2021.12.11 05:58 臺北時間

【全文】零碳風引發伺服器散熱革命 台廠爭食液冷散熱新商機

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科技巨擘馬不停蹄地布建資料中心,但隨著未來伺服器愈來愈燙,散熱成為迫在眉睫的最大難題。(翻攝Google官網)
科技巨擘馬不停蹄地布建資料中心,但隨著未來伺服器愈來愈燙,散熱成為迫在眉睫的最大難題。(翻攝Google官網)
全球雲端商機大爆發,為因應更大量的運算需求,包括微軟、谷歌、亞馬遜等雲端大咖,在全球狂蓋資料中心,不過隨著全球走向低碳、甚至零碳的壓力下,現有的伺服器散熱系統已不敷使用,進而掀起新革命。本刊調查,散熱速度更快、整體耗能更低的「液冷散熱」,正挾著雙重優勢,躍升為散熱舞台主角,成為建置資料中心的標準配備。除了中國的阿里巴巴開出第一槍,布建多座液冷散熱資料中心外;美國微軟也找上台灣緯穎合作,在美國華盛頓州建置第一座液冷資料中心。從代工廠到零件商,台廠已全面動起來,絕不會在散熱新商機中缺席!
去年11月11日,在被譽為「商業奧運」的中國電商巨擘阿里巴巴天貓雙11的晚會現場,美國巨星凱蒂.佩芮(Katy Perry)透過遠端連線,載歌載舞唱著〈Never really over〉;在電視機前的14億名中國觀眾,一邊看表演,一邊滑手機,結清購物車內的下殺商品。
2020年起,阿里巴巴最盛大的雙11之夜,背後資料中心的伺服器採用浸沒式液冷散熱,算是先行典範。(東方IC)

伺服器節能 成雲端難題

最終,成交額達人民幣4,982億元(約新台幣2.1兆元),再創歷史新高。當每秒湧入天貓網站的龐大訂單量達千萬筆,系統又要順利運行不當機,必須得靠阿里巴巴座落在中國各地的資料中心穩定運轉,若一不小心負荷超載、過熱,便無法造就這完美的結局。
把畫面拉到阿里巴巴杭州資料中心內,一台台的伺服器不像以往再靠吹空調散熱,而是乾脆「泡澡降溫」,浸泡在可以散熱的特殊液體中。這項看似科幻片的「黑科技」,能讓其資料中心總體節能70%、每萬筆電商交易耗電量控制在2度電內。官方甚至表示,若全中國的資料中心都改用這套「液冷散熱」系統,每年可省下上千億度的電,超過三峽大壩和葛洲壩整整1年的發電量。
阿里巴巴2017年亮相全球首台浸沒式液冷伺服器,直接把伺服器泡在特殊液體裡散熱。(翻攝微文庫)
本刊調查,各國缺電危機層出不窮,當用電量愈大,碳排量也愈大,工研院曾做過統計,院區近98%的碳排量是用電所致,而資料中心無疑是微軟(Microsoft)、谷歌(Google)、亞馬遜(Amazon)等公司業務版圖中,耗電量最大的項目,大家都為了下一代雲端資料中心的減碳問題大傷腦筋。「美國要在2035年實現淨零碳排,雲端大廠們都有壓力,跟禁售燃油車一樣,伺服器節能減碳的改造不管划算與否,他們都得這麼做!」工研院資訊與通訊研究所組長王啟龍直接道出大廠們的壓力所在。
谷歌(圖)、亞馬遜、微軟、臉書爭相投入資料中心建置,帶動伺服器產業發展,成長可期。
看著阿里巴巴為自家資料中心節能減碳開了第一槍,針對占伺服器總體耗能高達60%的冷卻系統進行大改造,被視為伺服器減碳的最佳利器—液冷散熱,已成為科技巨擘相繼進入的試煉場。

掀散熱革命 緯穎搶布局

依據市調機構Global Market Insights的預估,6年後,全球資料中心液冷散熱市場規模將達65億美元、成長4.3倍,而過去在伺服器及散熱製造實力堅強的台廠,早已成為協助雲端大廠技術改革的重要夥伴,大家都想爭食新一代散熱革命浮現的大餅。
微軟是全球雲端市占第2高的公司,非常積極改善資料中心的布建方式。(翻攝微軟官網)
「ESG(環境、社會、企業治理,是評估企業經營的指標)和獲利是掛鉤的!節省電費、少付碳稅是大企業入場的誘因,改進它們的生財工具,更能達成長期營運目標。」一位伺服器代工大廠主管向本刊分析。
為不讓阿里巴巴專美於前,今年4月,美國軟體與雲端巨擘微軟宣布將與來自台灣的伺服器業者緯穎攜手,在華盛頓州建立該公司全球第一座液冷資料中心,採用的正是緯穎開發的浸沒式冷卻系統。「我們跟客戶透過這個新技術,很緊密地連結在一起,開啟更多元的合作模式;有些技術我們投入得太早,客戶不想要,但浸沒式液冷是剛剛好的時間點!」一位緯穎員工對本刊透露。
緯創資通董事長林憲銘也是緯穎科技的董事長,一手培育出這隻小金雞,在2年前獨立上市。
電子代工五哥之一、緯創集團董事長林憲銘旗下的雲端伺服器子公司緯穎,近年來,已成威脅雲端一哥廣達董事長林百里的後起之秀。本刊調查,為從廣達手中爭取谷歌、微軟等雲端大客戶的青睞,林憲銘決定讓緯穎「不走尋常路」,多數伺服器製造商不養自己的散熱團隊,而以找協力廠商合作為主,但緯穎數年前就決定要把液冷散熱的關鍵技術掌握在手中,讓工程師自主研發。

耗鉅資鑽研 代工轉直售

一位老緯穎人回憶當初,團隊甚至對相關規格還一知半解,一切從零開始學、一心鑽研,終於在2018年OCP全球高峰會,首度對外公開、大談自家液冷散熱技術,展示投入的決心。
「過去我們只是ODM代工廠,客戶開規格做出來就好,現在是ODM direct(直接銷售),你得自己看技術、跟客戶討論價格,還要給建議、分享know-how?這是我們這幾年很大的轉變。」參與其中的緯穎人表示。
除了常見的管線液冷散熱,緯穎更大刀闊斧研發節能幅度能再提升50%的「浸沒式散熱」,但其中最關鍵的「介電液」,卻只能向3M購買,價格十分昂貴,據本刊調查,市價1公斤高達100美元。
緯穎為完成這最後一哩路,將介電液的主導權也握在自己手中,今年3月甚至斥資1,000萬美元,參與了水冷公司LiquidStack的A輪融資。

液冷勝氣冷 大降PUE

為何林憲銘要如此大手筆投資液冷散熱技術?一位專家就對本刊直言,隨著5G普及,連線裝置和資訊傳輸量直線上升,對資料中心的使用需求也水漲船高。市調機構IDC估算,2020年全球資料中心的耗電量,大約占全球用電量1至1.5%,但若不加以控制,強化節能、散熱設計,悲觀預測,2030年這一數字將飆升逾10%。
微軟與緯創集團一直都有深度合作,也是緯穎的重要客戶。
根據工研院的試算,在一個設有2,000台伺服器的雲端資料中心內,分別採用液冷散熱與氣冷散熱進行成本及耗能比較,前者初期建置雖複雜、費用較昂貴,但伺服器不用吹空調,可省下一大筆空調運轉費用,1年所需電費大幅降低近78%,也讓資料中心能源使用效率最重要的指標PUE大幅降低至1.12,綜觀10年的營運成本,整整減少4.4億元。
不僅如此,被視為雲端伺服器心臟的處理器,近年來在英特爾、AMD二大半導體巨擘的相爭下,運算功能直線攀升,也讓處理器躲不過一年比一年更燙的宿命。「當單顆處理器發熱功率(TDP)超過300瓦,現有的氣冷散熱系統已達極限,將不敷使用。」一位伺服器專家指出。
像是自動設備大廠廣運熱傳事業部總經理陳茂欽就直指,2020年英特爾推出的伺服器處理器Whitley,發熱功率已達270瓦;直至明年,新一代平台EGS則將飆至350瓦,AMD同年將推出的SP5-Genoa也高達320瓦。
「EGS、SP5-Genoa相繼問世,可說是宣告伺服器液冷的時代來了!屆時恐不會有人再談用氣冷解決散熱問題,一定通通都談液冷。」陳茂欽篤定說道。
翻開英特爾新一代伺服器平台的白皮書,針對發熱功率高達350瓦的問題,英特爾已開始推薦客戶採用液冷散熱作為解決方案,在官方認證的液冷散熱供應商中,已是自動化設備中的佼佼者、在散熱領域卻是「新人」的廣運名列其中,也是英特爾合作的3間廠商中,唯一一間非美國公司。

廣運爭大餅 強推一條龍

3年前,廣運董事長謝清福為進行多角化經營,聘請一路堅持在散熱領域闖蕩,有近30年美商經驗的陳茂欽加入,成立「熱傳事業部」並擔任總經理。
「我離開美商退休時就知道液冷是未來趨勢,既然要做,當然得做新東西,而不是傳統的舊菜。」陳茂欽透露,在熱傳事業部成立的那天起,便一心只研發液冷散熱技術。
廣運熱傳事業部總經理陳茂欽是該公司在液冷散熱布局的關鍵人物,投入散熱領域逾30年。
細數廣運的液冷產品,從監控主機(CDU)、水冷背門再到零組件,幾乎一應俱全,陳茂欽帶領僅20多人的團隊,能在短短1年左右的時間,成功研發出完備的產品線,著實不易。也難怪陳茂欽會自信地說,如今業界能從頭到尾,真正做到液冷一條龍解決方案的業者,只有廣運一家。
業界人士表示,在英特爾推波助瀾下,愈來愈多業者逐漸認同液冷已成為不可逆轉的趨勢。據了解,如廣達、緯創、鴻海等台灣知名的伺服器ODM代工廠,都已紛紛前往歐美,搶奪新一波伺服器商機,且目前均向廣運購買液冷散熱產品進行測試,萬事準備就緒,只待新一代處理器正式推出。

順應新趨勢 機殼再升級

不僅伺服器代工廠緯穎與散熱零件廠爭相投入液冷散熱新戰場,全球最大的伺服器機殼廠勤誠興業也向本刊透露,在關注液冷散熱2年後,已確定2021年底要投入該領域。
在過去,伺服器機殼架構都是為氣冷而生,得設計通道、風道;若使用液冷散熱,則要強調如何把關鍵元件蒐集到的熱量集中在某處,再進行消除。
Intel是伺服器CPU市場龍頭,明年起推出的新處理器發熱功率驟增,也開始推薦液冷散熱給客戶。
勤誠興業產品開發管理協理張鵬程透露,預計將在2022年中推出液冷散熱的全新產品線,作為供市場驗證的「過渡期產品」,獲得反饋後再一步步改進。就他看來,液冷散熱市場熱絡時間點,最快將在2、3年後發生。
最近,全球掀起了元宇宙熱潮,根據TrendForce表示,為建設比網路世界更複雜的元宇宙,將會需要更強大的數據運算核心。樂觀看待,舊的資料中心可能需要為此進行伺服器的汰舊換新,而新的資料中心,勢必要導入發熱功率更高的伺服器處理器,給了液冷散熱更好的發揮機會。
特別值得一提的是,液冷解決方案並非只用在大型資料中心的高階伺服器,當晶片需要運算的東西愈來愈多、愈需精準,包含自駕車、電池儲能系統、5G基地台等,都將是液冷散熱的新機會,而台廠早已做好準備、蓄勢待發,坐等商機爆發。
更新時間|2023.09.12 20:40 臺北時間
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