英偉達亮出高溫液冷黑科技！數(shù)據(jù)中心一年省2700萬

智東西
編譯 劉煜
編輯 陳駿達

智東西6月23日消息，當?shù)貢r間6月21日，英偉達發(fā)文稱，其新一代Rubin系列AI基礎設施冷卻液體工作溫度上限可達45攝氏度，高于人們泡澡時的水溫（一般在38到40攝氏度之間）。該公司形容這一設計是數(shù)據(jù)中心發(fā)展史上能效提升幅度最大的技術突破之一。

傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心普遍依靠冷水機組產出低溫冷水，配合精密空調輸送冷空氣完成整機散熱。但Rubin平臺反而采用高溫冷卻液完成散熱，它是全球首款實現(xiàn)100%液冷的AI算力平臺。其芯片、所有網絡組件全部由閉環(huán)管路內的液體獨立散熱，整機無任何散熱風扇。

▲Rubin平臺集成液冷基礎設施（圖源：英偉達官網）

英偉達透露，這一看似反常的設計，能使數(shù)據(jù)中心能夠大幅降低制冷能耗。不止如此，一座50兆瓦的超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心，若改用這一液冷基礎設施，理論上每年可節(jié)省超400萬美元（約合人民幣2712.3萬元）制冷相關水電開支。

該公司稱，由于英偉達Rubin平臺集成了100%液冷基礎設施，所有云服務商與數(shù)據(jù)中心運營商在搭建Rubin平臺配套算力集群時，均會同步切換這套散熱方案，產業(yè)鏈配套廠商也同步跟進。

Rubin平臺的這套液冷方案完整收錄于英偉達DSX AI工廠參考設計，該參考設計包含全套規(guī)范，用于指導整套AI工廠基礎設施的設計、搭建與運維。不止如此，DSX AI工廠參考設計也是英偉達為打造全球最高產出的AI工廠奠定的技術藍圖之一。

英偉達數(shù)據(jù)中心冷卻與基礎設施總監(jiān)阿里?海達里（Ali Heydari）稱：“英偉達DSX AI工廠參考設計可實現(xiàn)0耗水。我們大幅削減了電力消耗，幾乎徹底消除水資源損耗。整套方案采用干冷器閉環(huán)架構，無蒸發(fā)式水冷；僅少數(shù)氣候區(qū)域全年約1%的時段，才需要啟動冷水機組。”

盡管這套高溫全液冷體系在運營環(huán)節(jié)實現(xiàn)了節(jié)能節(jié)水效果，但外界對AI數(shù)據(jù)中心的多重擔憂并未完全消解。

據(jù)科技媒體The Verge報道，該方案仍未解決機房建設階段產生的資源消耗，以及超大型算力設施所需的電力供給壓力。

同時，英偉達發(fā)布的官方博文也并未提及使用Rubin平臺的建設成本。不過該公司發(fā)言人向美國科技博客Gizmodo透露，相關價格將由數(shù)據(jù)中心設備供應商制定。至少在短期內，多數(shù)頭部AI實驗室大概率仍會繼續(xù)使用傳統(tǒng)高耗水型數(shù)據(jù)中心。

一、節(jié)水幅度最高達100%，可減少機械制冷設備運行時長

隨著AI訓練集群規(guī)模持續(xù)擴大，散熱正成為影響數(shù)據(jù)中心建設成本和運營效率的重要因素。冷卻系統(tǒng)長期以來一直是數(shù)據(jù)中心最大的能耗來源之一。英偉達稱，冷卻系統(tǒng)在歷史上最高可占數(shù)據(jù)中心總電力消耗的40%。

因此制冷優(yōu)化成了降低運營成本、削減能源需求的核心突破口。

長期以來，行業(yè)一直存在一個認知誤區(qū)：機房溫度越低，能效越高。幾十年前，只要數(shù)據(jù)中心環(huán)境溫度偏高，運維人員便會判定設備存在故障，久而久之行業(yè)普遍將“低溫”與“高效率”直接畫上等號。

但在全液冷架構下，情況已經發(fā)生變化。

實際上，芯片可承受的工作溫度遠高于大眾固有認知。硅基處理器運行時會產生巨大內熱，在Rubin平臺中，液體進入機架時溫度可達到45攝氏度，流出時約為55攝氏度。這意味著液體在流經芯片過程中吸收了大量熱量。

如下圖所示，黃色管路是高溫冷卻液輸送管道，紅橙漸變光柱展示該服務器內部芯片的發(fā)熱熱量，淺藍色透明區(qū)域則代表冷板液冷散熱模塊。圖中右下角面板標注高溫液體冷卻（Hot Liquid Cooling）工況：冷卻液進水溫度45℃，吸熱后出水溫度升至55℃，設備運行狀態(tài)顯示正常（Normal）。

▲Rubin平臺配套的45℃高溫全液冷散熱3D原理示意圖（圖源：英偉達官網）

盡管冷卻液溫度遠高于傳統(tǒng)認知中的“安全溫度”，但處理器性能并不會因此下降。英偉達稱，這是因為冷板（Cold Plate）直接貼附在芯片表面，能夠將芯片工作溫度始終控制在驗證范圍內。

與此同時，整個服務器已經不再依賴機房冷空氣。即使外部環(huán)境溫度較高，服務器也能正常工作，因為散熱任務全部由液體循環(huán)系統(tǒng)承擔。

行業(yè)測算顯示，冷水機組供水溫度每提升1攝氏度，制冷能耗成本可降低約4%。企業(yè)規(guī)模化部署Rubin平臺后，節(jié)能效益將持續(xù)疊加。

在氣候適宜地區(qū)，英偉達這套45℃液冷架構可在完全停用冷水機組的情況下運行，僅依靠干冷器散熱。傳統(tǒng)冷卻塔制冷系統(tǒng)每兆瓦年耗水量約260萬加侖（約9842噸），而該方案可將耗水量降至近乎為0，節(jié)水幅度最高可達100%。

其背后原理在于，傳統(tǒng)風冷數(shù)據(jù)中心需要輸送大量低溫空氣帶走IT設備熱量，高溫天氣下制冷設備能耗極高。

英偉達45℃液冷方案則直接在芯片端捕獲熱量，通過高溫液體管路輸送熱量，全年大部分時段可依靠室外干冷器高效排熱，可減少機械制冷設備運行時長與機房耗水量。

機房環(huán)境溫度無需刻意調低，夏季室外高溫空氣也完全適配，因為服務器內部無任何元器件依賴冷空氣散熱，全部散熱工作由冷卻液完成；液體在閉環(huán)管路內循環(huán)復用，也無需持續(xù)消耗新水冷卻芯片。

施耐德電氣旗下高端冷卻子公司Motivair已和英偉達合作近十年，該公司總裁兼CEO理查德?惠特莫爾（Richard Whitmore）稱：“地理位置與系統(tǒng)設計匹配得當?shù)那疤嵯拢自O施無需任何制冷機組，僅依靠室外大型散熱盤管，利用自然空氣即可完成全部散熱，能效表現(xiàn)極其出色。”

如他所言，液冷系統(tǒng)的效果與地理環(huán)境密切相關。例如蘇格蘭高地與美國亞利桑那州鳳凰城的數(shù)據(jù)中心面臨完全不同的氣候條件，因此能夠達到的節(jié)能水平也存在差異。

不過即便如此，英偉達認為，45攝氏度液冷方案已經讓數(shù)據(jù)中心距離“無冷水機組運行”更進一步。在許多地區(qū)，冷水機組可能僅需在一年中的極少數(shù)高溫天氣啟動。

二、算力部署密度大幅提升，廢熱可回收供暖

Rubin平臺的這套液冷設計方案除了能節(jié)水以外，還一定程度上解決了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心進行散熱時出現(xiàn)的噪音問題。

傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心使用散熱風扇散熱時會讓機房噪音達到85分貝及以上，工作人員進入部分機房甚至需要佩戴護耳設備。同時，傳統(tǒng)機房還需要精心規(guī)劃冷熱通道，以確保冷空氣能夠流經各類元器件。

但Rubin平臺取消了這些設計。

該平臺使用由75%水和25%丙二醇組成的冷卻液，冷卻液流經緊貼處理器的冷板時，可以直接在熱源處帶走熱量。冷卻液的工作溫度上限達45攝氏度，多數(shù)氣候環(huán)境下，機房管路無需啟動機械冷水機組與高噪音風扇即可向外排熱。

▲左側是大型不銹鋼承壓罐，黑色機柜為VERTIV換熱設備；右側是不銹鋼回水管道（圖源：英偉達官網）

這一變化還帶來了更高的機柜密度。

以往液冷服務器均為混合散熱架構：GPU、CPU配備冷板，其余元器件仍依靠風冷，通過散熱鰭片向流動空氣散發(fā)熱量。

而英偉達熱設計團隊重新設計了Rubin平臺服務器內部散熱結構，把過去依賴空氣散熱的組件改為液冷方案，并采用單進單出液路設計優(yōu)化冷卻液流動路徑。

從外觀上看，Rubin服務器前面板已不再需要空氣冷卻服務器常見的散熱孔。與此同時，原本占用6U空間的系統(tǒng)如今可壓縮至2U空間內，在相同機房面積下部署更多算力設備。

惠特莫爾稱：“單芯片功耗突破臨界值后，液冷將成為唯一可行方案。”

▲Rubin全液冷AI服務器機柜整機（圖左）機柜頂部液冷管路近距離特寫（圖右）（圖源：英偉達官網）

除了上述優(yōu)點，英偉達全液冷架構還帶來了余熱利用的新可能。

該公司稱，AI工廠算力運行產生的廢熱可二次利用，能為周邊商業(yè)樓宇、居民住宅供暖，提高整體能源利用效率。

隨著AI訓練和推理需求持續(xù)增長，數(shù)據(jù)中心建設規(guī)模仍在快速擴張。如果散熱效率無法同步提升，AI基礎設施的能源消耗將隨算力增長同步攀升。英偉達此次推動的100%液冷架構，正是其降低AI基礎設施運行成本和資源消耗的重要方案之一。

結語：算力散熱難題凸顯，高溫全液冷革新傳統(tǒng)制冷思路

當下，AI算力需求持續(xù)擴張，數(shù)據(jù)中心的水電消耗與散熱壓力已成為行業(yè)無法回避的現(xiàn)實議題。

英偉達Rubin全液冷架構通過提升冷卻液工作溫度、閉環(huán)干冷循環(huán)的方式，打破了傳統(tǒng)行業(yè)長期追求機房低溫的固有思路。

但這套方案的落地效果受地域氣候制約明顯，前期建設成本、全行業(yè)規(guī)模化普及進度仍是待觀察的變量，同時它僅優(yōu)化了制冷環(huán)節(jié)的資源消耗，無法覆蓋數(shù)據(jù)中心建造、上游電力供給等全鏈條環(huán)境相關問題。

未來，兼顧算力供給、資源消耗與落地成本的散熱體系，仍需要芯片廠商、機房服務商、能源配套產業(yè)鏈多方協(xié)同適配。未來，高溫全液冷或許會成為重要技術路線之一，但并非解決AI數(shù)據(jù)中心能耗、耗水問題的唯一答案。

來源：英偉達官網、The Verge、Gizmodo