2023 開年，浪浪山的一隻小豬妖火出了圈，在《中國奇譚》這部國漫的第一個單元中，小豬妖躊躇滿志，想要做出一番事業，結果費盡千辛萬苦，自己的工作成果卻被否定，然後，小豬妖說出了那句經典台詞 " 我想離開浪浪山 "。
小豬妖的遭遇，戳中了當代打工人的隐痛，也像極了數據中心裡那些鮮為人知，又百抓撓心的困境。
近年來，我們能夠在很多論壇、峰會、發布會商聽到一些高瞻遠矚、提綱挈領的話，比如 " 計算力就是生産力 "、" 數字經濟的基礎設施 "、" 上雲用數賦智 " 等，這些宏觀層面的趨勢、路線支撐着雲數據中心、智算中心等計算集群的快速發展，我們也在此前的文章中分析過很多。
不過，實際建設過程中，會面臨這樣那樣的具體挑戰，可能是坐在辦公室 / 研究所，對着 PPT 指點江山的人很難想象的。
比如西部某高校中計算中心的一個女工作人員曾告訴我，服務器散熱主要靠風冷，維持降溫會加大送風風力，她們女員工進機房都是沒法穿裙子的；機房内的噪音很大，常年負責運維的同事，聽力也受到了損害。
這些細節而真實的難題，構成了數據中心必須翻越的浪浪山，否則就會像小豬妖一樣疲憊且做無用功，而這些問題，隻能從紮根在腳下的土地中來，從與一線人員交流中來。今天我們就結合一些實地見聞來聊一聊，數據中心正在等待翻越哪些山巒。
第一重山：電
談到數據中心的中美差異，你會想到什麼？芯片、架構、軟件、産業鍊？有一個容易被忽略但很重要的因素是：供電。
益企研究院自 2018 年來實地考察了多個國内雲數據中心，發現 2 路 2U 是國内服務器市場上的主流規格，IDC 的服務器市場追蹤報告也證實，2018 — 2021 年，機櫃式服務器中 2U 規格占據了 70% 左右。然而，美國市場上，1U 反而更受歡迎。
1U 和 2U 究竟是什麼？到底是什麼原因導緻了這種差别？又意味着什麼呢？
（中國電子信創雲基地（順義）機房的 2U 服務器）
我們知道，随着 IT 設備技術的變化，現代數據中心采用的服務器高度一般為 1U 或 2U，U 指的是機架式服務器的厚度，1U 是 4.45 厘米，而早期數據中心的機架式服務器高度一般在 3-5U。
U 的數字越少，服務器高度越低，單機計算密度越高，1U 服務器的計算密度可以達到 2U 服務器的兩倍。然而，東數西算工程中對數據中心集群的要求，京津冀、長三角、粵港澳大灣區、成渝這幾個樞紐節點都強調了 " 高密度 "。因為隻有密度更高，才能在有限的土地面積上供給更多的算力，提高土地資源效益。
這樣看，1U 應該是更好的選擇，但實地走訪得到的結果，卻是 2U 規格在中國雲數據中心的占比較多，這是為什麼呢？這裡有一個決定性因素——供電能力。
因為 1U 比 2U 更耗電，支撐約 18 台 2U 服務器的單機櫃供電量需要達到 6kW，如果換成部署 36 台 1U 服務器，那供電量就要達到 12kW。如果單機櫃的供電能力達不到，就無法充分發揮 1U 的密度優勢。
（和林格爾東方超算雲數據中心内景）
而目前，我國數據中心的機櫃功率還是普遍偏低的，主流功率以 4-6KW 為主，" 東數西算 " 工程的宣傳中，甚至還可以看到 "2.5 千瓦标準機架 " 的配置，6kW 以上的機櫃占比隻有 32%。
數據中心的供電系統，既有舊疾，也有新患。舊疾在于，傳統數據中心的各個機電系統分别運行，采集精度不足，調控範圍也有限，供電能力和 IT 需求無法精細化對等，一旦單機櫃功率密度加大，電源連續運行的可靠性就可能受到影響，發生停機中斷的風險也會增大。對于雲服務商來說，雲數據中心斷電會直接導緻客戶業務終端，帶來經濟損失，這是不可承受之重。
新患在于，國家提出 " 雙碳 " 戰略後，建設綠色節能數據中心已經成為共識，而單機功率密度的增加，會直接提高制冷要求，從而增加空調設備和空冷用電。以 2021 年數字中國萬裡行考察過的雲數據中心為例，騰訊雲懷來瑞北數據中心使用 52U 機櫃，UCloud（優刻得）烏蘭察布雲基地使用 47U 和 54U 的機櫃，如果都改用 1U 服務器，不僅不能真正提高密度，反而會增大服務器散熱設計的挑戰。
已知數據中心必須提高計算密度，那就要提高單櫃密度，單機櫃功率需要更高可靠、高可用的供電能力來保障，因此可以得出，供電能力接下來會是中國數據中心必須翻越的一重山。
第二重山：冷
前面提到，機櫃功率密度的提升，會讓制冷用電上升。可能有機智的小夥伴會問，采用更高效節能的制冷方式，不就可以解決這個問題，順利向高密度進化了？
确實如此，數據中心行業為了更加節能的制冷系統，可謂是操碎了心。一方面是加速 " 西算 "，充分發揮烏蘭察布等西部地區的氣候優勢，建設新數據中心，利用室外自然冷源。" 數字中國萬裡行 " 實地考察了 7 個數據中心集群，發現張家口數據中心集群、和林格爾數據中心集群的數據中心，一年有 10 個月以上的時間可以使用自然冷源，年均 PUE 可達 1.2。
另外就是發揮液體冷卻在降低能耗上的優越性，逐步用液冷服務器替代風冷。比如阿裡巴巴 2018 年在河北省張家口市張北縣部署了一個浸沒式液冷（Immersion Cooling）機房，一個卧置的 54U 機櫃，部署 32 台 1U 雙路服務器和 4 台 4U 的 JBOD。開篇我們提到，風冷機房給女員工着裝上帶來的小困擾，液冷技術就能很好地解決這個問題。
這是不是意味着，液冷技術很快會在數據中心行業普及呢？結束 2021 年數字中國萬裡行後，益企研究院推出的《2021 中國雲數據中心考察報告》，給出了 " 謹慎觀望 " 的答案。
我們認為，原因有三：
1. 成熟期的生态問題。
液體冷卻雖然制冷效率遠高于風冷，但長期以來，風冷機房在數據中心建設中占據了主流，幾十年一貫制的風冷服務器已經形成了成熟的生态鍊，建設和運營成本都有優勢，因此一些氣候優越的地區，風冷方案就可以滿足降 PUE 的需求，比如華為烏蘭察布雲數據中心就以 8 千瓦的風冷機櫃為主。此外，在一些東部中部地區有引入液冷的需求和意願，但也要考慮成本，如果能夠通過優化 UPS 架構，采用智能化能效管理方案等，取得顯著的節能效果，那麼能風冷就風冷。
2. 過渡期的技術問題。
當然，對于 HPC、AI 等計算，采用液冷的優勢很大，因此也有一些公司希望嘗試液冷技術，但又不想改造風冷機房，于是從風冷升級到液冷的過渡期，出現了 " 風液混布 " 的市場需求。
我們知道，風冷服務器可以與制冷設備松耦合，環境适應性、靈活度很高，而浸沒式液冷需要将服務器的闆卡、CPU、内存等發熱元器件完全浸沒在冷卻液中，噴淋式液冷則需要對機箱或機櫃進行改造，二者帶來的成本都比較高。過渡期中，冷闆式液冷與風冷混合使用，是比較适合的方案。但是，冷闆式液冷要将冷闆固定在服務器的主要發熱器件上，依靠流經冷闆的液體将熱量帶走，全密封和防洩漏要求高，設計和制造難度很大。
（華為雲東莞松山湖數據中心部署的 Atlas 900 集群，采用風液混合技術散熱）
3. 産業鍊的協作問題。
液冷數據中心需要産業鍊上下遊的協同創新，包括制造、設計、材料、施工、運維等各個環節。風冷模式也正因為松耦合，導緻制冷行業和數據中心行業是比較割裂的，推動數據中心向液冷變革，必須要構建一個新的生态，加強各角色的聯系，降低液冷服務器的前期制造成本和後續維護成本。這需要一個多方磨合、配合的過程，不是一朝一夕能夠實現的。
從這些角度來看，液冷數據中心雖然是大勢所趨，但還有較長的路要走，整個行業都在持續關注變化。
第三重山：芯
如果說供電效率、風冷液冷，是雲數據中心機房基礎設施的重要變化，那麼芯片可能就是 IT 基礎設施的重點關注對象。
2021 年，由安謀科技獨家冠名贊助的數字中國萬裡行，在考察貴州、内蒙古烏蘭察布、和林格爾期間發現了一個新的現象——中國 " 芯 " 力量正在崛起，國産技術的成熟度和應用程度正在提升，追趕主流。阿裡雲的倚天 710、AWS 的 Graviton、Ampere 的 Altra 等，都獲得了長足的發展與應用。
造成這一局面的原因很多，比如雲全棧走向自主化，為中國 " 芯 " 提供了市場支撐；政務、金融、交通、電力、制造等行業的數字化加快，為中國 " 芯 " 提供了應用落地場景；x86 與 Arm 并存，為中國 " 芯 " 基于新架構進行定制和優化提供了研發基礎。
但必須指出的是，月亮都有暗面。中國 " 芯 " 崛起的背後，也要看到中國半導體領域還艱難中探索。
首先，是制程工藝的枷鎖。我們知道，摩爾定律的延續是基于制程工藝的推進，然而半導體制程工藝的提升已經觸達天花闆很久了，跟不上芯片規格提升的速度。所以，雲數據中心開始采用 " 堆 CPU" 的做法來提升機櫃密度，但是靠堆料帶來的性能提升是有邊界的，不能止步于此。
于是後摩爾時代，小芯片（Chiplet）開始被很多國産芯片廠商選中。這種新的芯片設計模式，可以把多個矽片封裝在一起，組成一個芯片網絡，x86 和 Arm 生态系統都在采用這項技術。但需要注意的是，目前的 IP 重用方法中，對 IP 的測試和驗證已經有比較成熟的方法，但多個 Chiplet 封裝後如何測試、良率怎麼保證，還是中國 " 芯 " 必須解決的問題。
更主要的是，小芯片的封裝依靠先進的封裝技術，芯片 I/O 接口可以和封裝協同設計并優化，對于芯片性能的提升非常重要。這就要求先進封裝設計與芯片設計有較強的交互性，同時也對設計工具提出了一定的要求，我們知道，EDA 工具一直是我國半導體領域的 " 軟肋 " 之一，這一點不解決，在 Chiplet 越來越重要的當下，中國 " 芯 " 很難高枕無憂。
目前看來，數據中心集群作為數字基礎設施的重要組成部分，正在發生一系列變化，究竟幹得怎麼樣，有哪些待解問題，是一個必須回答又不容易回答的問題。
不識廬山真面目，隻緣身在此山中。很多事情，隻有在貼近實地一線，再抽離出來縱覽全局，才能看到困住數據中心前進腳步的一重重 " 浪浪山 "。
2023 數據中心需要跨越的山巒還很多，盡管道阻且長，但隻要一直行在路上，總有海闊天空任鳥飛的那天。
