1、 大温差冷却系统白皮书 大温差冷却系统白皮书 Research Report on Large Temperature Difference Research Report on Large Temperature Difference Cooling System Cooling System 全球计算联盟 节能降碳专业委员会 智能计算产业发展委员会 1 编写单位 编写单位 清华大学 中移动信息技术有限公司 中讯邮电咨询设计院有限公司 北京快手科技有限公司 中国节能协会碳中和专业委员会 南京佳力图机房环境技术股份有限公司 北京世纪互联宽带数据中心有限公司 华为技术有限公司 中国电信集团有限公

2、司 中国移动通信集团广东有限公司 中通服咨询设计研究院有限公司 中国质量认证中心有限公司 美的集团股份有限公司 湖南元亨科技股份有限公司 科大讯飞股份有限公司 编写组成员 编写组成员 江亿、谢晓云、陈亚超、王曼、陈晓朋、林帅、郭圣义、石莹、谈儒猛、霍毅、胡孝俊、郭聪、杨琪、许轶、许海进、赖钧健、朱珏娟、吴哲兴、曹维兵、张京良、柴晓前、张炳宇、胡东帅、王刚、梁宇栋、吴涛、秦亚庆、崔希琳 版权声明 版权声明 本研究报告版权属于全球计算联盟。使用说明：未经全球计算联盟事先的书面授权，不得以任何方式复制、抄袭、影印、翻译本文档的任何部分。凡转载或引用本文的观点、数据，请注明“来源：全球计算联盟”。1

3、序一 序一 以系统思维推动数据中心冷却技术的重要变革 以系统思维推动数据中心冷却技术的重要变革 自化石能源大规模使用以来，人类科技水平在短短二三百年间持续飞跃，同时，大气污染、气候变化等阴影也不期而至，演变为全球性发展难题。为了纾解发展之困，中国和全球其他国家一道，共同投入以碳达峰、碳中和为目标的科技浪潮中来，以切实政策引领可持续发展。各种规模的数据中心建设是顺应信息化技术飞速发展、尤其是满足 AI 技术飞跃的最主要的基础设施。而数据中心冷却系统既是保证数据中心安全可靠运行的基础，又是缓解数据中心耗电量迅速增长，降低数据中心运行碳排放、实现“绿色计算”的重要途径。目前世界上在人工智能领域的竞争

4、在一定程度上是算力的竞争，而制约算力发展的重要因素为充足的电力供给能力。提高冷却系统效率，在保证计算安全可靠的前提下降低系统电耗，已经成为各国在这一领域激烈竞争的重要内容之一。数据中心冷却的本质就是在芯片工作容许的温度下把芯片运行产生的热量排放到自然界。由于芯片并不消耗能量，其用电量全额转为必须散出的热量。而自然界作为可以接收热量的热汇，其温度是空气的干球温度、湿球温度或露点温度（取决于热汇处是否有足够的水分蒸发）。这样数据中心的冷却问题就成为以芯片表面温度与自然界热汇温度之温差作为驱动温差，把芯片耗电量所转化成的热量传送到作为热汇的自然环境中的问题。数据中心的冷却系统就是实现这一传热过程的热

5、量传输通道。这一热量传输通道的热阻由芯片表面与冷却系统冷却介质的等效换热热阻、把热量从接触芯片的冷却介质传输到热汇的热量传输系统的等效热阻以及输热系统与作为热汇的大气之间的等效换热热阻三部分叠加而成。当系统具有的驱动温差足以克服这些热阻而有效输送芯片热量时，热量传输系统就仅需要消耗风机水泵电耗，以保证冷却系统中风、水、或其它工质通过循环而传递热量。当驱动温差不足以克服这些热阻、不足以实现热量传输时，就需要配置热泵，通过对热量传输系统做功而提供附加的驱动温差。通过改变机房内通风方式以加大掠过芯片的有效风量、进一步由风冷改为液冷、是应 2 对芯片功率不断上涨，降低芯片表面与冷却系统冷却介质之间换热

6、热阻的有效途径；而热汇侧由间接冷却、直接蒸发冷却、到间接蒸发冷却的不断改进，则是把作为热量传输通道的热汇温度从空气的干球温度，到湿球温度，再到露点温度的不断降低，从而增大可利用的驱动温差的过程；减少热量传输系统各个传热环节的热阻，就可以降低对驱动温差的需求，从而可取消对热泵的需求，或者减少一年中需要热泵运行的时间。而减少各环节的热阻不仅需要减少热量传输系统的换热环节、提高各环节的换热能力，还需要优化各个循环回路的循环流量，使得在可接受的风机水泵电耗的前提下尽可能使各个换热环节两侧对应的温差均匀。由于输配距离和输配性能的限制，整个热量传输系统中存在最大输送温差的环节，其它各环节的输送温差需要与该