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一个绿色数据中心是如何练就的?

木马童年 2019-5-17 10:55 8 0

在IBM工作了35年的Roger R.Schmidt博士拥有超过三十年IBM大型计算机散热设计及工程管理经验,如今,他不仅是IBM研究院院士、IBM技术研究院成员,还是美国国家工程院成员,以及美国机械工程师协会(ASME)资深会员。 ...

在IBM工作了35年的Roger R.Schmidt博士拥有超过三十年IBM大型计算机散热设计及工程管理经验,如今,他不仅是IBM研究院院士、IBM技术研究院成员,还是美国国家工程院成员,以及美国机械工程师协会(ASME)资深会员。近日,Roger现身“2012 IBM智慧云高峰论坛”,向中国的IT人士介绍IBM在提高数据中心能效方面最新的研究成果。会后,记者也有幸采访了这位数据中心能效领域的技术“大拿”。

全局视野至关重要

Uptime Institute定义了四个衡量数据中心是否“绿色”的指标,分别是IT系统设计和建筑、IT硬件资产利用率、IT硬件效率、机房物理基础设施的一般管理费用。这四个指标即可看出,多管齐下、全方位考虑才是实现数据中心绿色节能的最佳途径。而Roger亦表示,无论是IBM自己研究数据中心领域的相关技术,还是为数据中心用户提供各种IT服务,全局视野一直是IBM所特别强调的。此次高峰论坛上,Roger展示了IBM为数据中心用户所制定的IT基础设施能效战略(图1)。该图清晰地显示IBM倡导,并能够帮助用户从数据中心整合、虚拟化、应用整合、更先进的冷却技术等多个角度入手去提高数据中心能效。

不过,Roger主要研究冷却系统,如风扇,或液压冷却中所使用的水泵、压缩机等。但就冷却而言,Roger表示,IBM也是强调全局冷却设计、多变量设计及多学科设计。他说:“要想降低服务器的能耗,需要了解服务器里处理器、内存、风扇等每个元件的运行情况,综合考虑,才能设计出具有最佳性能功耗比的服务器。”[page] 实现精细化运营

要想建立一个高能效数据中心,就必须要掌握数据中心的实际表现,做到精细化运营。这意味着,数据中心运维人员要能够对数据中心各系统的用电量进行精确计量,对湿度和温度等微环境进行监测、自动分析;能够通过“设备联动控制”自动处理异常情况,设置各种节能运行模式;能够实时了解能耗情况,按类监测;能够了解数据中心设备运行情况,等等。

无疑,精细化运营需要借助各种工具。IBM也为此提供了iPDU(智能电源分配单元)、MMT(Mobile Measurement Technology)、AEM(能源管理器)等多种软硬件工具,帮助数据中心运维人员对数据中心能耗进行实时监测与改进。

Roger尤其介绍了MMT。MMT是IBM自主开发的用于数据中心环境监测的技术,如今已经发展到第二代。MMT通过部署大量传感器对温度、湿度、压力、流量等进行监测,并可以提供空调、能效、资产管理、配电、电池、消防监控,提供漏水探测等,它的核心是将测量、建模分析和管理这三个传统意义上相对独立的部分,有机地结合成为一个整体,形成一个良性的控制循环回路。

当记者询问一个数据中心需要多少传感器才合适,Roger坦率地回答说:“如果只是用于监测温度和湿度,那么传感器的部署位置和数量,我们都有明确的经验值,唯独如何部署用于监测设备腐蚀情况的传感器,还有待继续研究。”不过,Roger坦承,对腐蚀情况的监测与防护正变得越来越重要,因为欧盟电气电子设备废弃物指令(WEEE)和危险物限制指令(RoHS)已经禁止在电子产品焊料中使用铅,而采用银焊料替代,但银易与硫化物(例如烟雾)和氯化物(例如海水)起反应,从而造成IT设备的故障率增加。所以,IBM也正加强这方面的研究。

此外,Roger表示,根据美国采暖、制冷与空调工程师协会(ASHRAE)为空气冷却IT设备制定的焓湿图,冷通道的入口温度已经拉宽到5摄氏度~45摄氏度,实际上,提高数据中心温度以降低能耗确实是当前的一个趋势,一些服务器厂商已经开始推出更耐高温的服务器。而Roger的目标,不仅是帮助IBM研发适应新标准的IT设备,还希望能更进一步放宽设备对数据中心温湿度的要求。[page] 积极采纳各种节能技术

令数据中心变得更加的技术很多,如水冷、自然空气冷却、气流遏制、直流供电、利用太阳能、风能等各种可再生能源等等,不过,在这些方案中,技术相对成熟、效率明显,且容易部署和使用的当属水冷技术。

一升水吸收的热量约比同体积的空气高4000倍,因此水冷的效率高是公认的事实。“对于设备制造商而言,水冷带来的问题主要是复杂性问题,但是IBM研究和使用水冷技术已经近几十年,一些早期的主机都是使用水冷系统,这方面的技术已经比较成熟,用户不用为此紧张。” Roger说。

在IBM工作了35年的Roger R.Schmidt博士拥有超过三十年IBM大型计算机散热设计及工程管理经验,如今,他不仅是IBM研究院院士、IBM技术研究院成员,还是美国国家工程院成员,以及美国机械工程师协会(ASME)资深会员。

作为水冷技术的倡导者,IBM在水冷技术上的研发一直处于比较领先的地位。例如,IBM已开发出在芯片背部直接水冷的解决方案。我们知道,芯片是热能密度最高的组件,目前芯片一般采用大面积铜板由背面散热,而IBM能做到让水流穿过芯片背部的细微通道,从而带走热量。IBM为瑞士苏黎世联邦技术学院部署的Aquasar计算机系统,就是采用了芯片级水冷技术,并且,在这个案例中,数据中心产生的废热直接为附近的办公楼进行供暖,从而使该办公楼供暖系统的碳排放量减少85%。

又例如,IBM今年推出了业界首个采用温水冷却的服务器iDataPlex dx360 M4。Roger表示,在iDataPlex dx360 M4中,温水冷却节点的热回收率为90%,其中,每个节点的入水口温度为18摄氏度~45摄氏度,每分钟入水0.5升,而且由于没有风扇,每个节点比气冷节点约节省5%~7%的电量。据悉,德国的莱布尼茨超级计算中心已经采用iDataPlex dx360 M4来提供超算服务。[page] 对于一般的数据中心用户,Roger表示可以采用IBM的冷水背门散热系统RDHx,即水冷背板。据介绍,该水冷背板最高可带走33KW热量,无须插电,无任何主动元件或风扇,无任何电性接口,每机柜安装仅需55分钟,与传统的精密空调相比,可节省60%的用电量。当然,用户完全可以在数据中心里采用水冷背板与传统精密空调相结合的方式。

除了水冷,Roger比较推荐的还有气流遏制。气流遏制目的是分离数据中心中的冷热气流,以消除混合气流导致的能源浪费。“具体而言,气流遏制有不少好处,例如,增加盘管容量,提高与维护相关的回水温度;有机会在制冷过程中提供温度;消除导致相关区域风扇电力立即降低的热点,等等。总之,相关数据表明,数据中心气流遏制能减少能耗多达30%。”他说。

此外,Roger还透露,他们还在进行各种各样颇有意思的绿色数据中心项目。例如,在与美国纽约州立大学合作的数据中心项目中研究如何使用天然气发电、水冷制冷和余热利用。在印度开展直流供电、太阳能供电技术的研究,等等。这些实验性质的研究项目都将推动绿色技术的进一步发展。

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