擁抱液冷，構建高效綠色AI算力--華南理工大學算力實踐篇

當你在電視屏幕前看到，

長征五號遙八運載火箭成功發射；

嫦娥六號探測器登上月球的背面；

神舟十八號載人飛船與太空空間站成功對接。

你是否會想到，

小小的“陶瓷”正在航天領域發揮著舉足輕重的作用。

從微觀到宏觀，

這就是材料學的魅力。

在華南理工大學，材料科學與工程學院無機系的師生正在開展有關“新型高熵超高溫陶瓷材料”的研究課題。

隨著新一代高超聲速飛行器飛行馬赫數的不斷提升，對隔熱材料的力學強度、熱導率和耐溫性提出了更嚴苛的要求，兼具優異力學強度及隔熱屬性的材料一直是科學家的追求目標。

發展可應用于未來極端條件下的新型超高溫陶瓷材料，既是助力長征五號、嫦娥六號及神舟十八號持續成功的“功臣”之一，也是目前國內外學術界研究的熱點問題。

華南理工大學材料科學與工程學院無機系副教授莊磊表示：“新型高熵超高溫陶瓷材料的主要難點在于高熵陶瓷的形成，不是說任選4種以上的陶瓷材料混合就能形成穩定的單相。可能的組分空間非常龐大，合出來的材料具體性能表現也不確定，所以需要大批量地進行實驗，這就帶來了大量的計算需求。”

與此同時，高熵陶瓷的結構復雜性，使得原子尺度的模擬計算，需要建立更大的模型以解決結構無序度的問題。這對算力資源要求很高。

華南理工大學材料科學與工程學院無機系副教授俞呼雷指出，華南理工大學升級后的新科學計算集群，讓針對復雜高熵陶瓷的第一性原理計算、機器學習、勢函數訓練和分子動力學模擬變得更加可行，單個任務的計算耗時可以減少到原來的20%到80%，極大地提升了計算效率。

俞呼雷教授強調：“現在，通過學校的科學計算公共服務平臺，我們加速開發出了多種新型的高熵超高溫陶瓷材料。”

像“新型高熵超高溫陶瓷材料”這樣的研究課題，只是華南理工大學眾多新工科、交叉學科研究項目的縮影。

華南理工大學作為教育部直屬的全國重點大學，不僅位列“211工程”“985工程”，也是“雙一流”建設A類高校。全校建有29個國家級科研平臺、231個省部級科研平臺，數量居廣東省高校首位。

走進華南理工大學廣州國際校區，你可以在眾多教學樓中看到這樣一座建筑，它就是華南理工大學廣州國際校區數據中心，位居國內高校建筑面積最大的單體數據中心之列。其建筑面積12800平方米，設計有660個機柜，總可用功率在1萬kW以上，按照A+B級標準設計，配備了7*24小時的專業運維團隊。

目前，該數據中心系統的理論峰值性能達到了7.3 PFlops，AI計算能力可以達到94 PFlops。系統存儲的裸容量為34.45 PB，實際可用空間約為25 PB，網絡方面采用了200 Gb/s的NDR IB網絡。

為了響應國家碳中和號召，華南理工大學采用了液冷技術，全水冷設計在提高系統性能的同時，將數據中心能耗降低了30%， PUE值設計小于1.2，而隨著PUE的降低，用于散熱的電量大大減少，每年節約電費約300萬。

華南理工大學信息網絡工程研究中心數據與高性能計算中心主任黃建波介紹道：“數據中心的初心是讓師生能夠快速上手，同時必須覆蓋學校主要的使用場景和滿足各種科學研究的需求，通過豐富的接口，實現軟件的個性化對接定制和優化。”

2023年通過集約化建設方式，建成了為全校提供高端計算+AI的科學計算公共服務平臺，建設后算力達到目前全國高校算力領先水平，滿足了全校科研團隊對算力的需求，支撐起全校新材料、計算化學、生物醫學、人工智能、芯片設計、汽車設計、建筑設計、海洋科學等科學研究和創新。

黃建波主任指出，華南理工大學還積極響應國家算力一體化建設，加入教育部的算力聯盟，通過采用北京大學SCOW系統實現異構納管，接入教育部智算融合共享平臺。

目前，華南理工大學取得的這些成果都離不開學校的清晰需求和系統建設定位，以及產品供應商聯想在技術上的配合。

聯想通過專業的技術服務洞察了華南理工大學數據中心在建設升級過程中的核心訴求。為了實現學校對于性能和節能的追求，實現多集群的統一算力交付，針對實際情況為華南理工大學量身定制了液冷解決方案。

通過聯想高性能計算和人工智能產品營銷主任技術顧問郝常杰的介紹，我們了解到：

首先，聯想通過異構算力設計，搭配CPU和GPU的混合使用滿足多樣化的計算需求。液冷服務器搭配了英特爾6458Q，實現了強大的性能支持。6458Q是一款專門針對液冷服務器設計的處理器，在國內氣象、制造、科研領域得到了大規模的部署應用。

其次，部署NDR Fat tree 實現全線速無阻塞，高速低延遲，保證計算網絡帶寬200 Gb/s。使用2X DSS- G250，13 PB以上容量的聯想高性能分布式存儲，實現90 GB的讀/寫帶寬，存儲單流帶寬大于6 Gb/s。

最后，再通過聯想自研智能一體化的管理平臺Lico實現一鍵快速部署，異構集群的統一管理，配合高通量低延遲的作業調度軟件，同時集成了豐富的AI應用模型。

郝常杰顧問指出，得益于整體的優秀架構，在Linpack基準測試中，數據中心的效率達到理論峰值的90%。為用戶現在及未來實際的科研應用保障了強大的實際計算能力。

郝常杰顧問表示：“為了實現綠色低功耗計算，我們部署了聯想第五代海神溫水水冷技術，入水溫度45-50度，水冷覆蓋能耗器件達95%以上，包含了水冷電源模塊。”

此外，高效的散熱設計為計算芯片提供了更加穩定的工作環境，進一步保障了計算性能的充分發揮。PUE理論值可降至1.1，無風扇設計能夠減少風扇故障點，實現近乎0分貝噪音。每年節省電力和碳排放可達40%以上。

作為聯想全液冷技術和高效算力落地的創新案例，華南理工大學勇于打破“性能、能耗、成本”之間的“不可能三角”，不僅科研應用提供強大實際計算能力，加速了科學研究和復雜場景計算模擬速度，還降低每單位性能的能耗和成本，率先在行業內補全了全棧液冷的拼圖，成為高校科學計算平臺的成功案例。