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提高数据中心的功率密度
  • 对于抵制外包到云的诱惑的企业来说,在面对预算压力、不断增长的需求和有限的资源(如:地板空间)时,数据中心的设计和经营决策是非常困难的。
  • 对于抵制外包到云的诱惑的企业来说,在面对预算压力、不断增长的需求和有限的资源(如:地板空间)时,数据中心的设计和经营决策是非常困难的。主机托管提供商在最大限度地发挥他们提供给客户的价值和自己的服务回报方面,面临着类似的挑战。在数据中心设计中的一个重要趋势是提高功率密度。由于空间限制、对更高效的运行的需要,以应对电力需求和成本上升的影响,把更多的资源投入到每个机架是一个明显的解决方案。但是,除了它的好处,提高功率密度使数据中心运营商面临许多挑战,数据中心运营商必须解决这些问题。
      
      功率密度趋势
      
      低功率密度往往等同于效率低下。一般,消耗的IT资源(也许以每秒为单位进行计量,或一些类似的度量)越少,设备必须占有的宝贵的地面空间越多。位于SantaClara的高密度的托管提供商Colovore的CFO和联合创始人BenCoughlin指出:“今天,典型的数据中心客户在每个机架上部署8-12千瓦,尽管在出租的情况,密度的要求是接近20千瓦的密集型的应用(如:大数据分析)并不少见。但是,在海湾地区和在美国的大部分地区,典型的数据中心部署是每个机架4-5千瓦(这是10年前的建造标准)。
      
      在托管空间中,只支持低功率密度是昂贵的,因为租用的机架空间由于缺乏足够的电力,可能无法使用。尽管机架持有大量的设备,但基础设施配套能力不匹配。“客户可以轻松地在他们现有的服务器基础设施中的每个机架上部署8-10千瓦的设备,但因为大多数数据中心建成时,仅支持4-5千瓦,所以,他们只能部署满机架的一半。否则,不能被全部冷却。但他们支付了整个机架的费用,尽管只能够填充它的一半,这是一种浪费。
      
      功率密度的约束之一明显是配电基础设施,包括市政提供的电源和备用设施。对市政提供的每瓦电力,数据中心必须有足够的UPS和柴油发电机,在停电的情况下继续维持运行。当然,除了布线,还有配电装置(PDU)等提供给机架电源的专用设备。Coughlin指出,“大多数的数据中心没有太多的新的电力提供给其设施,所以他们有可能为了获得更多的电力,花了很多钱从市政购买,提供给核心的数据中心基础设施(电气和机械基础设施、发电机、配电设施等)。因此,获得更多的电力和成本是两个重要的变量。”
      
      但也许更迫切需求是冷却:设施所消耗的每瓦电力都会产生余热,必须去除,以维持所需的工作温度。这里可能是更高的密度,尤其是原本没有计划增加密度的设施,面临着最大的挑战。“当你增加了机架的密度,由服务器产生的热量增加了,这需要更多的冷却。”Coughlin说,“制冷基础设施是非常昂贵的,但最大的挑战可能是试图改造老旧的数据中心。这些老旧的数据中心的大多数均建有低矮的天花板,在许多情况下,没有简单的方法来提高密度,这是很难做到的,尤其是还要同时服务客户的情况。
      
      不幸的是,拥有传统数据中心的公司,改造为更高密度的成本意味着其设施没有多大的实际潜力,来扩大他们的计算能力,除了等待摩尔定律带来的改进。但是这种方法需要购买新的IT设备,利用更好的工艺技术以及摩尔定律的不断进步,来获得更高的效率,摩尔定律可能即将结束,也许就在未来的十年左右。Coughlin指出,在这种情况下,提供商不得不让客户租用他们的基础设施的半满的机架。但是,这是不可持续的,随着他们的客户更新他们的服务器,他们最终会用光空间、电力、冷却、或三个全部。
      
      融合基础设施驱动更大的功率密度
      
      推向更高的密度可以被概括为术语融合基础设施:基本上,把更多的计算机资源包装到更小的体积中,可以通过现有的数据中心的趋势,如:虚拟化和使用刀片服务器和微服务器,来实现。融合基础设施对公司的经营效率有一个非常积极的作用,Coughlin说,“因为IT部署的物理尺寸越小,IT经理需要管理的盒子就越少,并且当服务器数量减少了30-50%时,在总功率需求方面,可以获得非常有意义的节约。
      
      这种方法旨在通过提高在机架级的电源,降低数据中心总功率(其中有一个双重的好处,因为它也降低了冷却需求)。“其实,在每一个服务器的基础上,电力需求大大增加,但总体而言,总功率可以下降,因为需要更少的服务器。这是高密度数据中心变得如此重要的确切原因,这是融合基础设施的关键。每个机架500瓦到1千瓦,可以轻松地安置今天的服务器!
      
      更高的密度=冷却问题
      
      当然,通过高密度得到更高的效率,每个人都在恶补他们的机架,挂满了尽可能多的设备,尽可能减少投资、占地空间和管理难题。但就像每一个好东西一样,需要一个权衡:在这种情况下,就是上述的冷却问题​​。低密度部署通常是空气冷却,并且在大部分地区,在一年中的一段时间,可以采用自然冷却(部分取决于设备所需的工作条件)。但功率密度上升,空气冷却如果不是不可能的,也是非常昂贵的,令人望而却步。
      
      应对产热的解决方案更接近于点源,而不是均匀分布,提供直接的冷却源:无论是机架、服务器,还是处理器。“在服务器芯片级的处理能力似乎在持续增加,但如果它们增加的太多,在某些时候,它们需要立即在内部冷却,或在服务器附近冷却。”空气冷却到一个点可能仍然不够,但水(或其它液体)可以提供更大的冷却能力,但是,在基础设施实施中,比较困难,如:需要隔离(水+电子元件=不好)。
      
      部署的水基冷却液可能会产生问题,特别是对于使用年限较长的数据中心来说,必须改造现有的基础设施。但是,可以用新的设施,来支持增长的功率密度的情况,允许水被传送到需要它的地方,进行冷却,而不是试图让整个房间都保持足够低的温度,来确保服务器周围的空间是足够冷的。像冷热通道围挡的做法可以采用空气冷却,有一些回旋的余地,但它们有很大的局限性。最终,密度应该会变得足够高,浸泡技术有可能成为必要。目前,有些公司提供的产品,涉及到把服务器浸泡在不导电的液体中,或有管道液体进入到服务器机箱内。
      
      高密度的回报
      
      对于客户,无论他们是托管客户端,还是干脆就是公司经营的数据中心,高密度提供了重要的和丰厚的总拥有成本(TCO)利润回报。在为托管客户带来好处方面,Coughlin说,“当一家公司可以把其IT基础设施整合到虚拟化刀片服务器时,可以立即节省20%至30%多的经营成本,传统的部署是每个机架4-5千瓦。这很可能是由于每月机柜容纳服务器减少,以及减少了交*连接和机架顶部开关而降低了成本,带来的节省。”对于这两种托管客户和数据中心运营商来说,这意味着可以进一步扩大现有机架的可用空间,避免建造新的数据中心的麻烦和费用,回报不仅仅是直接的成本节约。
      
      在要保持自己经营数据中心或走托管路线的公司中,随着能源价格和IT服务需求的不断增长,需要提高效率和节省地面和机架空间。因此,高密度是趋势,但它也是挑战:把更多的容量包装到机架上,需要部署配电和备份基础设施来提供支持,同时也需要冷却能力来保持运行温度。虽然液体冷却在数据中心中,可能还不是一个普遍的趋势,但它会变得更加普遍,来满足功率密度的要求,因为空气冷却变得不太实用和实惠。然而,不管从空气冷却转变到液体冷却的时间是怎样,功率密度将继续攀升,因为公司试图最大限度地利用自己的资源。

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