[机柜]数据中心液体冷却技术的“机架经济学”

来源: 作者: 发布时间:2022-05-07 10:18:46

在过去的几年里,许多数据采用了某种形式的液体冷却技术。此外,芯片制造商开始设计功能更强大的核心处理器。由于这些处理器的功率越来越高,空气冷却技术难以有效冷却,液体冷却技术已成为更好的选择。

在不同的领域,由各种应用程序和动机驱动的液体冷却技术的理解和兴趣显著增强。50年前,液体冷却技术最初用于早期的大型机器,现在开始与新的超级计算机和高性能计算(HPC)系统重新集成。然而,IT设备中使用的空气冷却技术仍然占据了大多数传统数据中心制冷的主导地位。然而,驱动企业和托管设施市场采用冷却技术的主要因素是功能、性能和成本效益。

人们可以从初始投资、运营成本(Opex)和投资回报(ROI)的不同角度看待成本效益。此外,这些因素对数据中心设施和IT设备有不同的影响。在这一点上尽管数据中心设施在物理空间和电力容量上发生了变化,但风冷IT设备与数据中心设计与施工的结合相对成熟。与数据中心设施相比,IT设备指标集中在机架数量和机架功率密度上。这最终成为给定数量IT设备的经济决策(需要多少空间和功率分配(每个机架的IT设备数量和大小)。

例如,在大型数据中心,每个框架的平均功率为5kW,并部署了200个框架,而每个框架部署了数十个IT设备和PDU。如果设备部署在托管数据中心,用户只需支付所需空间和IT设备使用的电费。显然,如果每个框架的功率为10kW,框架和空间的数量可以减少50%,但总功率是相同的。这一比率显然过于简化,还有许多其他因素(网络电缆和设备,以及存储系统和服务器/刀片服务器的功率密度类型)会影响降低比率的准确性。

虽然毫无疑问,IT设备的平均功率密度要求已经提高到满足性能要求,但理论上应该需要较少的空间和每兆瓦关键负载所需的机架数量。事实上,这种机架功率密度比会影响数据中心设施的资本支出和运营支出,以及IT设备的所有者/用户,这就是为什么它被称为'>9

事实上,许多数据中心设施(企业部署数据中心或托管数据中心)的每个机架功率有效限制在5kW,但新的数据中心设施设计为每个机架约10至20kW。

这仍然不能保证完全实现更高功率/空间比的最大好处。这个比率假设所有机架实际上都加载到接近或处于最高功率水平,而不是在混合IT设备环境中。在许多典型的企业计划中,每个机架的最大功率与最小功率之比为5:1至10:1,每个机架的最大功率与平均功率之比可能为3:1至5:1。这些比率影响机架经济学。

即使在使用数千台1U服务器或刀片服务器的超大数据中心环境中,它们的平均功率密度也很少达到或超过每个框架的10kW到15kW。这在一定程度上受到风扇功率和散热成本的限制。随着功率密度(冷却系统和内部IT设备风扇)的增加,这些成本往往会显著增加。虽然大型数据中心运营商(托管数据中心和互联网云计算服务)建立了大型数据中心设施,但大型建筑外壳成本在资本支出中的比例相对较低。

液体冷却方案集中在更高的功率应用程序中(例如,每个机架的25密度为K,50KW,100KW)。它可以以最小或无影响的方式部署在空气冷却设施中。例如,当每个框架为50kW时,它只需要20个液体冷却IT设备框架来提供1mW的功率容量。在许多情况下,液体冷却IT设备不需要机械冷却和冷却水。这节省了冷水机组的资本支出和运行成本,降低了机架、PDU和相关设备的80%。

其中一个似乎出现的问题是内排式后门式封闭式机柜液体冷却系统(用于标准空气冷却IT系统)的成本比传统数据中心的空气冷却系统更昂贵。虽然这在一定程度上是正确的,但管道成本与将其改装到运行数据中心的现有冷却系统有关。事实上,目前的液体冷却设备比其空气冷却设备更昂贵。然而,它的价格是由几个因素驱动的。第一个是数量,特别是部署高功率小容量水服务器的成本,其功率通常是每个冷却系统的成本。

在这里,基于内存的液体冷却散热器的液体冷却服务器开始改变框架经济学。像联想这样的主要OEM制造商一直在提供更多具有液体冷却功能的高性能计算(HPC)服务器和刀片服务器产品。这些框架服务器的框架可以在50到6之前运行。虽然没有直接的成本优势(部分是由于销量低,但框架经济学的比例开始变得更加明显。冷却运行成本(Opex)也可以发挥作用,因为它们可以使用温水、HR、U和4。

另一方面,开放式计算项目(OCP)于2018年7月推出了先进的冷却解决方案(ACS)子项目,重点关注如何使用液体冷却来提高冷却性能、能源效率和降低成本。

今年7月,Setems推出了Setems处理器,这是有史以来生产的最大的商业芯片,旨在解决深度学习和计算的问题。晶圆引擎级发动机级发动机级发动机级发动机级发动机级发动机级发动机级发动机级发动机级发动机级发动机级发动机级发动机级发动机级发动机级发动机级发动机级发动机级发动机级发动机级发动机级发动机级发动机级发动机级发动机级发动机级发动机级发动机级发动机级发动机级发动机级发动机级发动机级发动机级发动机级发动机级发动机级发动机级发动机级发动机级发动机级发动机级发动机级发动机级发动机级发动机级发动机级发动机级发动机级发动机级发动机级发动机级发动机级发动机级发动机级发动机级发动机级发动机级发动机级发动机级发动机级发动机级发动机级发动机级发动机级发动机级发动机级发动机级发动机级发动机级发动机级发动机级发动机级发动机级发动机级发动机级发动机级发动机级发动机级发动机级发动机级发动机级发动机级发动机级发动机级发动机级发动机级发动机级发动机级发动机级发动机级发动机级发动机级发动机级发动机级发动机级发动机级发动机级发动机级发动机级发动机级发动机级发动机级发动机级发动机级发动机级发动机级发动机级发动机级发动机级发动机级发动机级发动机级发动机级发动机级发动机级发动机级发动机级发动机级发动机级发动机级发动机级发动机级发动机级发动机级发动机级发动机级发动机级发动机级发动机级发动机级发动机级发动机级发动机级发动机

水冷式服务器的白皮书。目前,包括ASHRAE、绿色网格开放计算项目(OPC)、Open 19和美国能源部(DOE)在内的多个组织正在合作,为液体冷却创建框架、指南和规范,其中包括适用于IT设备和机架的外形尺寸、管道、快速断开无滴漏接头、冷却液分配歧管等冷却设备。

为了应对气候变化,数据中心行业和IT设备制造商在整体能效方面做出了许多改进。Nautilus的漂浮数据中心和微软的水下数据中心(如Natick项目)通过使用海水进行冷却来提高其冷却效率。与传统的基于压缩机的机械冷却相比,其排入水中的废热效率更高。然而,即使PUE为1.0x,其热量也会排放到外部环境中,因此水下数据中心仍然不能真正缓解气候变化。

虽然我们在能源回收方面做了一些努力,但有效回收IT设备的余热是非常困难或昂贵的。采用液体冷却技术的优点之一是ASHRA收集W4(不超过1F)两种IT设备,它们可以在140F到150F的温度范围为大部分能量回收提供了更具成本效益的机会。

随着未来十年,千兆瓦公园超大型数据中心的建设和运营已成为新常态,在提高能源效率和利用可持续能源方面处于领先地位。人们认为,液体冷却技术的不断发展和应用范围的扩大将由这些超大型数据中心运营商主导,而不仅仅是为了机架经济学。

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