深度分析:数据中心能耗与散热不堪重负

互联网 | 编辑: 杨雪姣 2007-06-14 17:07:00转载 一键看全文

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包括电力供应与散热的运营成本对企业数据中心的影响日益扩大。认为没有迁移或者重建数据中心,就不会增加附加成本的想法早已经过时。日益攀升的能源成本成为企业的巨大负担,如何有效降低能耗支出,已经成为数据中心管理者的当务之急。

大多数数据中心在建设时并没有对投入的IT设备的功耗与散热系统进行科学的评估。在追求绿色计算的时代,人们一致认为,应该尽量减少IT设备的电力消耗,而不是增加能耗。实际上,相比几年前IT系统单位计算性能的能耗与单位GB存储数据的能耗确实减少了,但是数据中心仍然需要比以前多得多的电力与散热成本,主要原因包括越来越多的计算能力被放到一个狭小的机房; 今天的机架式服务器和刀片服务器同以前传统的塔式服务器相比,每平方米的功耗大大增加; 企业对IT系统要求提高了,性能提高了等等,总电力供应与散热需求增加了。

今天的数据中心,服务器整合是必需的。数据中心因为设备的高度分布化和单一服务器运行单一应用的“竖井式”结构,造成运营费用迅速增加,并且迅速吞噬企业的利润。所以,解决的途径就是减少需要管理的计算资源的数量,从而减少昂贵的运营成本。但是,这仅仅是人们一个善良的愿望。以现在的发展速度,如果数据中心不进行系统改造,散热问题最终将会导致数据中心崩溃的灾难性后果。你可以减少需要移动设备的大小与数量,但是你不能减少需要增加的计算与存储信息设备,你需要结束的可能是在一个更小的空间里,计算与存储系统需要更多的电力消耗。

近几年,在一个相对狭小的空间里装备更多的存储与计算能力是完全可以做到的,通过减少空间的占有,增加现有设备的寿命,减少需要维护与管理的设备的数量,让IT完成更多的工作。显然,一旦在数据中心中推广这一思想,数据中心占有的空间将会更小,带来的问题是硬件变得更小,性能更高,效率更高,电力供应系统密度也更大,生产的热量更大、更集中,问题也更严重。如何散热变得越来越关键。

散热的计量

在我们思考“用户最关心的是什么”以及“为什么关注它”之前,我们先介绍一些与数据中心有关的基本知识。热量的最基本单位是英热(BTU),1英热 = 1 055.05585 焦耳。每瓦电力消耗在每小时所生产的热量大约为3.413 BTU。当电力消耗持续时,数据中心需要空调系统来驱散所产生的热量。1吨的冷却能力每小时能够驱除大约12000BTU热量。所以,从原理上看,要使数据中心的温度保持在一个恒定值,那么相应的电力消耗总额就需要相应数量的散热能力。显然,很多IT管理人员已经发现,散热是必不可少的。

考虑到服务器与存储设备每3~5年更新一次的平均周期,在散热系统的平均生命周期(大约6年)内,数据中心的电力消耗与所生产的热量大概增加3~4倍,致使人们很难智能地计划与设计一套散热系统。健康企业的业务会保持一个合理的增长速度,也会需要更多的计算资源与存储空间。通常重新部署一个数据中心不仅困难,而且为了将宕机时间减少到最少花费也是非常巨大的。显然,继续依赖一个传统的没有能力满足企业发展需要的技术也不是一个最好的选择。

一旦数据中心设备安装完毕,几个关键因素会增加热量的产生与能源的利用率。首先,能耗的增加也会增加热量的产生,而热量的生产也会增加能耗。位于美国纽约的Lawrence Berkeley国家实验室的一项研究显示,数据中心中总能耗的49%是用在非计算领域,包括照明、电力分配、UPS、发电机、风扇与散热系统本身等。另外,更大的热量密度会增加这些影响,致使今天的数据中心规划者需要做出更明智的决策,必须设想未来的电力供应与散热情况变得更严峻。

有不少方法可以解决这些问题。例如,很多公司采取了扩大机柜空间的做法,将原来放在一个机柜中的设备,分散到更多的机柜中。这样做虽然可以降低散热的需求,但是系统密度却降低了,需要更大的物理空间,每平方英尺计算密度也会降低。

解决散热难点的方法

假设今天你对自己数据中心安装的设备有足够的散热能力,那么你可以部署计算设备。如果你不能做出这样的判断,那么最好采用科学的散热设计。

采用一个交互的热通道与冷通道层设计,可以解决目前数据中心存在的很多典型问题。原理很简单,服务器与存储设备会得到冷气流,然后排出热气流。通常这些设备的前端会吸入冷空间,而把热空气从后端排出。假如企业销售的机架设备通常也具有相同的设计思想,那么用户就可以设计热通道与冷通道层。相反,同一温度的气流在通过时必须互相面对,以便热气流不是通过冷气流的侵入而被排出机架。在冷通道里,放置机架的地板要有足够的排风口,可以给设备提供足够的冷气。

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