一種節(jié)能的新結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)中心

文/北京北洋華誠(chéng)新能源科技發(fā)展有限公司 陳慶洪

一、數(shù)據(jù)中心節(jié)能形勢(shì)

隨著大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來(lái)，數(shù)據(jù)中心愈建愈多，愈建愈大。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球正在服務(wù)的服務(wù)器多達(dá)5500萬(wàn)臺(tái)以上，最大的數(shù)據(jù)中心總功率達(dá)到100萬(wàn)千瓦以上。節(jié)能被提上日程。據(jù)2019年工信部、國(guó)家能源局和國(guó)家機(jī)關(guān)事務(wù)管理局三部委聯(lián)合發(fā)出24號(hào)文件要求，新建大型數(shù)據(jù)中心PUE值不高于1.4，改造的數(shù)據(jù)中心PUE值不大于1.8。國(guó)際上在積極探索各種降低數(shù)據(jù)中心PUE值的方法：微軟把服務(wù)器扔到海里，說(shuō)是真正的“水冷”；KOLOS則把全球第二大數(shù)據(jù)中心建在北極圈以北；聯(lián)想為北京大學(xué)建了一個(gè)水冷數(shù)據(jù)中心；許多單位把數(shù)據(jù)中心建在貴陽(yáng)，利用貴陽(yáng)的低溫空氣來(lái)降低PUE值；阿里云在浙江利用水庫(kù)底層的低溫水源做冷源，建造了據(jù)說(shuō)PUE值達(dá)到1.1的數(shù)據(jù)中心。由此可見(jiàn)，節(jié)能是當(dāng)前數(shù)據(jù)中心面臨的重大問(wèn)題。

微軟把服務(wù)器沉到海里

二、新結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)中心

我公司經(jīng)過(guò)多年的研究，發(fā)明了一種節(jié)能的新結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)中心，起名為“北洋云”，其PUE值可輕易做到1.1以下。如果全國(guó)現(xiàn)有數(shù)據(jù)中心按此方法改造，每年可節(jié)電費(fèi)67億元以上。

下面介紹北洋云數(shù)據(jù)中心的結(jié)構(gòu)及節(jié)能原理。

把成千上萬(wàn)臺(tái)服務(wù)器工作時(shí)的熱量帶走是機(jī)房散熱的具體任務(wù)。我們發(fā)明的新的數(shù)據(jù)中心機(jī)房結(jié)構(gòu)——北洋云數(shù)據(jù)中心機(jī)房，其原理是：先用密封機(jī)箱把服務(wù)器保護(hù)起來(lái)，再用風(fēng)扇吹風(fēng)冷卻。自然風(fēng)到處都有，取之不盡，用之不竭，所以比其他任何方法都節(jié)能，做到PUE<1.1。

普通云機(jī)房與北洋云機(jī)房結(jié)構(gòu)對(duì)比圖

普通云的冷卻過(guò)程：

① 經(jīng)過(guò)濾冷卻的冷風(fēng)從進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入機(jī)房；②經(jīng)風(fēng)口進(jìn)入機(jī)箱內(nèi)帶走熱量，同時(shí)留下部分塵土；③流出機(jī)箱；④流出機(jī)房。

北洋云的冷卻過(guò)程：

① 室外空氣經(jīng)過(guò)紗窗被吸入機(jī)房；②經(jīng)風(fēng)扇吹至密封機(jī)箱表面帶走熱量，同時(shí)留下部分塵土在機(jī)箱表面；③被抽風(fēng)機(jī)排出機(jī)房。

從上圖可見(jiàn)：

普通云機(jī)房結(jié)構(gòu)：風(fēng)冷機(jī)箱服務(wù)器+密封機(jī)房。

散熱方式：用空調(diào)（熱泵）把服務(wù)器熱量泵出去。

北洋云機(jī)房結(jié)構(gòu)：密封機(jī)箱服務(wù)器+風(fēng)冷機(jī)房。

散熱方式：用風(fēng)扇+自然風(fēng)把服務(wù)器熱量帶走。

三、北洋云PUE值計(jì)算

以下圖北洋云的一個(gè)機(jī)柜為例，其標(biāo)配是：裝10臺(tái)2U服務(wù)器，每個(gè)機(jī)柜標(biāo)配3臺(tái)50W風(fēng)扇，一個(gè)10W功率的LED照明燈。

主機(jī)總功率：每臺(tái)服務(wù)器500W, 主機(jī)總功率10X500=5000W。

輔機(jī)功率3X50+10=160W。

PUE=5160/5000=1.032。

剩余的0.068（340W）作為機(jī)房排風(fēng)及濕度調(diào)節(jié)、安保系統(tǒng)用。

全國(guó)在使用的服務(wù)器有500萬(wàn)臺(tái)，以平均功率500W/臺(tái)計(jì)，全國(guó)服務(wù)器總功率為500x0.5=250萬(wàn)千瓦。如果PUE值從1.4降為1.1，則：250×0.3×8760=65.7億千瓦時(shí)。如以工業(yè)用電價(jià)1元/度計(jì)，全年可節(jié)省電費(fèi)65.7億元。

北洋云機(jī)房的建設(shè)成本要比普通云低，普通云機(jī)房建設(shè)要100%保供電+100%保供水+空氣過(guò)濾。北洋云機(jī)房建設(shè)只需100%保供電。

四、北洋云實(shí)際運(yùn)營(yíng)測(cè)試數(shù)據(jù)

自冷密封機(jī)箱服務(wù)器實(shí)際工作的溫度測(cè)試：

把1#—6#服務(wù)器放在機(jī)柜上，每臺(tái)服務(wù)器都用魯太師測(cè)試軟件CPU加100%負(fù)載，測(cè)試CPU溫度。結(jié)果如下表：

運(yùn)行中的北洋云機(jī)柜及冷卻風(fēng)扇

服務(wù)器NO 1# 2# 3# 4# 5# 6# 平均機(jī)箱表面溫度 37.4 30.1 35 33.8 37.8 35.7 34.97機(jī)箱內(nèi)氣溫 35.4 31.7 32.8 34.4 35.6 31.8 33.62 CPU溫度 54-55 55-54 58-56 54-55 49-48 53-52室溫(oC) 26 26 26 26 26 26 26開(kāi)機(jī)時(shí)間 1:15:00 1:15:00 1:15:00 1:15:00 1:15:00 1:15:00風(fēng)速（m/s) 2.3 2.4 2.2 2.5 2.2 2.5

1.在2～3m/S風(fēng)速時(shí)，服務(wù)器密封機(jī)箱散熱已能滿足要求。此時(shí)，機(jī)箱內(nèi)空氣溫度在31～36之間，平均33.62oC。機(jī)箱外表面平均溫度35oC左右。而所有CPU溫度都在75oC以下（在100%負(fù)載條件下）。

2.機(jī)箱內(nèi)空氣平均溫度與室溫之間的溫度梯度約為8oC。這說(shuō)明，即使在室外空氣溫度35oC的情況下，機(jī)箱內(nèi)空氣溫度亦只有35+8=43oC<50oC，符合CPU的環(huán)境溫度要求。

因?yàn)樽匀伙L(fēng)隨處可得，使用自然風(fēng)+風(fēng)扇的冷卻方式是最經(jīng)濟(jì)的。

但是，這樣做的前提是必須使用具備散熱功能的密封機(jī)箱，才能避免塵土對(duì)服務(wù)器機(jī)芯的污染。而這正是北洋云所具有的核心技術(shù)。北洋云因?yàn)槭褂昧俗岳涿芊鈾C(jī)箱技術(shù)，確保服務(wù)器機(jī)芯不會(huì)受到自然風(fēng)中所含塵土的污染，節(jié)能效果顯著的自然風(fēng)冷卻技術(shù)才能在數(shù)據(jù)中心機(jī)房中推廣應(yīng)用。

五、電氣固廢大幅度減少，更加環(huán)保

普通云現(xiàn)在流行的使用的各種服務(wù)器都是使用風(fēng)冷機(jī)箱，由于空氣塵土污染，5年折舊報(bào)廢，產(chǎn)生大量電氣固廢，污染環(huán)境。目前全球在用的服務(wù)器有6000萬(wàn)臺(tái)以上，5年折舊報(bào)廢，平均每年產(chǎn)生1200萬(wàn)臺(tái)服務(wù)器固廢。北洋云采用密封機(jī)箱結(jié)構(gòu)，服務(wù)器工作在超凈環(huán)境中，使用壽命可延長(zhǎng)至30年以上。（美國(guó)1979年發(fā)射的旅行者號(hào)航天器，到現(xiàn)在已經(jīng)40年了，它的電腦系統(tǒng)還在工作。）北洋云服務(wù)器的折舊可達(dá)10年以上。所以，北洋云產(chǎn)生的固廢要比普通云減少一半以上，這是北洋云對(duì)環(huán)保的另一種貢獻(xiàn)！

六、機(jī)房空氣含塵量標(biāo)準(zhǔn)要修改

因此，我們?cè)谶@里提出修改標(biāo)準(zhǔn)問(wèn)題。美國(guó)通信行業(yè)協(xié)會(huì) TIA 942數(shù)據(jù)中心通信設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)，中國(guó)國(guó)標(biāo)GB50174-2008中規(guī)定：A級(jí)和B級(jí)主機(jī)房的空氣含塵濃度，在靜態(tài)條件下測(cè)試，每升空氣中大于或等于0.5μm塵粒數(shù)應(yīng)少于18000粒?，F(xiàn)在，這條規(guī)定成了推行以自然風(fēng)冷卻機(jī)房節(jié)能技術(shù)的障礙，所以，建議修改標(biāo)準(zhǔn)。把上述標(biāo)準(zhǔn)從“要求”改為“建議”。或者，干脆取消。這樣，以后設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)中心機(jī)房時(shí)，就可以不考慮機(jī)房空氣過(guò)濾的問(wèn)題，因而可以節(jié)省大量投資。