数据中心冷却策略:水冷与给硬件泡澡

日期: 2013-05-30 作者:Clive Longbottom翻译:徐继军 来源:TechTarget中国 英文

除了前面这些基于空气冷却的方案,另一种方案是,利用水蒸发时的冷却效应构筑绝热冷却系统,参见《数据中心冷却策略:利用空气来保持低温》。     水冷方案在气温较高的地方仍然有效,较高的环境温度正好能用来蒸发冷却器表面的水分,空气流经冷却器时被降温。冷却器将外部空气和数据中心内部隔断,形成2个不同空气区域的冷却系统。 然而,冷却器在室外运作,必须定期清理污物。

另外,空气湿度需要予以控制,以免IT设备产生冷凝结露现象而损坏。     对于那些使用极高密度设备,地理上也属于高温区域的公司来说,直接水冷方案是一个解决问题的办法。IBM在很早就用过水冷,但在他们的Aquasar和LiebnizSuperM……

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除了前面这些基于空气冷却的方案,另一种方案是,利用水蒸发时的冷却效应构筑绝热冷却系统,参见《数据中心冷却策略:利用空气来保持低温》。

    水冷方案在气温较高的地方仍然有效,较高的环境温度正好能用来蒸发冷却器表面的水分,空气流经冷却器时被降温。冷却器将外部空气和数据中心内部隔断,形成2个不同空气区域的冷却系统。 然而,冷却器在室外运作,必须定期清理污物。另外,空气湿度需要予以控制,以免IT设备产生冷凝结露现象而损坏。

    对于那些使用极高密度设备,地理上也属于高温区域的公司来说,直接水冷方案是一个解决问题的办法。IBM在很早就用过水冷,但在他们的Aquasar和LiebnizSuperMUC超级计算机系统中,水冷方案被增强到极致。这套系统解决了在数据中心混合使用水和电器的主要隐患:漏水。系统使用负压来吸水,而不是使用水泵压水。因此,如果有管道破裂,也仅仅是让空气泄漏进入冷却系统,而不是让水泄漏出来进入数据中心。先进的传感器元件用来快速识别发生泄露的部位,模块化的架构使得维修不会影响系统其它区域的正常运行。

    该系统使用热水作为冷却液,这看起来可能很奇怪。但是在这类特殊系统内,超过86华氏度(30摄氏度)的水仍然可以将CPU部件冷却到工作温度;完成冷却循环后,系统出水温度会接近113华氏度(45摄氏度)。较高温度的水联合热交换器可以为建筑的其它部位生产需要的热水。除了可以将直接能耗降低大约40%,这个系统还能长期节约建筑其它部位的热水生产相关的能源消耗。

    给硬件泡澡

    为了实现更彻底的液体冷却,有的系统使用“液体浸泡式”冷却方案。类似Iceotope和Green Revolution Cooling这样的公司提供的系统会将整个服务器——或者其它类似的IT设施——浸泡在不导电但是具备高导热系数的冷却液中,让冷却液有效地带走设备上所有元件产生的热量。 这些液冷系统非常适合具备数百个核心的高密度GPU服务器,或者具备高密度CPU的超级计算系统。这些冷却系统每个单元涉及的冷却需求可以超过100kw,每个系统基本上都是紧贴机架侧面的密闭结构。某些沉浸式冷却系统的冷却液温度会达到140华氏度(60摄氏度)的高温。

    在沉浸式冷却系统中不再需要风扇组件,这也节省了相关的能耗。 由于专用冷却液的吸热性能比空气或者水都要优秀得多,硬件设备可以在更高一些的温度运行,这样也能让冷却液传导出的热量得到更有效的回收和提供给建筑物内需要供热的区域。

    完成数据中心冷却,然后呢?

    前面论述了几种不同的技术原理的冷却系统,分别应用于不同需求的实际环境。但是,建设冷却系统是短期项目,监控数据中心运行的热量流动情况才是长期任务。这也是数据中心基础设施管理系统的(DCIM)用武之地。使用温度传感器和红外探测器可以建立出数据中心的热点分布图。 计算流体动力学可以用来分析新的冷却过程,验证不同的冷媒初始温度怎样用于不同的系统。

    一旦DCIM就绪,持续的冷却效果监控就开始进行,热岛会被快速发现和定位,以便进行后续处理,例如降低负载设备的运行速率、关闭部分过热负载,必要时更换过热设备。在许多情况下,热点分布数据中突然冒出来的热点预示着:该处的设备即将发生故障。 能在故障发生前及早筛查和处理,意味着系统连续运行时间和可用性可以保持在很高的水平。

    全世界有无数的数据中心,变革一直在发生,固守旧的冷却观念,结果必定是劳民伤财。 积极采用新的指导原则和新的方法才能实现更有效的冷却,也能达到更低的投资和运维成本。

作者

Clive Longbottom
Clive Longbottom

数据中心专家,IT研究和分析公司Quocirca的联合创始人兼服务主管,该公司总部设在英国Longbottom,并在该领域拥有超过15年的经验。拥有化学工程背景,他从事工作过自动化,有害物质控制以及文档管理和知识管理项目。

翻译

徐继军
徐继军

TechTarget中国特约作者

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