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数据中心散热与基础环境建设

2008-03-06 11:39:03

    新一代数据中心是当今的热点,无论是资源整合、虚拟化;还是绿色节能、自动化以及安全管理,都是业界津津乐道的话题。

    随着新一代数据中心的建设,网络、服务器、存储等基础设备进一步集中,这就对数据中心的基础环境提出了新的要求。以刀片服务器应用为例,其具有高计算密集度、易部署、好管理、绿色节能等特性,是数据中心建设的上佳选择。但是对于现有的数据中心而言,电力不足、制冷达不到要求,这都困扰着刀片服务器的推广和应用。

    应对电力不足

    以前我们曾经介绍过,现有数据中心的机架或者机柜,其电力配置为10A(安培),满负荷可部署15~16台1U机架式服务器。对于差一些的数据中心,其电力配备就只有6.8A,对于刀片服务器而言。一个满配的刀片服务器,其所需要的电力大约为10A。

    按照数据中心现有的能力计算,10A电力配备显然无法满足更多台刀片服务器部署的需求,电力不足的矛盾非常突出。如何解决供电不足的难题,最容易想到的是从扩容入手。实际上,在数据中心或者是楼宇构建之初,对于电力容量就有一定的测算。如今,增加电力容量,这就需要电力部门进行扩容,并涉及到相应的线路、开关等设备的改造,其所牵涉的因素很多,受制约的因素也很多。

    对于现有用电情况进行合理调整,是应对电力不足的另外一个解决办法。据惠普全球IT科技服务部总经理潘家驰介绍,通过采用一套称之为“适应性数据高可用管理(Adaptive Data Availability Management,ADAM)”的方案工具,他们对现有一些企业的数据中心进行监控,结果发现,10%左右的电力能耗用于灯光照明等,而用于IT设备的电力消耗大约只有30%,其余大量的电力消耗在制冷,也就是说,运营管理的成本已经大大超过了设备的实际使用成本。通过合理的布局,以及科学的热力模型设计,将可以大大降低运营维护设备的电力消耗,有效缓解电力不足的矛盾。

    从机柜入手

    空调制冷成本的居高不下,与机架/机柜以及散热模型的设计有关。据了解,很多机房的空调温度很低,夏日里,人在机房中都需要穿很厚的衣服。其原因,机房是按照最高散热需求的设备设定空调温度的,这种粗放的管理,必然导致能效的降低。

    机房散热的效果,与机柜选择以及机柜的摆放密切相关。有关机柜很容易被忽略。在一次采访中,某电力机房的管理员表示,企业的IT预算有限,很难说服企业领导,支付超过一万元来购买机柜,在有些领导眼里,机房机柜与家庭生活中的家具也没有多大区别,能省就省。为了追求美观气派,很多机柜都采用玻璃门,导致机器设备的散热效果不佳,故障频繁发生。

    目前液冷(或称水冷)机柜是讨论最多的话题,更准确的描述是采用液冷门的机柜。这种液冷门可以提供更好散热能力。据泛达公司产品技术经理王剑春介绍,普通的风冷设备大概可以支持5kw(千瓦)的散热需求,采用液冷门则可以提高到25kw~35kw。此外,与风冷方式相比,液冷的热交换方式更加容易控制,减少了热气流的干扰,效率更高。

    王剑春表示,以泛达公司的NetAccess机柜为例,其水冷门系统采用单独的循环系统,采用冷水(Chill Water)作为制冷剂,一台分布式压缩主机CDU(Cooling Distribution Unit)一般能够提供120KW到150KW的制冷量(个别产品最大能够提供300KW),即一台CDU能够控制最多六个水冷门机柜,CDU和每台机柜之间各有两根水管连接。CDU施工并不复杂,只是要注意在弯曲处安装防漏装置,要求与强电电源线保持一定距离。采用这种水冷门系统,为局部高密度的服务器散热问题提供了一个非常有效的解决方案。

    对于液冷的担心

    对于液冷门系统,强生公司中国区企业计算经理蒙伟表示,他们不会采用类似的系统。最近,强生公司刚刚完成了一个大的数据中心项目的建设,通过构建2~3个数据中心,为强生在亚太地区14个国家和地区的生产厂、销售分支机构提供全方位的IT服务,其中包括ERP服务在内。通过这种集中化的数据中心整合,强生改变了以往IT分散部署的方式,企业管理水平得到了进一步提升。据蒙伟介绍,在数据中心构建的过程中,他们用到了安腾服务器,也用到了刀片服务器。其中刀片服务器在应用整合、绿色节能等方面的确具有优异的表现。有关散热的问题,从应用结果看,刀片服务器自身的散热能力已经可以满足需要。对于采用液冷门散热的方式,他们非常担心水的泄漏。

    中金数据系统有限公司市场经理张松与蒙伟持有相同的观点。目前中金数据在北京、上海、华南、烟台四个核心节点构建了大规模的数据中心,并在西部构建了远程备份中心。依托这些数据中心,中金数据为金融等国内大型企业提供第三方外包数据中心服务,在国内金融行业具有广泛知名度。张松表示,其数据中心机房构建是完全无水环境的,即便所用的水冷式空调系统,其水循环的部分全部隔离在机房之外,机房环境一滴水都没有。这样做的目的就是要保证机房环境的绝对安全。

    专业机房服务提供商对于水冷门系统也是持有一种观望的态度。北京创赢科技公司薄英雪表示,他们在向用户推荐方案的时候,不会推荐水冷门系统,其一对于大多数北方的用户而言,没有必要采用水冷系统;其二很多用户出于安全的考虑,对于水冷门的认可度还有一个逐步接纳的过程。从创赢科技的角度看,他们会跟踪水冷门系统技术,对于其发展进行跟踪。薄英雪表示,新技术在推广的初期,其售价总是不菲的,因此,目前选择风冷系统还是具有最佳性价比的。

    针对液体泄漏所导致的安全隐患,王剑春表示,这种顾虑源于用户对于水冷门系统缺乏必要的了解。以水为例,它经过了一种特殊的处理,是绝缘的,不导电。此外,可以通过各种监视系统随时对系统进行监控管理,可以做到预防和报警。王剑春表示,目前机房大多数采用空调系统漫散推送冷气的方式,为了使局部高热区域降温,其温度往往需要调得很低,导致数据中心平均PUE(Power Usage Effectiveness,能源利用效率)在2.5以上,国外则在1.7左右,与之相比,国内数据中心环境设施能源消耗已经大大超过IT设备本身。有数据表明,通过使用冷水(Chill Water)循环冷却系统,至少可以提高20%的能源使用效率。

    风冷的对策

    为了控制局部高热区域的散热,除了液冷门系统的方式外,通过增加空调,对于局部区域加压冷空气也是一种常用的方式。传统专业机柜市场厂家,如科士达、图腾、威龙等都具有相应的产品和解决方案。在采访中,科士达产品经理刘尉敏表示,液冷门系统方式是一种高端的应用需求,适合应用在刀片服务器满配的环境条件下,这种情况常常出现在电信运营商等数据中心机房,但是对于大多数的用户而言,并没有这样的应用需求。在此,刘尉敏也提到了成本问题,由于规模的限制,目前液冷门系统的售价还是比较高。与风冷系统方案相比,其售价至少相差一个数量级,对用户来说,这还是一个比较大的投入。

    通过局部增加空调,以及合理的机柜摆放,例如机柜门对门、背对背,令冷热风道交替的方式,也可以达到良好的散热效果。对此,王剑春指出,局部增加空调也存在一定的局限,首先空调系统需要占用必要的物理空间,它需要额外增加一排空调,对于局部高热区域进行面对面的致冷。此外,采用这种方式大约可以增加15kw的致冷能力。超过了这个范围,风冷将无能为力。

    线缆的问题

    刘尉敏指出,对于数据中心建设而言,并非仅是机柜选择这么简单,从电源、到冷却、线缆布局、机架/柜物理结构,再到管理系统、接地等,如今的数据中心机房设计,已经上升到了“环境基础设施”这样的一个高度,需要统筹考虑。在TIA/GIA 942数据中心机房标准中,对此有了更多的规定。据王剑春介绍,由泛达与Cisco、IBM等共同建立的PACT联盟,不断研发新产品,共同参与一些全球行业标准化组织。其产品具有很多独到的功能和特性,经过反复试验的含科学比例孔距(前、后门密集通风网孔的通风面积均大于柜门面积的63%)的前后门设计,可以保持机柜前后冷热气流的畅通。

    王剑春指出,针对高密度核心交换机散热的特殊性,要求交换机的一侧距离机柜边缘有6英寸宽的空间,才能有效保证其良好的气流环境。为此,在机柜设计中,设计有侧出风导流装置,可以有效地保证将其侧出热气流的散出,并导向机柜后部,避免热气流散向机柜内其他方向,这种结构能够有助于使整个机柜,甚至整排机柜和整个机房内形成一个合理的冷热气流的循环。

    此外,线缆也是导致散热效率不高的重要原因。在新的产品设计中,机柜底部可以提供最多达65%面积区域用于地板下方线缆的走线,其机柜顶部装有13块大小不等的挡板可以方便拆卸,可以提供40%的区域面积供上走线系统进线。这种上下走线相结合,使得走线更加完美,制冷效率大大提高。

    编看编想:将欲取之,必先予之

    最近经常看到有关刀片服务器的统计数据,按照Gartner最新的数据,2007年全球服务器销售刀片服务器上升了19.9%,其中,惠普占41.7%,IBM次之,为30.9%,两家公司收入总和近78%。我没有看到有关国内的统计数据,但是可以肯定远不止如此。

    刀片服务器这种快速增长从哪里来?或者说,如何加快刀片服务器的推广和应用?在我看来,所谓将欲取之,必先予之,结合目前国内的现状,我认为推广刀片服务器也应该从应用环境入手,这也是本期选题的出发点。

    从目前国内刀片服务器的应用状况看,高性能计算、网络游戏是刀片服务器的主要买主,以石油勘探为例,其计算密集的特点与刀片服务器非常吻合,而网络游戏,则更可以体现刀片服务器快速部署的特性。但是在这些用户中,他们究竟采用了什么样的散热方式?效率如何?方式选择是否得当?也许这不是用户关注的焦点,也不是刀片服务器自身的问题,但是从专业的角度,应该帮助用户做出合理的选择,理应引起足够的重视。
 

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