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大科学装置有了国产“降温”利器

  坐落于四川省稻城县海子山的国家重大科技基础设施项目——高海拔宇宙线观测站“拉索”,因有望破解宇宙线起源这一“世纪难题”而备受瞩目。鲜为人知的是,进入科学运行阶段以来,这个庞大的观测体系,每时每刻都在接收和处理着巨大的海量数据,而它们的储存和处理可是个大难题。 

  建立在“拉索”观测基地的海子山数据中心海拔4410米,是全球最高的数据中心之一。高密度服务器的散热问题,一直是制约服务器高密度计算、可靠运行的瓶颈,因此而产生的高能耗也给基地供电造成额外压力。 

  大科学装置需要一个“降温”利器。 

  中国工程院院士顾国彪和中国科学院电工研究所研究员阮琳带领团队,经过数十年的研究和发展,成功研发出具有完全自主知识产权的蒸发冷却技术。这一技术给高密度服务器散热问题的破解带来了希望。 

  据阮琳介绍,传统数据中心一般采用服务器强迫通风 结合机房空调制冷的传统风冷技术,实现服务器的降温。海子山数据中心由于地处高海拔,空气稀薄,传统风冷技术难以解决CPU的局部过热问题。这不仅限制了数据中心的配置规模,对数据中心的能耗也提出了巨大的挑战。 

  为解决高密度服务器冷却问题,散热能力更强的液冷技术逐步成为该领域的热点,随之也产生了水冷和蒸发冷却两种具有代表性的液冷技术方案。与传统风冷相比,水冷技术的冷却性能得到了大幅度提升,但强迫水循环冷却系统存在电气绝缘、腐蚀性和泄漏问题,导致水冷服务器的运行维护工作量极大,为服务器长期安全可靠运行带来了重大隐患。 

  “我们的蒸发冷却方式,利用液体冷却工质液气相变原理进行热量交换,冷却工质的液气密度差在重力加速度的作用下自动循环流动,无须外部旋转机械提供循环动力,因此冷却系统运行在零表压附近,降低了冷却工质泄漏的风险,冷却工质的循环完全不消耗电能。”阮琳告诉中青报·中青网记者,蒸发冷却方式使用的液体冷却工质本身具有很高的电气绝缘特性,能够对电子信息设备提供很好的绝缘保护作用。 

  这个数十年磨一剑的蒸发冷却技术,已先后应用于李家峡400兆瓦、三峡700兆瓦水轮发电机,以及国家大科学装置“兰州重离子加速器”的ECR离子源磁体。经过长期积累,蒸发冷却技术已形成了较为完整的基础理论体系、分析工具和设计方法。 

  如今,这个技术也为高海拔观测站数据中心的可靠运行提供重要科技支撑,助力大科学装置“拉索”高效运行。 

  2021年5月17日,建设中的“拉索”在银河系内发现2个能量超过1拍电子伏特的光子,是人类至今观测到能量最高的光子。相关研究成果已发表于《自然》(Nature)杂志。国家高能物理科学数据中心主任陈刚表示,电工研究所先进的表贴式无泵自循环蒸发冷却系统绿色节能,为“拉索”数据采集系统以及在站数据处理系统的稳定运行提供了有力保障。 

  阮琳介绍,自2019年11月投运以来,“拉索”数据中心蒸发冷却服务器运行稳定,冷却效果良好,节能显著,实测服务器机柜电能使用效率(PUE)为1.03。这一数据再次证明了蒸发冷却技术在电气装备与电子信息设备领域的独有优势。 

高海拔宇宙线观测站“拉索”实景图