把服务器泡在水里，原来是为了……| 数字素养

审核专家：郑远攀

郑州轻工业大学教授

服务器是互联网时代，几乎所有数据业务类公司所必不可少的核心设备，对于几乎缔造了整个互联网世界的几大巨头来说，服务器更是他们企业的动脉所在。如此重要的设施，究竟承担着什么工作，大厂们又是如何将其妥善安置的呢？

立柜式服务器

来源｜维基百科

什么是服务器

服务器，顾名思义就是——提供服务的机器，根据服务类型的不同，服务器分为文件服务器、数据库服务器、应用程序服务器和WEB服务器等，虽然种类很多，但它的主要作用却很简单，那就是存储、传输和处理各种数据。我们能够在各种网站上和APP上愉快地刷视频、看新闻、购物、聊天、玩游戏，背后都离不开服务器的支持。服务器本质上是一种高性能计算机，和我们日常使用的电脑在结构上没有太大区别，一样拥有cpu、硬盘、内存条等硬件。只不过它一般不配备显示器、键盘、鼠标等外接设备，需要进行维护或者特定操作时，再进行连接即可。

服务器机房 来源｜搜狐

由于需要负责处理和保存我们在网络上进行的各种活动产生的数据，服务器尤其是大厂的服务器对于硬件的性能、稳定性和可靠性的要求更高。以主机的核心部件CPU为例，目前适配个人电脑的顶级CPU——酷睿-13900K和服务器专属的CPU——至强-8360H相比，至强除了单核频率略低，其它参数都高出13900K一大截，而且大厂的数据中心通常需要数十万台服务器同时运行。虽然个人电脑和服务器都是电脑，但两者在算力上完全不是一个量级，大型服务器机群每秒需要进行的运算可能会达到每秒上千万亿次，而普通的个人电脑每秒只进行约百亿次的计算。

个人电脑CPU与服务器专属CPU的参数对比

来源：哔哩哔哩@谈三圈

服务器在进行如此巨量的运算时，除了会消耗庞大的电力，还会产生大量的废热。如果不及时散热，一些核心部件如CPU的温度就会迅速升高，一旦达到85度以上的高温，就极有可能导致设备故障，进而造成服务器崩溃，也就是我们常说的“服务器炸了”。服务器崩溃，轻则需要停机维护，重则数据被破坏甚至丢失，这对于数据就是心脏的互联网大厂来说无疑是致命的，所以为服务器创造一个安全良好的工作环境无疑是重中之重。

为啥要把服务器放水里

为了维持服务器的正常运行，解决散热问题是重中之重。传统的散热方式主要是通过空调制冷散热。一些顶级的风冷设备的散热效率很高，但维持空调运行也需要消耗大量的电力。2020年，我国数据中心所消耗的电力约为2.045亿度，占社会总耗电量的2.7%。巨大的功耗无疑会增加服务器的运行维护成本，也会增加更多的碳排放。出于降低成本和维护环境的考虑，多家互联网巨头开始考虑使用更加高效、节能、清洁的散热方法。

近年来各大数据中心开始将传统的风冷逐渐替换成液冷。液冷的方案中比较高效的有冷板式和浸液式两种。冷板式是通过在CPU下方安装一块导热冷板，利用低温液体流经冷板带走热量。浸液式则是将服务器放置在液体中，通过液体直接带走热量。

液冷相对风冷不仅效率更高（水的散热效率是空气的1000~3000倍），而且运行时几乎完全规避了风冷会产生的振动，有效降低设备的故障率。也有一些互联网行业巨头如微软和阿里巴巴等，想出了利用自然界的水为服务器散热的办法。

阿里巴巴将自己的服务器安放在杭州的千岛湖湖畔。千岛湖深层的水温常年维持在17摄氏度左右，阿里巴巴在千岛湖底安装了专门的水体净化装置，将水中的杂质净化后，直接输送到服务器机房用于降温，完成降温后的水会排放到青溪新城中轴溪，流过2.5公里的距离，经自然降温后重新流入千岛湖。

整个循环过程做到了零污染，节省了超过80%的制冷能耗，让阿里巴巴千岛湖数据中心的PUE（Power Usage Effectiveness，能效比，又叫做电源使用效率，PUE = 数据中心总设备能耗/IT设备能耗，其基准是2，越接近1越高效）平均在1.3左右，每年能为阿里巴巴节约将近一千万度的电力消耗。

阿里巴巴千岛湖数据中心

来源｜见水印

微软的做法则更加直接。2018年，微软在给864台服务器套上坚固的外壳后，直接就把它们投进了冰冷的约36米深度的苏格兰海底，利用海底低温进行散热。另外，海洋的对流强度高于湖泊等水域，散热效率会更高。2020年微软对这些服务器进行了回收，经检验发现安放在水底的服务器的故障率仅为陆地服务器故障率的八分之一。

除了散热，微软此举还考虑了其他因素，例如全球约1/3的人口居住在海边，位于海边的城市经济都相对发达，将服务器安置在海边更有利于服务这些人群。同时在这片海域的奥尼克群岛拥有潮汐发电站，能够为服务器提供充足的能源。

微软投放在苏格兰海下的服务器

来源｜pic4.zhimg.com除了水里，山里也能放

放在水里好处很多，但在需要进行维护时似乎也有些麻烦，还需要考虑很多因素，比如服务器的防水，防腐蚀，防生物侵蚀等，所以也有厂商，如腾讯和华为选择将自己的服务器放在山洞里。

贵州贵安是我国的避暑圣地，同时也是腾讯七星数据中心、华为七星湖数据中心的所在地。选择贵安作为数据中心，是因为它具有多方面的优势。

气候方面：气温较低，全年平均温度只有15~16摄氏度，即便夏天最高温度也不超过25摄氏度，昼夜温差小。

地理环境方面：贵安区域开阔、植被覆盖率高（80%）、地质结构稳定，不易发生地震等自然灾害。

能源供给方面：贵安新区的电费平均只有0.35元/千瓦时，相较全国平均价0.77元/千瓦时低了一半还多，可谓十分低廉。

以上优势使得贵安尤其适合安放服务器。

腾讯在贵安的栖凤坡山体内，挖掘了五横一竖共六条隧道，五条横向隧洞皆为南北朝向，隧道面积约为4万平米，内部放置了约三十万台服务器。 五条横向隧道编号分别为B1、B2、B3、B4、B5，其中B1作为动力隧道，B2至B5为IT设备洞，每条隧道上方还设置了两个竖井用以通风。在工作时，外界的风直接从动力隧道涌入，经过设置在其中的制冷模块后被过滤和进一步降温，随后进入IT设备洞与IT设备运行时产生的热回风进行交换，再从竖井排出。这样不仅充分利用了外部冷源，还避免了直接利用外部空气可能对设备造成的潜在影响。

经过工信部的检测，七星数据中心的PUE极限能够达到1.1；国内其他数据中心的平均PUE则为1.73，节能效果显著。

腾讯七星数据中心

来源 | 百度

未来，人类社会对于算力的需求只会越来越高，数据中心的选址安放、运维能源和碳排放等问题将越来越突出。寻求合适的方案，推动数据中心行业以更加绿色、高效的方式发展，一定会成为未来信息行业的重要趋势。