數(shù)據(jù)中心空調制冷系統(tǒng)狀態(tài)及發(fā)展趨勢
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2013-12-18 00:00:00
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空調制冷系統(tǒng)是數(shù)據(jù)中心的一個重要組成部分，也是數(shù)據(jù)中心正常運行的重要環(huán)境保證 系統(tǒng)。當代數(shù)據(jù)中心面臨的三個問題：業(yè)務連續(xù)性和災難恢復性的 挑戰(zhàn)；功率密度和熱量管理方面的挑戰(zhàn)；能耗和昂貴運營費用方面的挑戰(zhàn)。這些都與空調 制冷系統(tǒng)有直接的關系。特別是功率密度和熱量管理方面的挑戰(zhàn)，是數(shù)據(jù)中心空調制冷 系統(tǒng)正在發(fā)生重大技術變革的直接驅動因素。至于能耗和昂貴運營費用方面的挑戰(zhàn)，空 調制冷系統(tǒng)則扮演著最重要的角色，數(shù)據(jù)中心基礎設施節(jié)能降耗的70%將來自空調制冷 系統(tǒng)的技術進步。
當前困擾數(shù)據(jù)中心的散熱問題是IT技術進步和需求擴展的必然結果。從長期發(fā)展趨勢 來看，伴隨著IT需求的發(fā)展，供電和散熱問題對數(shù)據(jù)中心發(fā)展的制約將越來越嚴重，解決 這一問題的難度和復雜性也將越來越高，這就是建設新一代數(shù)據(jù)中心無論如何也避不開解決 供電和散熱問題的根本原因。
數(shù)據(jù)中心空調制冷系統(tǒng)從設計理念、技術的革新到新產品的應用，都發(fā)生了革命性的變 化。本章將從傳統(tǒng)制冷系統(tǒng)存在的問題入手，全面介紹當代數(shù)據(jù)中心對制冷系統(tǒng)的要求、新 的制冷設計理念、新的制冷技術，以及先進的設計應用案例。
傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心制冷系統(tǒng)狀態(tài)及發(fā)展趨勢
在當代數(shù)據(jù)中心建設中，為了容納急劇增加的IT設備、提高空間利用率，必須縮小設 備體積、提高計算密度，從而推動了以刀片式服務器為代表的高密度計算的發(fā)展。這不僅要 求更高的供電密度，也大大增加了散熱的難度。應該說，功率密度問題是推動數(shù)據(jù)中心空調 制冷技術進步的最主要的決定性因素。
當代數(shù)據(jù)中心空調制冷系統(tǒng)負載的特點
制冷系統(tǒng)負載是指機房的熱量，具體來說就是熱源，包括產生和傳導熱量的設備、物理 結構和在機房工作的人員等。
功率輸人、熱量輸出是復合熱力學定律的基本事實。在數(shù)據(jù)中心機房中，產生熱量的主 體是設備，特別是IT設備。要規(guī)劃設計好空調制冷系統(tǒng)，首先要了解制冷負載的特點，特 別是IT設備熱量產生和存在的特點，以及對散熱的要求。
當代數(shù)據(jù)中心IT設備熱量產生和散熱要求主要有以下四個特點。
功率密度不斷提高
IT設備和數(shù)據(jù)中心機架功率密度的提高來自兩個方面：一方面是計算機設備的更新?lián)Q 代以及高密度計算機設備的廣泛應用；另一方面是企業(yè)的業(yè)務發(fā)展對數(shù)據(jù)中心資源的要求致 使服務器和存儲設備的數(shù)量大幅度增長。
基于超大規(guī)模集成電路（VLIS)的芯片是現(xiàn)代IT設備最基本的架構，當前VLIS芯片 正根據(jù)摩爾定律揭示的規(guī)律更新?lián)Q代，密度每18〜24個月增加一倍。微處理器的密度和主 頻越來越高，導致發(fā)熱量越來越大。2002年，35〜40W是高端CPU的典型功耗。而現(xiàn)在, 高端CPU的功耗通常是85〜95W，一些高性能處理器的功耗達到130W。近10年來服務器 功耗增加了 15倍，機架的供電密度也提高了 10倍。值得注意的是，應用的增長速度已遠遠 超過了服務器效率和性能的增長速度。因此，近5年來數(shù)據(jù)中心的功耗和密度還會急劇 提高。
2.機架化的配置，使熱量進一步集中
機架化配置就是把設備羅列起來，使可以分散的熱源集中到一點。本書第1章中圖1.3 就顯示了這種趨勢。實際上刀片服務器也是機架式的，截至目前，機架式配置已經(jīng)占據(jù)了機 房IT設備的絕大部分。每個機架安裝的服務器數(shù)量1996年平均7個，到2010年就增加到 20個。在一個一般的數(shù)據(jù)中心中，單機柜設備平均功耗為1〜1.5kW，但在一個機架中配置 了高密度服務器后，最高機柜設備功率密度卻可達到20kW左右。統(tǒng)計數(shù)據(jù)是：數(shù)據(jù)中心的 功率密度平均每年增加15%。在一個高密度的數(shù)據(jù)中心，每個機架的平均功耗在1980〜 1990年是1〜2kW; 1990〜2010年是2〜3kW; 2010年以后，機架功率密度將以更高的 速度進一步提高。
