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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当然从原理上说,热通道和冷通道是最好的,但是有时在实际应用时却达不到目的。特别时放在机架极端的系统特别容易出现问题。首先需要保证的是,数据中心能够从地板下获得足够的冷空气,并使其到达需要冷却的设备位置。但即使可以做到这一点,如何让冷空气达到机柜顶部仍然是一个问题。而且,阻止机器散出的热空气同冷空气混合更是困难重重。原因包括两个方面:首先,顶端热量增加,而比较低的机柜的温度降低,从而使大量的空调系统停止制冷,进一步加剧顶端温度的上升;第二,在被驱散气流的附近,流动的气流可能引发热空气在机架的顶端形成热气球,并反过来会进入机架内部温度比较低的服务器和存储设备附近。在一些情况下,它还会引起机架过热,造成系统宕机,或者通过关闭系统来进行维护。

解决这一问题有速度控制和区域打包两种方式。前一种方式,传统的风扇被安装在数据中心的特殊部位,直接控制热气流和冷气流流向正确的地方。在大多数情况下,空气在穿过和排风孔的速度,还不能到达机架顶部,并形成足够的冷却能力,特别是地板上的通风孔的通风能力超过风扇吹动空气的能力时,情况更严重。简单的增加通风孔,而没有理解你可以将多少空气吹向地板,结果会造成系统的制冷能力大幅下降。

区域打包方式是在一个相对隔离的更广的范围内,完成热与冷通道的交互。采用这种方法,在机架顶端到房子的天花板之间设置一个完全隔离的有物理墙壁的管道。在数据中心,会形成很多这种隔离的小空间,就像数据中心的管理员才有权使用的机架上有一个或者两个可以打开的小门的房间。虽然这种设计有点激进,但是在一个小的数据中心,它可以限制热气流和冷气流的混合,并是具有成本效益的一种途径。唯一值得担心的是建造这些小空间时,可能对机架以及其上的IT设备所造成的影响,包括物理的碎片等。在大多数情况下,简单的采用热通道与冷通道设计,甚至是激进的区域打包方式等,相比下一代的计算与存储设备对能耗和散热的需求而言,都是权宜之计。

到处都存在的水冷

水是另一个可以采用的方案。水可以带走的热量是同样空气散热效果的3500倍。冷冻的水可以消除数据中心对通过地板完成散热的系统的需要。水冷并不是新事物,像汽车以及大型机使用水冷系统都已经好多年了。现在水冷正在逐渐应用到一些新的环境中,如建筑大楼里的空气调节装置。

从数据中心的散热系统看,采用冷冻的水作为一个通用的冷却系统以前时有发生,水冷也被视为散热的一种重要手段。水冷就是用许多小管道循环散热,这些管道中充满了具有散热功能的蒸馏水和非离子水。Cry、IBM等很早就采用水冷技术为大型机散热。不过,在数据中心,用户认为很难发现环绕在数据中心内的水管出现的裂纹。显然,一旦水冷成为大型数据中心最基本的冷却方法,那么就必须证明水冷对数据中心是可靠和安全的。

对于传统的单片机或者单个集成电路部件,非常容易使用水冷系统,因为这些大型的机器预留了足够的空间,可以部署水冷系统的循环管道。而对于超高密度的计算系统,则可能无法部署这些水冷系统的循环管道,所以采用水冷的另一种方式则是必然的。

在机架中采用水冷正变成一种通用的方法,机架内部可能复杂多变,部署的水冷系统也可能复杂多样,可能有不同的层次。在大多数情况下,可以在机柜中安装热交换机(heat exchangers),水可以在机柜内一个封闭的系统内循环流动,水被传统的机房空调系统(computer room air conditioning ,CRAC)冷却。 另一种方式则正好相反,热交换机安装在机柜外边,水继续在一个封闭的系统里流转,而水也被传统的CRAC冷却。这两种方式都是水冷与空气冷却两种方式的混合体,但是提供的制冷效果却超过了单纯使用空冷或者水冷的方式。另外它在没有对已有系统架构进行重大改变的前提下,可以采用各种各样的方式在数据中心部署。

水冷系统的最新进展是利用一个完整的外部制冷系统,通过一个封闭的独立供应水与接受流回水的已冷却的水流系统,降低机架内电子设备的温度。通常水冷系统一般经过了数据中心机房的地板。冷却设备与热交换机通常安装在数据中心外部,一般使用蒸馏水或者冷却水方法。在下一代数据中心中,这可能是惟一一个能够满足明天的数据中心设备正常运行的散热系统。

水冷推广的第一道防线则是人们的意识。数据中心规划者、设备工程师与服务器、存储、通信系统的工程师必须协同一致,能够预测数据中心将要部署设备的数量。来自独立的第三方的评估分析也可以帮助用户了解怎样减少今天数据中心冷却系统的负担,并为明天做好充分的准备。在数据中心,电源供应与散热将成为重点考虑的一个方面。今天为明天做好准备是必须的。

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