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热水冷却 图解IBM绿色节能数据中心

尽量节省能源,并且更有效地利用计算机:这是IBM位于纽约州波基普西的研究实验室遵循的两大准则。这些准则既适用于IBM部署到数据中心的硬件设备,又适用于硬件设备的配套基础设施。该公司希望,结果就是打造既节省能源又节省资金的数据中心;它在探究似乎每一条切实可行的途径,以实现其目标。

作者:布加迪编译来源:51CTO|2012-12-06 14:25

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企业如何让自己的数据中心更顺畅地运行,同时又节省资金?在IBM位于纽约州北部地区的研究实验室和数据中心,IBM人员最关注的是这三个方面:能源效率、监控和利用率。

尽量节省能源,并且更有效地利用计算机:这是IBM位于纽约州波基普西的研究实验室遵循的两大准则。

这些准则既适用于IBM部署到数据中心的硬件设备,又适用于硬件设备的配套基础设施。该公司希望,结果就是打造既节省能源又节省资金的数据中心;它在探究似乎每一条切实可行的途径,以实现其目标。

IBM研究员兼负责数据中心能源效率的首席工程师罗杰·施密特(Roger Schmidt)说:“如果你看一下表明数据中心中使用了多少能源的饼状图,就会发现大概一半能源用于基础设施,另一半用于IT系统。这不是什么好事。完成工作的是IT系统,不是吗?所以,你希望让基础设施消耗的这部分能源尽可能少。我们正在努力把设备更紧密地与自然环境结合起来,那样我们就能节省能源。”

对IBM来说,这意味着重点关注两个方面:空气冷却和水冷却。这在这家公司建在波基普西的“绿色节能数据中心”(见上图)体现得尤为明显:该数据中心一侧采用空气冷却,另一侧采用水冷却。

机房的空气冷却一侧依靠像打开窗户这么简单的原则。施密特说:“机房外面很冷,”他手指着覆盖IBM停车场大片平地的暴风雪。“只要打开这些窗户。我们干嘛不这么做呢?”他表示,事实上,业界正在这么做:使用自然环境的空气来冷却数据中心的设备。好处就是,可以关掉空调系统,从而省电、减少碳排放量。

当然,不是每一个数据中心都可能建在气候寒冷的地方。施密特说:“延迟或延误是个问题。许多公司不得不把数据中心建在靠近工作场所的地方,而且是建在本国内。”比如说,出于保护数据方面的考虑,有些地方要求数据不得离开本国。

但即使公司位于气候较暖和的地方,其数据中心仍可以充分利用周边环境,一方面是由于业界正在摈弃这种概念:数据中心必须保持相当低的温度。施密特表示,IBM设计的芯片在高达85摄氏度的环境下也可以正常工作。只要将设备控制在这个温度以下,芯片应该可以顺畅运行。

因此,你可以使用环境温度下的外面的水来冷却数据中心,由此带来了看似矛盾的“热水冷却”概念。施密特说:“就像空气冷却……我们干嘛不利用外面的水来冷却呢?”当然优点在于,如果你能够利用环境温度下的水,就可以不必先耗费能源来冷却了。

这家公司的X系列大型机有些采用了内置的水冷却技术,水温是45摄氏度;IBM正努力把用于冷却的水温提到更高的温度:65摄氏度左右。“我们一直在谈论使用水来冷却芯片,水流经系统,出来时温度更高,也许有70摄氏度。我们利用这更热的水为建筑物和城镇的中央配热系统供暖,”施密特说。“大家对此颇有兴趣,因为我们从来没有真正能够解决数据中心的废热问题。所以,现在我们使用更热的水,我们可以将这废热变废为宝。”

这个原则如上图所示:左边表盘显示了从哈得逊河进来的就在IBM工厂外面的水的温度。右边表盘显示了出来后的已从数据中心收集废热的水的温度。

上图是IBM建在波基普西的数据中心的水冷却系统。

绿色节能数据中心是一套投入使用的设施,为IBM的客户和蓝色巨人自己处理工作。

三年前,该数据中心的可用场地快没了,还遇到了冷却问题。于是,IBM召集一批设计人员为场地重新建模,而不是新建数据中心,并且在此过程中设立了一个展厅,旨在着重展示数据中心的最佳实践。

IBM采取的措施有些科技含量实在很低:比如说,管道周围的刷子可以防止空气逸散;易弯曲的地板下管道意味着,可以随时改变水冷却系统的布局;针对空气冷却一侧和水冷却一侧的地板上通风口大小不一,可以根据需要,加大通风量。

后面的机房有一个变电所,不用转换,就可以将直流电直接输送到设备。施密特说:“业界在进行激烈讨论:我们为什么需要所有这些转换路径:直流电转换成交流电,再由交流电转换成直流电?”每次转换过程都会导致能源损耗,所以直接将直流电输送到数据中心避免了这种损耗。“我们现在的一些高端系统已通过认证,可以直接使用直流电。”

机柜都配有后门热交换器,可以吸入服务器排出来的热废气,然后再以冷空气的形式排出去。IBM声称,这项技术可以吸走整个机架多达60%的废热。该公司拥有这项技术的知识产权。

这些变化带来的结果是,数据中心的电力使用效率(PUE)达到了1.27,IBM的投入在短短10个月内就带来了回报。

上图:IBM的绿色节能数据中心在地板下布得很整齐的线缆让空气得以顺畅地流动。

据施密特声称,IBM还在考虑其他类型的冷却方法:它在考虑使用由合作伙伴开发的一种新型风扇(这种风扇原本是为军方开发的),性能可以提升50%左右,噪音则可以降低30%左右。

降噪性能变得越来越重要,因为风扇会产生很大的噪音——而噪音过大,不符合一些地方(如欧洲)为工作场所制定的法规。

施密特表示,更多现有的技术包括这种想法:把IT设备浸泡在一种特殊的液体中。“业界在谈论把整个系统浸泡在装有电介质液的池中。我们在实验室开展这方面的几个项目。”

处理好数据中心的基础设施是主要工作,但这需要结合更有效的监控机制。

为此,IBM开发出了测量和管理技术(MMT),以便更好地了解其数据中心的用电情况。自然而然,现在IBM将这项技术提供给了客户。

MMT分为手动版和自动版——上图是手动制导的传感器推车,它负责收集从遍布机房的传感器发来的数据,生成三维热图。

施密特说:“测量冷却器的用电量、测量冷却塔的用电量,测量水泵的用电量,测量IT系统的用电量,然后做成图表。”

在机房一角,一排显示器显示了从机房的众多传感器收集而来的一组数据,这些数据经过了IBM的Tivoli软件的处理。

施密特表示,监控机制可以将数据中心的能源节省20%左右。

但是即使冷却技术方面的进步和更有效的监测机制共同造就更高效的数据中心,但有个方面要注意:用电量只会越来越大。施密特说:“即使每瓦特性能大幅提升了,客户还是在购买越来越多的设备。他们无法获得足够大的电量。”(从工作文档到家庭照片和视频,我们喜欢存储一切内容的做法只会增加用电负荷。)

施密特认为,为了跟上需求的步伐,设备的利用率必须有所提高。他以不起眼的笔记本电脑为例:任务管理器(Task Manager)会告诉你系统的利用率有多高,而利用率通常只有百分之几。施密特说:“但是用电量却是最大功率,这纯属浪费。所以现在大家致力于提升性能。如果你使用这样的性能,又不需要最大功率,就可以开始关闭系统,或者让系统处于睡眠模式。”

就数据中心而言,目的是将利用率提升至高达50%。

虽然能源效率、监控和利用率仍是IBM打造绿色节能数据中心的成功秘诀,但是施密特会继续考虑改进IT冷却技术。IBM采用水冷却技术的做法可以一路追溯到1964年,该公司仍乐此不疲:“我不认为我们偏离了这种方法,但是我们也在考虑其他技术,以免我们错失了一些好的技术,”他说。

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