随着云计算的高速发展,数据中心的能源消耗急剧攀升。除了IT设备能耗,制冷系统能耗在数据中心总能耗中也占了极大的比重,促使数据中心降低制冷能耗以提升能效。相比传统的空气冷却,液体冷却制冷效率更优,符合数据中心计算越发密集的发展趋势。数据中心常用的冷水制冷策略是为最坏情况设计的,较为保守,造成了大量的能源浪费,因此逐渐被温水制冷策略所取代。温水制冷不仅可以减少制冷机工作,降低制冷能耗,还可以提升废热品位,便于热能的回收再利用。目前,大部分数据中心产生的热量被视作废热直接排放到环境中,业界最普遍使用的废热供暖方式也存在诸多局限性,而利用废热发电却可以在数据中心发挥更广泛的用途。H2P（Heat to Power）是面向采用温水制冷策略的液冷数据中心设计的一种实用、可靠、高性价比的热能回收发电系统。该系统将半导体温差发电片集成到数据中心原有液冷系统中,利用吸收了CPU热量的制冷液和自然水源之间的温差发电。为H2P系统搭建的真实的硬件原型验证了设计方案的可行性。为了进一步优化能效,在该硬件原型上开展了一系列测量实验,并基于这些测量结果为H2P系统设计了软件优化方法。水路设计优化方法考虑每一个水循环中安置多少台服务器使成本最优。为了在保证CPU安全的同时最大程度提升发电量,CPU利用率感知的水冷控制方法设置CPU安全温度作为约束条件,根据CPU利用率的最大值变化动态选取最优的水温和流量。负载均衡策略根据CPU利用率的平均值决定水温和流量,可进一步优化发电量。基于谷歌和阿里巴巴的数据中心负载数据集对该系统进行了性能评估,该热能回收发电系统能有效提升液冷数据中心的能效,并节省大量的成本。结果显示为每一块CPU所配备的废热发电模块平均可产生4.177 W电能,该系统的平均热电转化效率可达12.56%,经优化后可升至14.23%,为数据中心节省成本0.49%～0.57%。