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零和博弈|散热与可靠性兼得的极限挑战：我知道风 是在哪一个方向吹

“风扇转速刚过每分钟2万转 ， 硬盘就掉链子 ， 而且多次测试结果都是这样 。 ”即使看惯了实验室里不同工况条件下的大场面 ， 浪潮信息服务器研发工程师张海龙对眼前的情况还是有些惊讶 ， “毕竟各种因素赶到一块儿的场景太罕见了” 。
其实 ， 任何事物在带来好处的同时 ， 都要付出一定的代价 。 所谓鱼和熊掌兼得 ， 不过是成千上万次再平衡之后的偶然 。
比如：芯片的性能越高 ， 产生的功耗也会随之增大 ， 提高散热能力就成为谋求平衡的筹码；而追求极限散热 ， 难免对硬盘等部件造成冲击 ， 兼顾可靠性又变成新一轮平衡游戏的主题 。
当然 ， 散热和可靠性并非零和博弈 ， 只要管控好变量 ， 就有机会走出囚徒困境 。
悬在头上的达摩克利斯剑
在千行百业数字化转型的大时代 ， 数据中心既是驱动增长的重要引擎 ， 也是不容忽视的“耗电怪兽” 。 2020年 ， 我国数据中心用电量突破2000亿千瓦时 ， 占用电总量比重约2.7%；预计到2030年 ， 这一数字将突破4000亿千瓦时 ， 占比升至3.7% 。
工信部近期印发《新型数据中心发展三年行动计划（2021-2023年）》 ， 对PUE（数据中心总能耗/IT设备能耗）明确规定：到2021年底 ， 新建大型及以上数据中心PUE降低到1.35以下 ， 到2023年更要低于1.3 。
零和博弈|散热与可靠性兼得的极限挑战：我知道风 是在哪一个方向吹
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工信部《新型数据中心发展三年行动计划（2021-2023年）》
显而易见 ， 1.3将成为各地新建数据中心的PUE红线 。 但目前全国大型数据中心平均PUE为1.55 ， 超大型数据中心平均PUE也仅为1.46 。 也就是说 ， 在保有量万台服务器的数据中心 ， 每耗费一度电 ， 只有64.5%用于IT领域 ， 其余35.5%则用在空调等非IT设备 。
数据中心为了降低PUE ， 必须让能源更多向IT设备倾斜 ， 这对服务器的供电和散热研发设计提出了更高要求 。 供电效率提升可降低CPU等关键部件散热量 ， 从而减少空调等设备的使用 。 浪潮信息掌握了从12V到48V直流供电技术 ， 48V直流供电预计可减少30%的能耗 。
液冷是散热技术的翘楚 ， 可以用液体取代空气作为冷媒 ， 带走部件热量 ， 目前常见的方式有冷板、浸没、风液混合等 ， 已在云数据中心和边缘数据中心规模化部署 ， 对降低PUE效果显著 。 但液冷技术对数据中心的机房环境要求苛刻 ， 重新改造的成本也较高 ， 浸没式液冷的冷却液价格更是堪比茅台 。
对大多数数据中心来说 ， 风冷才是低成本改善散热的主流方案 ， 最“简单粗暴”的做法是提高服务器风扇转速 。 风扇高速转动将热量快速带出 ， 可避免部件发热量过高影响系统稳定性 。 但不断加码风扇转速直至满转时 ， 风扇与硬盘之间会形成大的漩涡 ， 而不规则的湍流影响非常严重——服务器内的硬盘碟片磁道密度低于50nm、Ocylim低于10nm ， 磁头轻微振动就会造成读写性能大幅下降 ， 甚至导致整个硬盘报废 。

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