在全球數字化浪潮下，數據中心重要性凸顯，市場規(guī)模持續(xù)增長，成為各國投資熱點。人工智能發(fā)展推動數據中心技術創(chuàng)新，如液冷技術、電源管理優(yōu)化等。但算力需求與能耗激增，數據中心綠色轉型迫在眉睫，可再生能源與儲能技術應用是關鍵。
在全球數字化浪潮的推動下，數據中心作為支撐云計算、人工智能(AI)、大數據分析以及物聯(lián)網(IoT)等尖端技術的核心支柱，其重要性日益凸顯。因為數據中心不僅承載著海量數據的存儲與處理任務，還是實現(xiàn)高效網絡服務、促進科技創(chuàng)新不可或缺的基石。據權威預測，到2032年，全球數據中心市場規(guī)模將實現(xiàn)約11.5%的復合年增長率，這彰顯出該領域蓬勃發(fā)展的強勁勢頭與巨大潛力。
數據中心建設成為各國投資熱點
隨著人工智能，尤其是大模型等技術高速發(fā)展，高性能計算需求和存儲需求也在不斷增加，各國數據中心建設呈現(xiàn)出強勁增長勢頭，谷歌、微軟、Meta等科技巨頭紛紛入局，投資數十億美元用于數據中心擴建。近日，谷歌公司表示，將在南美洲烏拉圭的卡內洛內斯開設其在拉丁美洲的第二個數據中心，并投資超過8.5億美元。這是谷歌在拉美建的第二座數據中心。據報道，谷歌還考慮在越南胡志明市附近建立一個超大規(guī)模的數據中心，預計將于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據中心園區(qū)，并在弗吉尼亞州擴建數據中心;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)數據中心和谷歌云區(qū)域。
我國數據中心市場相比歐美國家起步較晚，但受益于“互聯(lián)網+”、大數據戰(zhàn)略、數字經濟等國家政策指引以及移動互聯(lián)網的快速發(fā)展，我國數據中心市場規(guī)模持續(xù)高速增長。中商產業(yè)研究院發(fā)布的《2024-2029年中國數據中心建設市場需求預測及發(fā)展趨勢前瞻報告》顯示，2023年中國數據中心市場規(guī)模約為2407億元，同比增長26.68%。中商產業(yè)研究院分析師預測，2024年中國數據中心市場規(guī)模將達3048億元。
圖源丨中商產業(yè)研究院
國家數據局局長劉烈宏表示，中國已投入超過435億元人民幣(約合61.2億美元)用于建設計算數據中心，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。
人工智能帶動數據中心的發(fā)展趨勢
人工智能的快速崛起對經濟和社會產生了深遠影響，而這風光無限的背后，離不開基礎建設的支持。數據中心作為新一代數字技術如人工智能、5G和云計算發(fā)展的核心樞紐與關鍵算力平臺，是推動科技創(chuàng)新和社會數字化轉型的關鍵力量。根據Data Bridge Market Research研究，到2029年，人工智能基礎設施市場預計將達到4220億美元復合年增長率為44%。IEEE主席Tom Coughlin表示：“人工智能將刺激更多的數據中心使用、現(xiàn)有數據中心的擴展和新數據中心的創(chuàng)建。”
人工智能的高能耗需求推動數據中心積極采用創(chuàng)新技術，以提高能源利用效率。液冷技術是一種以液體作為冷媒，利用液體流動將數據中心ICT設備內部元器件產生的熱量傳遞到設備外，使ICT設備的發(fā)熱部件得到冷卻，從而保證ICT設備安全運行。當下，液冷技術已成為數據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。根據行業(yè)觀察，僅采用傳統(tǒng)風冷技術的數據中心PUE極限值為1.25，而采用液冷技術后，數據中心PUE值可低于1.1，比傳統(tǒng)風冷技術節(jié)電20%。
IT基礎設施產品、方案和服務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”的設計理念，從算效、能效、調度管理、交付等方面，實現(xiàn)了整體性能的優(yōu)化，可根據客戶風冷機房條件下液冷服務器部署需求和客戶新建液冷數據中心需求進行靈活定制。浪潮信息的液冷數據中心建設方案采用業(yè)界極為成熟的冷板式液冷技術，由液冷一次側單元、液冷二次側單元、液冷T設備單元、數據中心基礎設施單元、風冷T設備單元和云數智融合單元等六個部分組成。
圖源丨液冷數據中心基本組成
國內核心信息基礎設施優(yōu)質企業(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，可應用于高密度的智算中心。據介紹，相變浸沒液冷系統(tǒng)在6大關鍵技術實現(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;材料兼容性技術上，構建了兼容性數據庫;高速信號衰減抑制技術上，能提供信號完整性的保障;結構密封與機電轉接上，實現(xiàn)了氣液循環(huán)的密封解決方案;高效相變換熱技術上，完成了液冷的創(chuàng)新應用;相變換熱自動控制技術上，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技術。該技術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?？松梨谛卵邪l(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重要。作為服務器電源產品的市場領導者，英飛凌(展位號：N5.501)著手優(yōu)化DC-DC設計，協(xié)助從業(yè)者打造可兼顧性能與能耗兩大考量的數據中心，新款的IPOL系列產品TDM3883和TDM3885單輸出降壓轉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，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量，有利于輕松實現(xiàn)更高功率密度的設計。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，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
面對數據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)面向數據中心整機柜供電，提供了完整的解決方案。產品系列包含：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，有效降低數據中心運行過程中產生的熱量，并將其轉換為算力，從而提升數據中心的能耗使用效率。此外，村田創(chuàng)新的電池備份BBU模式能夠在數據中心發(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據安全。
在功率半導體方面，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)新的兩級設計，將電容器分配器充電泵與4相降壓調節(jié)器結合，高度更低，體積更緊湊。
算力需求與能耗激增，數據中心綠色轉型迫在眉睫
加快數據中心等數字基礎設施的綠色低碳轉型，有助于釋放節(jié)能低碳與擴產增效的雙重新動力，推動數字化與綠色化協(xié)同發(fā)展。然而，當前數據中心的規(guī)模擴張與算力需求增速快于能效提升與用能轉型的進度，使其逐漸成為數字經濟產業(yè)中能源消耗的主要來源。根據國際能源署、波士頓咨詢集團、日本電力中央研究所等機構的預測，全球數據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，人工智能對數據中心用電增長的貢獻率已超過一半。
圖源丨Goldman Sachs
數據中心作為信息時代的基礎設施，其能耗問題不僅關系到運營成本，更對環(huán)境產生深遠影響。國家發(fā)展改革委等部門印發(fā)的《數據中心綠色低碳發(fā)展專項行動計劃》強調了“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鍵”。要實現(xiàn)這一目標，除了提升電網中新能源裝機并網外，還需要數據中心提升“專屬”可再生能源發(fā)電能力。這意味著數據中心不僅要依賴公共電網提供的新能源，還需要自建或合作建設專屬的可再生能源發(fā)電設施，如太陽能電站、風力發(fā)電場等。這些專屬發(fā)電設施可以直接為數據中心供電，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。這種技術的應用不僅可以為數據中心提供穩(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?？稍偕茉吹陌l(fā)電具有間歇性和不穩(wěn)定性，所以儲能技術的應用顯得尤為重要。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，確保數據中心的電力供應穩(wěn)定可靠。當前，鋰電池、液流電池等儲能技術已經在一些數據中心得到了應用，但仍需進一步提升技術水平和經濟性。
總之，面對不斷攀升的算力需求與能耗挑戰(zhàn)，數據中心向綠色低碳轉型已是大勢所趨。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，還能促進整個產業(yè)鏈向更加可持續(xù)的方向發(fā)展。盡管存在技術與經濟性的多重挑戰(zhàn)，但諸如智能光伏系統(tǒng)與高效儲能技術的應用，正逐步展示出解決這些問題的潛力。未來，隨著技術創(chuàng)新的步伐加快，政策支持的力度加大，我們有理由相信，構建高效、綠色的數據中心將成為現(xiàn)實，進而支撐起一個更加環(huán)保、更具韌性的數字世界。
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