微软的零水冷却技术：数据中心的经验教训
微软的新型零水冷却系统每年可节省 3300 万加仑水 数据中心 每年。
Munters 和 ZutaCore 无水直接芯片数据中心冷却
价值总结：
微软已经开发了一个 零水冷却系统 通过使用芯片级冷却和闭环技术消除水分蒸发。这种方法可以节约用水，提高能源效率，并减少环境压力，尤其是在亚利桑那州等缺水地区。到 2027 年，微软的目标是将其作为其所有数据中心的标准冷却方法。 数据中心.
主要优点：
- 水利：每年每个设施可节省 3300 万加仑水。
- 能源效率：在数据中心的整个生命周期内，可降低 15–20% 的功耗。
- 环境影响：减轻水资源压力，减少温室气体排放高达21%。
- 执行：专注于新设施，以平衡前期成本和长期节省。
快速比较：
| 冷却方式 | 用水量 | 能源效率 | 环境影响 | 实施成本 |
|---|---|---|---|---|
| 零水冷 | 接近零 | 高的 | 对水的影响最小 | 高的 |
| 蒸发冷却 | 高（0.48 加仑/千瓦时） | 缓和 | 过滤当地水源 | 缓和 |
| 闭环冷却 | 低（初始填充） | 持续的 | 减少化学品使用 | 更高的预付款 |
桥：
微软的零水冷却系统为数据中心的可持续运营树立了新的标杆，但它与其他冷却方法相比如何？让我们深入了解一下细节。
1.微软的零水冷
微软为其数据中心推出了一项突破性的冷却技术，称为“零水冷却”。该系统采用闭环设计，可持续循环利用水，不会蒸发。通过将芯片级冷却与先进的液体冷却方法相结合，该系统可使服务器保持合适的温度，同时完全消除水的浪费。
目前，微软正在新建筑工地测试该系统， 亚利桑那州凤凰城和威斯康星州普莱森特山预计将于2026年投入运营。到2027年底，该公司计划将零水蒸发作为其数据中心的标准冷却方法。下文我们将探讨其对用水量、能源效率、环境效益和实施成本的影响。
用水量
零水冷却系统因完全消除水蒸发而得名。一旦系统在施工期间注满，相同的水就会在服务器和冷却器之间无限循环，无需更换。
这种设计对节水有着巨大的影响。预计每个采用该系统的数据中心将节省 每年 3300 万加仑水 ——相当于微软目前每个数据中心一年的耗水量。本质上，这项技术可以彻底消除冷却用水。
能源效率
除了节约用水外，微软的系统还允许数据中心以 更高的温度这使得使用更节能的冷却器成为可能，从而降低总体功耗。
从传统的空气冷却转换为液体冷却方法（如冷板）可以减少能源消耗 15% 至 20% 在数据中心的整个生命周期内。此外，温室气体排放量可能会下降 15%至21%，同时保持一致的冷却性能。
微软也在尝试 高效节能冷水机组 在高温下运行。这些先进的冷却器有助于抵消在脱离蒸发冷却系统时可能出现的电源使用效率 (PUE) 上升。
环境影响
零水冷却的环境效益远不止节水节能。这项技术解决了数据中心对当地水资源造成的压力问题，尤其是在亚利桑那州这样水资源本就匮乏的地区。
史蒂夫·所罗门表示：“保护当地流域是我们数据社区承诺的重要组成部分，我们致力于对我们运营所在的社区产生积极影响。”
当你考虑到使用传统冷却方法的单个超大规模数据中心可能消耗高达 每天 396,000 加仑水通过消除这一需求，微软的系统显著缓解了当地供水压力。与空气冷却系统相比，它可以减少整体用水量 31%至52%从而改变缺水地区的现状。
实施成本
微软尚未透露其零水冷系统的具体实施成本，但显然这项技术需要大量的前期投资。芯片级冷却基础设施和闭环系统等关键组件增加了系统的复杂性和成本。该系统涉及处理器级的直接液体冷却和复杂的水循环机制，需要精密的工程设计。
挑战包括确保可靠的芯片级冷却、管理液体系统对服务器硬件的潜在风险，以及满足冷却基础设施本身的能源需求。然而，减少用水量和提高能源效率所带来的长期节省，可以帮助抵消这些初始成本。
为了控制开支，微软正致力于将零水冷却纳入 新建数据中心 而不是改造现有设施。通过从一开始就采用该系统设计设施，公司可以更好地控制成本，同时优先考虑未来运营的可持续性。这种方法强调了在规划现代数据中心冷却解决方案时，平衡前期投资与长期节约和环境效益的重要性。
2. 标准蒸发冷却
标准蒸发冷却的工作原理是通过冷却塔内部的蒸发来降低水温。其工作原理如下：加热后的水喷洒在填料上，同时风扇将空气吸入系统。这个过程使部分水蒸发，冷却剩余的水，然后循环使用。
“蒸发冷却塔利用蒸发冷却的自然能量来降低工业过程和商业 HVAC 舒适冷却系统中使用的水的温度。”
用水量
标准蒸发冷却的最大挑战之一是其高耗水量，这会给当地水资源带来压力。例如，超大规模数据中心每天的用水量可能高达150万升。即使是规模较小的批发设施，每天的用水量也约为18,000加仑（68,100升）。
由于这种冷却方法依赖于蒸发过程来散热，因此必须持续补充水以保持系统高效运行。这种持续的需求在亚利桑那州等干旱地区变得更加棘手，因为微软等公司正在那里探索零水替代方案。
能源效率
标准蒸发冷却虽然耗水量大，但与纯空气冷却系统相比，其能效更高。这种方法在释放相同热量的同时，耗电量却少得多。例如，间接蒸发冷却 (IEC) 系统可比自然冷却系统节省高达 28% 的能源，比空气冷却系统节省高达 52% 的能源。夏季，这些系统可将环境温度降低 10-15°F (6-8°C)，在炎热气候下尤其有效。
这种效率很大程度上归功于水比空气更出色的传热能力。然而，在潮湿的环境中，直接蒸发冷却会使相对湿度升高到80%左右。湿度的增加会导致设备性能下降，并创造促进微生物生长的条件，带来额外的挑战。
环境影响
标准蒸发冷却系统在节能和节水之间寻求平衡。一方面，它比纯空气冷却系统耗电量更低，从而减少温室气体排放，尤其是在依赖化石燃料发电的地区。另一方面，蒸发造成的大量水分流失会给当地水资源供应带来压力，尤其是在缺水地区。在这些地区，数据中心可能会与居民和农业用水需求争夺这一有限资源。水一旦蒸发，就会永久地从当地流域中流失，加剧环境问题。
实施成本
从成本角度来看，标准蒸发冷却系统与更先进的冷却技术相比相对经济实惠。它们依赖于冷却塔、泵、风扇和分配系统等众所周知的组件，这些组件广泛可用且技术人员熟悉。这种成本效益使其成为许多数据中心运营商的热门选择。例如，截至2023年，全球最大的数据中心运营商之一Equinix已在其40%数据中心中使用蒸发冷却。这种广泛的应用凸显了合理的实施成本与可靠的冷却性能之间的平衡。
下一节将深入研究闭环冷却系统，以提供更清晰的比较。
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3.闭环冷却系统
闭环冷却系统在传统蒸发冷却方法和微软零水冷却创新之间取得了平衡。这些系统通过在密封环路中持续循环固定体积的液体来运行。液体吸收服务器和设备的热量，然后通过外部散热器或热交换器释放。与蒸发冷却不同，闭环系统能够控制水，从而消除蒸发、漂移和排污现象。
2024 年 8 月，微软进一步推进了这一概念，推出了专为 AI 工作负载设计的数据中心，采用零水蒸发冷却系统。
用水量
闭环系统的一大突出特点是其节水能力。与需要持续供水的蒸发式系统不同，闭环设计只需在安装过程中进行初始注水。通过将水保持在系统内部，这些设计显著降低了用水量。微软的数据中心凸显了这一效率，在上一财年实现了 0.30 升/千瓦时的用水效率 (WUE)。与 2021 年报告的 0.49 升/千瓦时相比，这提高了 39%，相比其最早的数据中心模型，更是提高了 80%，令人印象深刻。
能源效率
闭环系统不仅节水，还能简化能源使用。通过降低泵送负荷并保持传热表面清洁，这些系统可确保持续的能源性能。它们所需的泵送能量更少，并能长期保持高效的传热，使其成为可预测能源使用的可靠选择。
然而，也存在一些弊端。虽然干式冷却系统完全消除了用水量，但往往会消耗更多能源。微软针对这一挑战的解决方案包括高效冷却器和芯片级冷却，这有助于控制潜在的电源使用效率 (PUE) 增长。
实施成本
闭环系统的前期成本高于传统蒸发冷却系统，这主要是因为需要专门的热交换器和泵。然而，这些成本可以通过长期运营成本的节省来抵消。维护费用更低，而且系统安装灵活。例如，排热设备可以更自由地安装在设施周围，无需液压平衡。这种灵活性和减少的维护成本有助于提升系统的长期运营效益。
环境影响
闭环冷却的环境优势远不止节水。液体冷却系统（包括闭环设计）有可能减少15%至82%的温室气体排放，具体取决于其实施方式。通过防止水分蒸发，这些系统可以缓解当地水资源需求。此外，它们还减少了对化学处理的需求，从而降低了与化学品处置和处理相关的环境风险。虽然这些益处显而易见，但周密的规划至关重要。必须彻底评估冷却液的化学成分、处置方法和法规合规性等因素，才能充分利用这些系统的环境效益。
优点和缺点
让我们深入探讨一下不同冷却方法的优势和挑战。每种方法都有其自身的利弊权衡，会影响运营效率、环境因素和预算优先级。
微软的零水冷却 通过芯片级冷却消除淡水使用，这种方法脱颖而出。这种方法对于解决水资源短缺问题至关重要，尤其是在一些数据中心每天消耗数百万加仑水的情况下。然而，其缺陷在于高昂的前期成本和需要大规模升级基础设施。此外，该系统的能效在很大程度上取决于电源，而芯片级冷却的复杂性可能导致更高的维护需求和潜在的停机时间。
标准蒸发冷却 一直以来都是可靠且经济高效的选择。与传统的制冷剂空调相比，这些系统可节省60-75%的电力。但也存在一个缺点：每千瓦时耗水量约为0.48加仑，其中30-40%会因蒸发而损失。在潮湿的气候条件下，它们的效率会下降，不仅会给当地水资源带来压力，还可能将污染物引入环境。
闭环冷却系统 该系统提供了一种折中方案，在不牺牲可靠性的前提下优先考虑节水。一旦注满，这些系统便可避免持续的水分流失，并凭借清洁的传热表面保持稳定的能源效率。与蒸发式系统相比，它们的维护成本也更低。然而，专用设备的初始投资可能较高，且不当的优化可能会导致能耗增加。
值得注意的是，水是一种非常有效的热导体——效率比空气高出 1,000 倍——这使得液体冷却系统在某些情况下特别有吸引力。
| 冷却方式 | 用水量 | 能源效率 | 实施成本 | 环境影响 |
|---|---|---|---|---|
| 微软的零水 | 接近零的水分利用效率（WUE） | 高（取决于能源） | 高（需要芯片级冷却） | 对当地流域的影响极小 |
| 标准蒸发式 | 高（约 0.48 加仑/千瓦时） | 比传统空调节能 60–75% | 初期投资适中 | 可能给当地水资源带来压力 |
| 闭环 | 低（仅限初始填充） | 一致、可预测的性能 | 前期费用较高，维护费用较低 | 减少对化学处理的依赖 |
选择合适的冷却系统取决于多种因素，包括地理位置、水资源供应情况、能源成本和监管要求。例如，干旱易发地区的数据中心可能倾向于采用零水或闭环系统，而水资源丰富且能源成本较低的地区的数据中心设施可能更倾向于采用蒸发冷却。
预计到 2025 年，美国数据中心冷却市场规模将达到 1435 亿美元，这些决策变得比以往任何时候都更加重要。托管服务提供商包括 服务器 必须仔细评估这些冷却技术，以在性能、成本和环境责任之间取得适当的平衡——尤其是在管理全球设施网络时。
结论
微软的零水冷却技术标志着数据中心行业向前迈出了重要一步。通过芯片级冷却解决方案解决水蒸发问题，微软证明了在保持高效运营的同时，实现接近零的用水效率 (WUE)。即将于 2026 年在凤凰城和普莱森特山开展的试点项目将对这一创新方法进行测试。
迄今为止的成果令人瞩目。将WUE从2021年的0.49升/千瓦时降低到0.30升/千瓦时（39%的降幅），相当于每个设施每年节省1.25亿升水。这些数字凸显了大规模节水并不一定以牺牲性能为代价。这一进展为数据中心运营的可持续实践树立了典范。
对于重新考虑冷却策略的数据中心来说，最佳选择很大程度上取决于 当地需求和条件在亚利桑那州等缺水地区，零水或闭环系统可能会带来颠覆性的变化，尤其是在单个超大规模数据中心每天用水量可能高达150万升的情况下。另一方面，在水资源丰富的地区，传统的蒸发冷却目前可能仍然适用，尽管该行业的总体重点显然正在转向节约用水。
随着对节水要求的不断提高，显然这需要成为关键的设计重点。像 Serverion 这样的供应商必须权衡性能、成本和环境影响，同时根据当地水资源状况定制冷却系统，并为未来的法规做好准备。
该行业正处于一个十字路口，如何才能满足日益增长的计算能力需求（尤其是人工智能工作负载），同时又不耗尽重要的水资源。真正的问题不在于节水冷却系统是否会成为常态，而在于它们能以多快的速度被接受，从而保护依赖这些资源的社区。
常见问题解答
微软零水冷却系统与传统蒸发冷却相比有哪些节省成本的优势？
微软零水冷却系统：数据中心的变革者
微软的零水冷却系统正在重塑数据中心的冷却管理方式，提供比传统方法更智能、更经济的替代方案。典型的数据中心严重依赖蒸发冷却，其能耗高达 每天150万升水这不仅推高了水费，还增加了运营成本，尤其是在水资源稀缺且价格昂贵的地区。微软的闭环系统完全消除了对淡水的需求，从而可能节省 每个数据中心每年消耗数百万加仑 – 对于预算和资源来说都是巨大的胜利。
但其益处远不止于降低成本。这套创新系统通过减少对外部水源的依赖来提高效率，使其更具韧性且更加环保。它还支持微软到2030年实现水资源节约型的宏伟目标，从而应对过度用水带来的监管压力和声誉担忧。通过切换到零水冷却，数据中心可以节省关键资源，同时确保其长期财务可持续性。
微软在现有数据中心引入零水冷却时会遇到哪些障碍？
过渡到零水冷却系统的挑战
微软在努力将其数据中心改造为零水冷却系统的过程中，面临着诸多挑战。其中最大的挑战之一在于彻底改造现有的基础设施。从传统的水冷系统过渡到先进的闭环芯片级系统需要进行大量的技术升级。这些升级的成本高昂，并且需要耗费大量的时间才能完成。
另一个紧迫的问题是过热的可能性，尤其是在人工智能等高密度工作负载需求不断增长的情况下。为了确保这些新的冷却系统可靠高效地运行，严格的测试和持续的改进至关重要。
除此之外，在水资源有限的地区部署零水冷却系统可能会遭遇监管障碍，甚至遭到当地社区的抵制。大型数据中心有时会被视为对本已稀缺的资源造成压力，这可能会使获得批准或社区支持变得更加困难。
即使存在这些障碍，零水冷却系统仍代表着向更可持续的数据中心解决方案迈出的有意义的一步，特别是在节约用水是首要任务的地区。
微软的零水冷却系统如何帮助环境？
微软推出了一种零水冷却系统，该系统依靠 闭环设计，使水在系统内循环。这种装置可以防止蒸发，无需使用淡水，效率极高。事实上，预计这种方法可以节省约 1.25亿升 每个使用该系统的数据中心每年需要消耗大量的水。
除了节约用水，该系统还促进 能源效率这对减少数据中心的碳足迹起着关键作用。通过同时解决用水量和能耗问题，微软的冷却方法为科技界的环保实践树立了新的标杆。
