隨著IT技術(shù)的不斷發(fā)展，以及業(yè)務(wù)與IT日益密切的聯(lián)系，當(dāng)前的數(shù)據(jù)中心正面臨著成本、整合、能源管理等一系列挑戰(zhàn)，并正在經(jīng)歷著巨大的轉(zhuǎn)變。在綠色數(shù)據(jù)中心建設(shè)方面，英特爾公司持續(xù)創(chuàng)新，通過(guò)多年的積極探索取得了不少成功經(jīng)驗(yàn)。
優(yōu)化數(shù)據(jù)中心布局降低能耗
傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心服務(wù)器平均使用率都不高，采用了虛擬化和云計(jì)算以后，數(shù)據(jù)中心整體的IT效率能夠提高很多。除了虛擬化以外，英特爾對(duì)于數(shù)據(jù)中心的建設(shè)還進(jìn)行了其他一些方面的探索。
比如傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心的散熱方式是通過(guò)使用空調(diào)，冷熱空氣的通道通常不會(huì)封閉。進(jìn)入云計(jì)算以后，數(shù)據(jù)中心內(nèi)的服務(wù)器，特別是一些刀片式服務(wù)器，密度變得非常高，所以需要針對(duì)性地提高散熱效率。而提高散熱效率最好的方法之一就是采用冷熱空氣通道分離，同時(shí)封閉冷熱通道。如果為了達(dá)到更加有效的散熱效率，還可以更進(jìn)一步防止冷熱空氣的混合，比如采用煙囪式機(jī)柜這樣更嚴(yán)密的封閉方式。
封閉冷熱通道以后有會(huì)有什么好處？好處在于可以提高空調(diào)的整體效率。根據(jù)英特爾在自己數(shù)據(jù)中心的實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，采用了封閉冷熱通道之后，可以盡可能地提高回風(fēng)溫度，從而實(shí)現(xiàn)了冷水機(jī)整體能效比系數(shù)提高10%。
很好地隔離冷熱通道，會(huì)取得高的回風(fēng)溫度，從而增加服務(wù)器前后端溫度差，這能在相同熱負(fù)荷的情況下減少風(fēng)量，同時(shí)也可以降低風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，從而減少它的功耗。因?yàn)楫?dāng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低一半的時(shí)候，它的功耗只相當(dāng)于原來(lái)的八分之一。另外一方面，提高回風(fēng)溫度，可以隨之提高水溫，通過(guò)加大進(jìn)出空調(diào)機(jī)組的溫度差，可以減少水泵的消耗功率，并能極大地延長(zhǎng)自然冷卻的時(shí)間。
但是這個(gè)方法并不適于風(fēng)冷型的散熱系統(tǒng)，也即直接蒸發(fā)式的系統(tǒng)。因?yàn)檫@種直接蒸發(fā)式的系統(tǒng)，提高回風(fēng)溫度雖然可以適當(dāng)?shù)靥岣邏嚎s機(jī)的工作效率，但是由于過(guò)高的回風(fēng)溫度，可能會(huì)引起壓縮機(jī)長(zhǎng)時(shí)間的高壓運(yùn)行，反而容易出故障。
讓大自然成為最好的空調(diào)
為了讓數(shù)據(jù)中心更加節(jié)能，英特爾一直在考慮如何盡可能地利用自然冷卻源。研究發(fā)現(xiàn)，在全球適合自然冷卻的區(qū)域，都可以用自然冷卻源對(duì)數(shù)據(jù)中心進(jìn)行降溫。比如北京,全年平均氣溫在16℃，適合自然冷卻的時(shí)間超過(guò)40%。像2010年一直到4月底，北京室外都很冷，完全可以給數(shù)據(jù)中心進(jìn)行自然冷卻。
利用室外冷空氣自然冷卻，主要分成間接和直接的兩種形式。
根據(jù)英特爾的經(jīng)驗(yàn)，采用自然冷卻的方式，在北京每年大概可以達(dá)到40%到60%的時(shí)間不需要啟動(dòng)機(jī)械制冷。在保障數(shù)據(jù)中心相對(duì)封閉的環(huán)境下應(yīng)用間接的自然冷卻，完全可以避免室外空氣的濕度和潔凈度對(duì)于室內(nèi)的影響。
間接自然冷卻方式，分為三種方式:
第一種方式，是以冷凍水機(jī)房專(zhuān)用空調(diào)系統(tǒng)，配合適用于冬季自然冷卻的逆流型大冷卻塔(比夏季工況用冷卻塔容量要大3～4倍，以便盡可能延長(zhǎng)自然冷卻的時(shí)間)，以及隔離冷凍水系統(tǒng)及冷卻水系統(tǒng)的板式熱交換器，英特爾在美國(guó)波特蘭的數(shù)據(jù)中心就是采用的這種設(shè)計(jì)方式。
以北京為例，屬于典型的溫帶大陸性氣候，冬夏時(shí)間長(zhǎng)，且全年大部分時(shí)間空氣干燥，濕球溫度遠(yuǎn)低于干球溫度，理想的可以使用自然降溫的室外干球溫度，即全年平均12度以下的時(shí)間可以達(dá)到45%。如果使用冷卻塔加板式熱交換器的方式，更可以利用室外濕球溫度自然冷卻。當(dāng)冷卻塔設(shè)計(jì)的容量足夠大時(shí)，全年自然冷卻的時(shí)間更可以達(dá)到60%以上。
第二種方式，就是用帶有自然冷卻盤(pán)管的干冷氣乙二醇方式。它的工作原理是為室內(nèi)機(jī)設(shè)計(jì)了兩套盤(pán)管，一個(gè)盤(pán)管是氟利昂的，一套盤(pán)管是可以走冷凍水的。
這套系統(tǒng)有什么特點(diǎn)呢？就是有利于水冷系統(tǒng)的應(yīng)用。過(guò)去，只有當(dāng)數(shù)據(jù)中心規(guī)模足夠大，才可以有條件去設(shè)計(jì)水冷機(jī)組。但是如果數(shù)據(jù)中心的規(guī)模沒(méi)有那么大的話，水冷系統(tǒng)對(duì)于整個(gè)數(shù)據(jù)中心的投資造價(jià)就太高了。
通過(guò)采用這種方法可以很好地解決上述問(wèn)題，到了夏天的時(shí)候，它的干式冷卻器能起到冷卻水的作用，到了冬季的時(shí)候，它的干冷器就變成產(chǎn)生冷凍水的作用，然后通過(guò)兩套兩通閥來(lái)調(diào)節(jié)水是經(jīng)過(guò)板式熱交換器的冷凝器還是經(jīng)過(guò)冷凍水盤(pán)管，這樣的話也可以實(shí)現(xiàn)自然冷卻。這種自然冷卻方式有一個(gè)很大的優(yōu)勢(shì)就是它可以混合制冷，當(dāng)室外溫度低于數(shù)據(jù)中心機(jī)房回風(fēng)溫度的時(shí)候，也可以進(jìn)行自然冷卻。也就是說(shuō)，從室外回來(lái)的水，可以先經(jīng)過(guò)冷凍水盤(pán)管，然后再進(jìn)行機(jī)械冷卻，這樣，每年的自然冷卻時(shí)間可以非常長(zhǎng)。以北京地區(qū)為例，可以達(dá)到50%甚至于更長(zhǎng)的時(shí)間。
第三種方式，使用轉(zhuǎn)輪式熱交換器。這種方式是利用轉(zhuǎn)輪內(nèi)填料的儲(chǔ)能功能，讓轉(zhuǎn)輪在兩個(gè)封閉的風(fēng)道內(nèi)緩慢旋轉(zhuǎn)，被室外空氣冷卻的填料冷卻室內(nèi)空氣。英特爾協(xié)助KPN在歐洲設(shè)計(jì)了世界上第一個(gè)采用這種冷卻方式的數(shù)據(jù)中心，相比傳統(tǒng)方式，它每年可以節(jié)省800萬(wàn)歐元的數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)費(fèi)用，并減少了大量的CO2排放。
除了上述這些間接自然冷卻方式外，還有一種是直接采用室外空氣的自然冷卻方式，英特爾在美國(guó)新墨西哥州建的數(shù)據(jù)中心，就是用的這種方式。
這種方式直接利用了室外空氣，可以在24℃以下的環(huán)境進(jìn)行自然冷卻。但是這種方式對(duì)空氣含塵量要求比較高，需要復(fù)雜的除塵處理，并需要專(zhuān)用的空氣處理機(jī)來(lái)保證足夠的風(fēng)量供應(yīng)，所以通常不能使用傳統(tǒng)的機(jī)房專(zhuān)用空調(diào)。同時(shí)，采用這種方式會(huì)使機(jī)房?jī)?nèi)相對(duì)濕度很難控制在數(shù)據(jù)中心要求范圍內(nèi)，因此對(duì)服務(wù)器的品質(zhì)有很高的要求，不適于對(duì)數(shù)據(jù)中心可靠性要求特別高的用戶。
無(wú)論設(shè)計(jì)采用何種自然冷卻方式，對(duì)于用戶來(lái)說(shuō)投資都會(huì)增加70%到100%，但是它的運(yùn)營(yíng)成本相對(duì)會(huì)比較低，每年TCO增長(zhǎng)也會(huì)低于傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心。按照英特爾現(xiàn)有數(shù)據(jù)中心建設(shè)的經(jīng)驗(yàn): 如果多投入的成本能在3～5年左右的時(shí)間內(nèi)通過(guò)降低能耗及相關(guān)費(fèi)用的方法來(lái)收回的話，那么這些投入還是非常值得的。
在數(shù)據(jù)中心采用自然冷卻方面，目前英特爾還在做一些新的探索。比如英特爾在美國(guó)設(shè)計(jì)了一個(gè)實(shí)驗(yàn)機(jī)房模型——雞舍式數(shù)據(jù)中心。雞舍式數(shù)據(jù)中心的設(shè)計(jì)靈感來(lái)自于養(yǎng)雞場(chǎng)，雞舍里大量的雞自身身體發(fā)出熱量，使得雞舍中空氣膨脹，空氣膨脹以后產(chǎn)生向上的動(dòng)力，驅(qū)動(dòng)整個(gè)雞舍中的空氣自然流動(dòng)，而不需要任何機(jī)械的幫助。通過(guò)這樣一個(gè)原理，把服務(wù)器機(jī)柜中服務(wù)器散發(fā)的熱量收集起來(lái)，讓進(jìn)入數(shù)據(jù)中心的空氣被服務(wù)器散發(fā)的熱量加熱后自然上升，此時(shí)只要建一個(gè)足夠高的煙囪讓熱空氣往上升，就可以帶動(dòng)空氣流動(dòng)，從而完成散熱循環(huán)。用這種方式數(shù)據(jù)中心可以在全年的大部分時(shí)間內(nèi)，直接靠服務(wù)器散發(fā)的熱能產(chǎn)生動(dòng)力自然散熱，這種散熱方式特別適合我國(guó)東北這樣的地區(qū)。不過(guò)，采用這種方式，同時(shí)也要注意處理好除塵，維持?jǐn)?shù)據(jù)中心內(nèi)部含濕量的最低要求。
配電環(huán)節(jié)再省電
除了在上述兩方面以外，英特爾在數(shù)據(jù)中心的配電節(jié)能方面也進(jìn)行了一些探索。比如英特爾現(xiàn)在正在探索用一些智能技術(shù)給服務(wù)器供電。例如在數(shù)據(jù)中心里會(huì)大量使用UPS供電，UPS每次轉(zhuǎn)換都有能耗。英特爾采用高壓直流的設(shè)計(jì)，把UPS轉(zhuǎn)換次數(shù)節(jié)省到一次，節(jié)省轉(zhuǎn)換的能耗。在國(guó)內(nèi)英特爾與一些用戶已經(jīng)在做一些相關(guān)的測(cè)試和應(yīng)用。一些國(guó)內(nèi)的通信運(yùn)營(yíng)商也在做一些相關(guān)的實(shí)驗(yàn)和測(cè)試，甚至已經(jīng)制訂了數(shù)據(jù)中心直流供電的標(biāo)準(zhǔn)。
采用高壓直流供電可以節(jié)省7%左右的配電部分能耗，考慮到這部分能耗還要散熱到數(shù)據(jù)中心內(nèi)，如果節(jié)省下來(lái)，將帶來(lái)的綜合節(jié)能效果可以達(dá)到12%～15%以上，而且還能夠節(jié)省數(shù)據(jù)中心的占地面積，提高場(chǎng)地利用率。這種技術(shù)目前面臨的主要問(wèn)題是缺少成熟的產(chǎn)業(yè)鏈支持，建設(shè)成本還比較高。
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