心提供穩(wěn)定的綠色電能，還可以靈活地與其他能源管理系統(tǒng)集成，實現(xiàn)綜合能源管理。
然而，單靠可再生能源發(fā)電并不足以完全解決問題。可再生能源的發(fā)電具有間歇性和不穩(wěn)定性，所以儲能技術(shù)的應(yīng)用顯得尤為重要。儲能系統(tǒng)可以在新能源發(fā)電過剩時儲存電能，在發(fā)電不足時釋放電能，確保數(shù)據(jù)中心的電力供應(yīng)穩(wěn)定可靠。當(dāng)前，鋰電池、液流電池等儲能技術(shù)已經(jīng)在一些數(shù)據(jù)中心得到了應(yīng)用，但仍需進一步提升技術(shù)水平和經(jīng)濟性。
總之，面對不斷攀升的算力需求與能耗挑戰(zhàn)，數(shù)據(jù)中心向綠色低碳轉(zhuǎn)型已是大勢所趨。通過采用可再生能源以及先進的儲能解決方案，不僅能有效降低運營成本，減少碳足跡，還能促進整個產(chǎn)業(yè)鏈向更加可持續(xù)的方向發(fā)展。盡管存在技術(shù)與經(jīng)濟性的多重挑戰(zhàn)，但諸如智能光伏系統(tǒng)與高效儲能技術(shù)的應(yīng)用，正逐步展示出解決這些問題的潛力。未來，隨著技術(shù)創(chuàng)新的步伐加快，政策支持的力度加大，我們有理由相信，構(gòu)建高效、綠色的數(shù)據(jù)中心將成為現(xiàn)實，進而支撐起一個更加環(huán)保、更具韌性的數(shù)字世界。
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