我們深入了阿里云的心臟，發現他們把服務器都泡在了“水”里……

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2022-03-14 14:48

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作者｜洪雨晗郵箱｜hongyuhan@pingwest.com

張北有什么？大片的草原、鮮嫩的羊肉是大多數北京人的認知，可要說到互聯網與高科技，恐怕沒有一個人會想到這里。

當我得知，要去探訪的阿里巴巴數據中心坐落在張北時，我下意識的反應是滑雪場、音樂節旁矗立的高大建筑——互聯網時代的新基礎設施正在大草原上吞吐著海量的數據。

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張北緊鄰東方達沃斯、北京人民的滑雪后花園崇禮，它們都為張家口市的下屬縣、區。滑雪場一般會選在氣溫相對更低的場所，以使得雪季更長、雪場造雪的成本更低，這一點同樣利好排熱需求巨大的數據中心。

在五一、十一節假日感受過音樂節有多擁擠的朋友肯定知道一個巨大空曠的場地是有多么重要。與音樂節類似，數據中心的選址通常不會距大城市太遠（保證服務器響應的速度），也不會太近（數據中心占地面積大，園區土地成本不可不精打細算）。

此時正是北京炎熱的七月中旬，但在出發前阿里云的工作人員特意叮囑我們要備好外套，果不其然，當晚到達張北縣下榻的酒店后，走出車門就感受到了一絲冷意和草原上迎面撲來的涼風，這不僅是因為夜晚的緣故，第二天一早，雖然太陽毒辣，卻也一點都不覺得熱。

數據中心距縣城不遠，大概十多分鐘車程，從酒店到數據中心的一路都綠意盎然，這趟車的目的似乎是去向草原天路野營，轉眼間，窗外景色忽變，一抹熟悉的亮橘色印入眼前，我們知道，目的地到了。

數據中心需求的產生源自社會對計算、數據以及網絡的海量需求。隨著信息技術的發展，到20世紀90年代，微型計算機開始要求專門的空間來存放，便宜的網絡設備加上網絡電纜的新標準，使得公司在房間中使用分層設計來放置服務器成為可能，這種使用方式也由此被廣泛推廣開來。

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但是，這一模式對當時的一些小公司來說仍不是件容易的事情。因此，許多公司專門在一定空間內搭建此類大型設備，為一些需要節約成本或體量較小的公司提供商業上的系統部署和操作的解決方案，這種一定空間內的大型設備被稱為網絡大數據中心(Internet Data Center)，也常常被簡稱為IDC。

也因此，數據中心對機器設備的安全非常重視，隨行的阿里云工作人員表示為確保數據中心的安全運行不受任何外界因素的影響，此次參觀會有嚴格程度不亞于機場的安保檢查。

阿里巴巴的張北數據中心始建于2015年，是阿里巴巴在烏蘭察布、廣東河源、南通以及杭州五大超級數據中心當中最早建成的。根據中國信息通信研究院發布的《大數據中心白皮書（2018年）》顯示，2010年以來全球大數據中心一直在平穩增長，但自2017年開始，隨著大數據中心往大型化、集約化的方向發展，全球大數據中心數量開始縮減。2015年全球大數據中心45萬個，預計2020年大數據中心將減少至42.2萬個。

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如今，大數據中心的應用范圍從基礎業務（主機托管、寬帶出租、虛擬主機、IP地址出租、服務器出租）向增值業務擴展（異地容災、代理維護、安全系統、負載均衡、數據備份、遠程維護、逆向DNS、設備檢測、系統集成）進化，目前，大數據中心增值業務的營收已超過基礎業務。

我們參觀的張北廟灘數據中心可容納十萬臺服務器，總面積約為13.3萬平方米，機柜總量約4000架，總投資超過200億元，此數據中心的年均電能使用效率（PUE）為1.19，PUE (Power Usage Effectiveness，電源使用效率)是衡量數據中心電力能源利用率的國際通用指標，越接近1表示數據中心對電能的利用效率越高。

張北廟灘數據中心1.19的PUE是一個能耗效率非常好的數值。按照《“十三五”國家信息化規劃》的指導，到2018年，新建大型云計算大數據中心PUE值不高于1.5；到2020年，形成具有國際競爭力的云計算和物聯網產業體系，新建大型云計算大數據中心PUE值不高于1.4。

張北廟灘數據中心可以將能耗降下來得益于張北年均氣溫僅為2.6℃，最低氣溫達零下40度，工程師將室外溫度適宜、空氣質量良好的新風通過風墻技術輸送至機房，直接為IT設備降溫，實現全年300余天“免費”的自然冷卻，從而降低了空調系統的電力消耗。

工作人員表示，數據中心的地址選擇北緯43°的張北縣是看重了張北地區充沛的風能和太陽能，這使得張北數據中心可以大量采用綠色能源，促進可再生能源發展，加速能源消費向清潔低碳化轉型。2018年12月至2021年5月，阿里云自建基地型數據中心，通過市場化方式交易清潔能源（含風電、光伏、天然氣電量）6.38億千瓦時，共計減排二氧化碳51萬噸，交易清潔電量與碳減排均居全國互聯網行業首位。

在了解了數據中心的整體狀況后，隊伍終于要準備進入機房了，不意外的，在進入機房大樓前，安檢人員再次盡職地做了一次檢查。同時，機房內的幾位專業技術人員已經在向我們招手，將依次帶我們去探訪備用發電房、風冷機房、液冷機房等。

建筑的一樓每個房間入口都會有高高的藍色擋板，技術人員稱這是為了防止老鼠的進入，一樓大多為備用發電設備，基本不會設置機房。備用發電設備是為了預防電網切換、意外停電等狀況出現時的應急措施，畢竟數據中心哪怕斷電幾秒鐘也會嚴重影響存放數據客戶的安全感。

走進風冷機房，3.5米/秒的涼風降溫效果杠杠的，一行人都沒有深入往里走就迅速退了出來。技術人員介紹風冷機房可以根據散熱需求，將數據中心外的冷風通過過濾后送入到機房的冷風室，技術人員稱這項技術為組合式空調箱（AHU）風墻技術，通過自然風實現設備的自然冷卻，從而降低空調電力的消耗。

為提高熱能的利用效率，部分機房熱風會回收至柴發配電室及部分設備間用于采暖，同時將空調回水作為供暖換熱的驅動動力，減小冬季供暖能耗；通過廢水回收系統降低生產污水的硬度、電導率等指標，回收并重新利用至生產系統，減少水資源消耗。

在探訪中，我們還發現，不少存放著我們重要數據的服務器，被浸泡在“水”里。

其實，這是阿里云工程師們研發出的浸沒式液冷技術，一排排的服務器被浸泡在絕緣冷卻液里，它不僅能夠保護電子元器件低溫運行，而且使得產生的熱量可直接被冷卻液吸收進入外循環冷卻，全程用于散熱的能耗幾乎為零，同時，液冷方案還有效降低了由空氣、灰塵和震動引起的硬件產品故障率，極大的提升了服務器的使用壽命。這種形式的熱傳導效率比傳統的風冷要高百倍，節能效果超過70%，實現了數據中心100%無機械制冷。

液冷主要有兩種類型，一種叫做直接接觸型液冷，還有一種叫做間接接觸型液冷。過去的數據中心使用間接接觸型液冷較多，即將散熱設備固定在冷板上，當液體通過冷板時將熱量帶走以達到散熱的目的。而浸沒式液冷則是冷夜直接與精密的電子元器件接觸，對冷夜和整個設備的調試要求都更加嚴格。

目前，數據中心應用較多的一種冷夜叫做氟化液，這種液體不會導電，具有絕緣的特性，是目前數據中心液冷技術中是非常安全的一種，張北數據中心的應用的冷夜便是氟化液。數據中心的工作人員表示，氟化液哪都好，唯一的缺點就是貴，3M公司是該項材料的全球主要提供商，目前阿里巴巴正加緊自研氟化液并進行測試，希望未來能大規模使用在本土的超級數據中心中。