不用機(jī)房空調(diào)也能為機(jī)房降溫？
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發(fā)表時(shí)間：2019-12-16
機(jī)房海洛斯機(jī)房精密空調(diào)廠家為了挑戰(zhàn)業(yè)內(nèi)有關(guān)數(shù)據(jù)中心冷卻的既定假設(shè)，我所在的英特爾IT部門進(jìn)行了一次大膽的概念驗(yàn)證（PoC）測(cè)試：使用一臺(tái)空氣節(jié)能器，全部利用溫度高達(dá)32 攝氏度的室外空氣來(lái)冷卻生產(chǎn)服務(wù)器。借助此方案，我們即可使用節(jié)能器來(lái)提供幾乎所有的數(shù)據(jù)中心冷卻，從而極大地降低了功耗。對(duì)于一個(gè) 10 兆瓦特（MW）的數(shù)據(jù)中心來(lái)說(shuō)，借此每年可潛在降低高達(dá) 287 萬(wàn)美元的運(yùn)營(yíng)成本。
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概念驗(yàn)證測(cè)試在一個(gè) 1000 平方英尺（SF）的拖車上進(jìn)行（最初安裝拖車是為了進(jìn)行臨時(shí)的額外計(jì)算），拖車被分成兩個(gè)室，每個(gè)室約 500 平方英尺。為了最大限度減少概念驗(yàn)證的成本，我們使用了低成本、倉(cāng)庫(kù)級(jí)的直接膨脹式（DX）海洛斯機(jī)房精密空調(diào)設(shè)備，并且每個(gè)室內(nèi)均安裝有傳感器，以監(jiān)測(cè)室內(nèi)的溫度與濕度條件。
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其中一室采用傳統(tǒng)方法冷卻，始終使用直接膨脹式設(shè)備進(jìn)行熱空氣再循環(huán)和冷卻。而另外一室基本上也使用相同的海洛斯機(jī)房精密空調(diào)設(shè)備，但是經(jīng)過(guò)改裝后能夠作為空氣節(jié)能器運(yùn)行：將熱空氣排出室外，并吸入 100% 的室外空氣用于冷卻。
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由于我們的目標(biāo)之一是測(cè)試運(yùn)行溫度的允許極限，我們對(duì)空氣節(jié)能器室中的冷卻設(shè)備進(jìn)行了配置，使其能夠提供18-32攝氏度的空氣。并且我們還對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，在供給空氣溫度超過(guò)32攝氏度的最高限度之前，只能使用空氣節(jié)能器；空氣溫度超過(guò)32攝氏度時(shí)，開(kāi)始使用冷卻器將空氣冷卻至32攝氏度。如果溫度降到18攝氏度以下，則將供給空氣與來(lái)自服務(wù)器的回流熱空氣混合進(jìn)行加熱。
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我們未嘗試對(duì)濕度進(jìn)行控制。此外我們還想要測(cè)試空氣質(zhì)量的限度，因此我們僅對(duì)進(jìn)入的空氣進(jìn)行了最低限度的過(guò)濾：使用標(biāo)準(zhǔn)的普通空氣過(guò)濾器僅僅將進(jìn)入空氣中的大顆粒除去，但允許留有微塵。
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每個(gè)房間里有八個(gè)機(jī)架。每個(gè)機(jī)架包含四臺(tái)刀片服務(wù)器，每臺(tái)服務(wù)器帶有 14 塊刀片，這樣每個(gè)室共有 448 塊刀片。這就表示每平方英尺 200 多瓦（WPSF）的功率密度。在概念驗(yàn)證測(cè)試期間，我們使用這些服務(wù)器運(yùn)行大批量生產(chǎn)的芯片設(shè)計(jì)工作負(fù)載，結(jié)果服務(wù)器的使用率高達(dá)約 90%.
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我們測(cè)定了每個(gè)室內(nèi)的服務(wù)器故障率，并將其與同一段時(shí)期內(nèi)，在我們位于同一地點(diǎn)的主數(shù)據(jù)中心內(nèi)測(cè)定的故障率進(jìn)行比較。
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讓我們高興的是，節(jié)能器室內(nèi)的溫度和濕度變化很大，且空氣質(zhì)量也較差；然而服務(wù)器故障并沒(méi)有明顯增加。如果隨后的調(diào)查能夠證實(shí)這些喜人的結(jié)果，那么我們便有望在未來(lái)的高密度數(shù)據(jù)中心中使用這一方案。
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如果一個(gè)數(shù)據(jù)中心采用空氣節(jié)能器，每年平均可節(jié)省多少能源？為此，我們使用了數(shù)據(jù)中心地點(diǎn)的歷史天氣數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)分析表明：平均每年溫度低于最高限度32 攝氏度的時(shí)間占總時(shí)間的 91%.
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如果在概念驗(yàn)證測(cè)試期間使用空氣節(jié)能器時(shí)功耗降低 74% 的基礎(chǔ)上，再假設(shè)每年 91% 的時(shí)間能夠使用空氣節(jié)能器，那么與傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心冷卻方案相比，我們每年可在冷卻方面潛在節(jié)省約 67% 的總功率。而在假設(shè)數(shù)據(jù)中心 60% 的功率用于機(jī)械冷卻系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，整個(gè)數(shù)據(jù)中心功耗可轉(zhuǎn)換成約 3， 500 千瓦時(shí)（KWH）。
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這樣一來(lái)，按每千瓦時(shí)電費(fèi) 0.08 美元計(jì)算，預(yù)計(jì)一個(gè) 500千瓦 的小型數(shù)據(jù)中心每年可降低成本約 143，000 美元。而對(duì)于一個(gè) 10兆瓦 的大型數(shù)據(jù)中心，預(yù)計(jì)每年可降低成本約 287 萬(wàn)美元。
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此外，由于需要的冷卻設(shè)備更少，新的數(shù)據(jù)中心還可節(jié)省一定的資本支出。甚至當(dāng)室外空氣溫度超出了供給空氣溫度上限時(shí)，我們也僅需將空氣冷卻到指定的溫度上限，而不是傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心方案中的 20 攝氏度。通過(guò)降低冷卻系統(tǒng)的復(fù)雜性和成本，還可進(jìn)一步減少故障模式的數(shù)量，提高整體靈活性。
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空氣節(jié)能器似乎特別適合于空氣濕度較低的溫帶氣候。配備有空氣節(jié)能器的數(shù)據(jù)中心，通過(guò)降低功耗和用水量即可大幅減少英特爾對(duì)環(huán)境的影響。在干燥的氣候條件下，配有海洛斯機(jī)房精密空調(diào)裝置的傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心通常采用蒸發(fā)冷卻法，利用水塔進(jìn)行預(yù)先冷卻。而借助空氣節(jié)能器，就可不再使用水塔，這樣一個(gè) 10 兆瓦數(shù)據(jù)中心每年可潛在節(jié)省高達(dá)近3萬(wàn)噸的水。
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我們計(jì)劃利用服務(wù)器老化分析，將空氣節(jié)能器室、海洛斯機(jī)房精密空調(diào)室和主數(shù)據(jù)中心內(nèi)使用的系統(tǒng)進(jìn)行比較，進(jìn)一步測(cè)試以期發(fā)現(xiàn)可能的硬件老化。如果隨后的調(diào)查能夠證實(shí)這些喜人的概念驗(yàn)證結(jié)果，我們期望將空氣節(jié)能器融入到未來(lái)的數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)當(dāng)中。下一步則可能建立一座 1 兆瓦特的示范數(shù)據(jù)中心，使用專為概念驗(yàn)證測(cè)試設(shè)計(jì)的設(shè)備。
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如同大多數(shù)其他公司一樣，目前英特爾也面臨著日益增長(zhǎng)的對(duì)運(yùn)算資源的需求。結(jié)果，我們的運(yùn)算成本和這些需求同步上升。所有這些問(wèn)題促使我們嚴(yán)格地審視我們的數(shù)據(jù)中心戰(zhàn)略，找出可以提高效率的地方。
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值得說(shuō)明的是，我們這次概念驗(yàn)證屬于英特爾 IT 部門的“八年數(shù)據(jù)中心效率策略”的一部分。該策略的目標(biāo)是轉(zhuǎn)變我們?nèi)虻臄?shù)據(jù)中心環(huán)境，在大幅降低成本的同時(shí)，進(jìn)一步提高效率和業(yè)務(wù)響應(yīng)能力。
卻成本的一個(gè)潛在方式。空氣節(jié)能器只是將熱空氣排出室外并吸入室外空氣來(lái)冷卻 IT 設(shè)備，而不是像傳統(tǒng)海洛斯機(jī)房精密空調(diào)那樣將服務(wù)器排出的熱空氣加以冷卻再循環(huán)利用。
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當(dāng)前，業(yè)界假定空氣節(jié)能器的有效性受到一定限制，即需要以相對(duì)較低的溫度供應(yīng)冷卻空氣。其含意即空氣節(jié)能器只能在室外空氣溫度相對(duì)較低時(shí)才能使用。此外還有對(duì)濕度變化的顧慮，因?yàn)槭彝饪諝獾臐穸瓤赡軙?huì)迅速變化。第三點(diǎn)顧慮則是室外空氣中的微粒數(shù)量。
