焦点人物 中国工程院院士顾国彪:突破散热难题,解决大数据发展....

中国工程院院士顾国彪:突破散热难题,解决大数据发展....

——访中国工程院院士 顾国彪

更新时间:2018-01-22 10:31:50    作者:常霞    来源:大数据周刊    分享到:


 云计算、物联网、人工智能等领域的发展,都离不开大量的数据存储和计算,因此为计算机和服务器行业带来了一定挑战。众所周知,大规模的数据中心建设需要数量众多的服务器来支撑,于是我们经常能看到成排的服务器组成的巨大机房。而这些服务器,大多需要24小时不间断运行,所以发热量和耗电量可想而知。

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Facebook类社交媒体网站为例,它的数据处理需求是巨大的,有统计称,Facebook每天需处理几亿张照片、几十亿个“赞”和上百亿条消息,其数据处理能量消耗相于大约3万家美国家庭所消耗的总电量。同时,数万台发热的服务器也需要强大的电力系统来冷却,故Facebook将其在欧洲最大的数据中心建在了北极圈。


但并不是每一个企业都有能力将数据中心建在北极圈。因此,从长远角度来看,需要有突破性的散热技术来有效减少耗能,是推动大数据产业快速发展的重要一步。面对当今这一国际性难题,中国工程院院士顾国彪提出:“将蒸发冷却技术运用到计算机领域,能有效减小计算机的能耗问题。大数据发展迅速,随着数据存储和计算量的不断增加,给计算机行业带来散热和耗能方面的难题,将这一技术运用到超算大数据领域,将有利于解决大数据产业发展过程中的能耗问题。”


顾国彪院士从1958年开始,一直从事大型发电机新型蒸发冷却技术的创新和产业化工作:从冷却原理突破,关键技术攻关到小型样机的研制,再到大中型工业机组的运行成功,实现了一项国际创新技术从研究到产业化的全过程,取得了丰硕的成果。他研发的常温无泵自循环蒸发冷却技术(简称蒸发冷却技术)世界领先,已成功应用于三峡电站的全球最大功率水轮发电机中。运行实践证明,其性能稳定、经济高效,大大延长了电机的使用寿命,是其它冷却方式无法比拟的。

 

蒸发冷却技术完全自主创新


“我要做成一两件外国没有的,或者外国人做不到的事。”这是电机学专家、中国工程院院士顾国彪从清华大学毕业一年后,郑重立下的宏大理想。


“我们投入研究蒸发冷却技术是从1958年开始的,属于完全自主创新,没有国外的任何痕迹,我们从源头创新,重点核心技术都是我们自己来做,也正因为国外没有的技术,所以最初推动起来很艰难。”对于这项技术顾国彪回忆说。


那个年代,我国科技基础还很薄弱,他带领团队没日没夜地工作,在1958年底,他们以惊人的速度研制出一台15千瓦的蒸发冷却电机,证明了技术的可行性。但当时的时代背景导致这项技术的推广遇到重重阻碍。直到上世纪80年代初期,顾国彪团队与四川东方电机厂合作,研制了两台10兆瓦自循环蒸发冷却水轮发电机组,安装在云南大寨水电站,成为自循环蒸发冷却技术的历史性转折点。


功夫不负有心人,顾国彪的梦想终成现实。2011年12月15日,世界单机容量最大的700兆瓦巨型蒸发冷却发电机组,在三峡电站首次启动成功,采用了我国具有完全自主知识产权的“定子绕组自循环蒸发冷却技术”,并由我国电机企业与研究单位自行设计生产。


顾国彪说:“我们这项技术全名叫无泵自循环常温蒸发冷却技术,冰箱也是蒸发冷却,它是低温蒸发冷却,它有压缩机,有泵,属于低温的蒸发冷却。而我们的技术没有泵,没有动力,是利用吸收的热自己循环。”


坚持自主创新一直是顾国彪孜孜以求的梦想,是他奋斗在寂寞艰辛科研路上的不竭动力。他直言:“中国以前的很多创新都是跟踪创新,跟踪创新不是原创,而是在别人的技术基础上进行改良。现在的青年科技人员要培养原创精神,只有培育原创精神,敢于创新,坚持走自主创新的道路,才能立于不败之地。”他还提示青年科技人员,在创新过程中,不仅要重视技术的研发和设计,对工艺的要求也非常重要。

 

研发不用风扇的服务器


随着数据存储规模的飞速增长,降低存储系统的总拥有成本,优化服务器能耗成为构建海量存储系统的关键。


顾国彪表示,“现在大数据的应用日趋火热,每天都有海量的数据产生,这就需要更多的数据中心、更多的服务器和更多的机房。据说美国计算机的耗电量相当于整个日内瓦城市的耗电量,甚至有人开玩笑,说人工智能机器人要想达到人类的水平,其海量数据处理的耗电量相当于要背两个核电站在身上,才能真正运行好。未来,大数据的发展以及应用越来越重要,把蒸发冷却技术运用在计算机领域,可极大地降低服务器的能耗,比传统的水冷、空调冷却等手段都要优越。”


他解释说:“风冷、水冷都是不错的冷却技术,但都需要外动力,而我们的技术把这些都取消了,这是一种利用高绝缘性能、低沸点,冷却介质通过相变换热来传递热量,从而实现发热部件冷却的技术。它是一种经济高效的新型冷却技术,涉及电机学、结构材料、流体力学以及电化学等多学科交叉。”


可见,大数据存储量大,服务器耗电量大是目前大数据发展面临的一大难题,如果将蒸发冷却技术运用到计算机领域,这种通过外部冷却系统就能保证机器运行时降低能耗的新技术,对推动大数据的发展影响深远。

 

大数据是实现智能化的主要角色


大数据给了我们看世界的新角度,结合制造企业的发展趋势,充分挖掘和释放数据红利,是实现智能化生产的未来方向。“第一次提出智能化是在1956年~1960年,我当时搞电力系统,那时叫做自动化。应该说电器设备领域的自动化发展最早,比如发电厂、电厂的运行,后来实现了远动化,是指在远处实现自动控制,尤其在一些小水电站或较偏僻地方来做。再继续发展下去就是智能化时代。”提及智能化顾国彪这样说。


“城市的智能化叫做智慧城市,也离不开大数据,现在交通领域案例比较多。再有,早些年,对于高压线线路的安全,需要人工巡线,沿途查看有无鸟巢、线路短路等潜在危险,要从这个城市走到另一个城市,经常徒步走一整晚。这种人工通过线路检测系统来判断故障、查明原因的方式很辛苦,而现在的远动化巡查控制系统,也叫智能化巡查系统,做的非常好,这种高压线路巡线机器人,它的总控系统就是运用计算机来进行大数据的处理。”据了解,这种智能机器人还可以通过摄像来分辨周围情况,迅速进行信息传递,在高压线路巡线监测领域实现了质的飞跃。


顾国彪指出:“实现智能化首先要实现几个问题,一是感知,比如对光、热的感知;二是要具备分析能力,根据服务的对象来推理分析。在这当中,大数据会扮演重要角色,是为智能化提供服务的,只有把大量的数据信息存储起来,进行分析处理,才能根据任务要求实现智能控制,所以大数据是很重要的一个角色。”


大数据技术让制造业越来越先进,设备能够有自我意识和自学习能力,但要实现更高程度的智能控制和优化控制,还需要一个较长的发展过程。“企业的智能化管理、智能化生产,都需要运用大数据来管控,但首先要实现每一步的自动化,然后才能把大数据利用起来。从大数据到智能控制,对精度的要求会非常高,精度不高质量就无法保证。” 顾国彪说。

 

联盟发展有利于技术创新

如何让产业界与高校科研院所组建科研联合体的技术创新发展模式?如何发挥各自优势,形成强大的研究、开发、生产一体化的先进系统?如何在项目运行过程中体现出综合优势,迅速转化科研成果?


对此,顾国彪表示:“智能交通、无人驾驶、以及未来智慧城市的建设,都需要大数据来支撑,大数据将发挥越来越重要的作用。因此,我认为让企业与科研机构结合起来,让整个产业链以联盟的形式发展,将有利于新技术的创新和发展。”为此,他提出了“政产学研用金”联盟发展新模式,“政”是指政策支持;“金”是指资金支持。他说:“新技术的发展需要大家联合起来共同推动,以项目任务为中心,联合一起来干才能使之快速发展,这也是我一辈子总结的经验。”


可以说,联盟发展是一种在更大范围、更高层次、更宽领域开展的合作模式,有利于形成互利共赢体,推动科技创新良性、快速发展。顾国彪表示:“我们的蒸发冷却技术在三峡工程已经用的非常好,将来计划应用在计算机领域,但新旧技术的更替非常麻烦,不仅是技术革新改造的问题,旧技术的工作人员也要逐步适应新技术,企业要保证他们的就业安全,这也是整个产业链应该联合发展的因素之一。”

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