創(chuàng)新引領英特爾下一代數(shù)據中心建設
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隨著IT技術的不斷發(fā)展，以及業(yè)務與IT日益密切的聯(lián)系，當前的數(shù)據中心正面臨著成本、整合、能源管理等一系列挑戰(zhàn)，并正在經歷著巨大的轉變。在下一代數(shù)據中心建設方面，英特爾公司持續(xù)創(chuàng)新，用多年積極的探索取得了很多經驗。
行之有效的方法：虛擬化
采用虛擬化技術，是減少整體IT能耗的好方法。傳統(tǒng)的數(shù)據中心應用物理服務器平均使用率在10%，采用了虛擬化和云計算以后，數(shù)據中心整體的IT的效率能夠提高很多。通過上述手段，英特爾與2005年相比，每年數(shù)據中心所用的服務器的支出下降了9000萬美元，也即高達50%。
對于數(shù)據中心布局的優(yōu)化:
除了虛擬化以外，英特爾對于數(shù)據中心的建設還有很多其他探索。比如傳統(tǒng)的數(shù)據中心的散熱使用空調模式，冷熱通道沒有封閉，該模式通常實現(xiàn)的是2到4個千瓦的每個機架的應用。
現(xiàn)在開始進入云計算以后，所有的服務器，包括一些刀片式服務器，應用密度變得非常高，所以對提高散熱效率最好的方法是采用冷熱通道分離，然后同時封閉冷熱通道，如果更高一級，則需要更嚴密的封閉防止冷熱空氣的混合，比如用煙囪式機柜這樣更嚴密的封閉方式。
進一步降低能耗的非傳統(tǒng)方法
封閉冷熱通道以后有會有什么好處？好處在于可以提高整體的空調的效率。英特爾采用了用封閉冷熱通道，然后盡可能提高回風溫度的方法，實現(xiàn)了冷水機整體能效比系數(shù)從0.927提高到1.02，也即提高10%。
冷卻水 | 冷凍水出水溫度?C | 7 | 8 | 9 | 10 |
進水溫度 | |||||
?C | |||||
24 | 制冷量系數(shù) | 1.029 | 1.054 | 1.078 | 1.103 |
壓縮機輸入功率系數(shù) | 0.841 | 0.837 | 0.832 | 0.827 | |
能效比調整系數(shù) | 1.22354 | 1.25926 | 1.29567 | 1.33374 | |
27 | 制冷量系數(shù) | 1.015 | 1.04 | 1.066 | 1.091 |
壓縮機輸入功率系數(shù) | 0.918 | 0.914 | 0.909 | 0.905 | |
能效比調整系數(shù) | 1.10566 | 1.13786 | 1.17272 | 1.20553 | |
30 | 制冷量系數(shù) | 1 | 1.026 | 1.052 | 1.079 |
壓縮機輸入功率系數(shù) | 1 | 0.996 | 0.993 | 0.989 | |
能效比調整系數(shù) | 1 | 1.03012 | 1.05942 | 1.091 | |
32 | 制冷量系數(shù) | 0.99 | 1.016 | 1.043 | 1.069 |
壓縮機輸入功率系數(shù) | 1.068 | 1.055 | 1.052 | 1.048 | |
能效比調整系數(shù) | 0.92697 | 0.96303 | 0.99145 | 1.02004 |
在冷凝溫度不同的情況下，如果繼續(xù)提高水，或者每個冷所需要的千瓦時的一個對比，那么從7度到10度的時候，還是有一個10%的提升。到了12度會達到20%的提升，同時，很好的隔離冷熱通道，取得高的回風溫度，可以增加服務器的前后端溫度差，這能在相同熱負荷的情況下，減少風量，同時也可以減少風機風量和轉速，風機的功耗它根據的轉速比值是一個立方的關系，當風機轉速降低一半的時候，它的功耗只相相當于原來的八分之一；提高回風溫度，可以隨之提高水溫，通過加大進出空調機組的溫度差，還可以減少水泵的消耗功率，并能極大的延長自然冷卻的時間。（但是這個方法并不適于風冷型的散熱系統(tǒng)，也即就是直接蒸發(fā)式的DX系統(tǒng)，因為這種直接蒸發(fā)式的系統(tǒng)，提高回風溫度可以適當?shù)靥岣邏嚎s機的工作效率，但是由于過高的回風溫度，可以引起壓縮機長時間的高壓的運行，反而容易出故障。）
采用自然冷卻技術：
在節(jié)能方面英特爾還考慮盡可能地利用自然冷源，在全球適合自然冷卻的區(qū)域，都可以用自然冷源對數(shù)據中心進行降溫。比如北京,全年平均氣溫在16°C，適合自然冷卻的時間超過40%，今年一直到4月底室外還很冷，這個溫度可以給數(shù)據中心進行自然冷卻。
北京年平均氣溫分布情況
利用室外冷空氣自然冷卻，主要分成兩種形式，
A 間接自然冷卻方式，
間接自然冷卻方式，還分為幾種方式，
1． 目前常用的是冷凍水機房專用空調系統(tǒng)，配合適用于冬季自然冷卻的逆流型大冷卻塔（比夏季工況用冷卻塔容量要大3-4倍，以便盡可能延長自然冷卻的時間），及隔離冷凍水系統(tǒng)及冷卻水系統(tǒng)的板式熱交換器；
Intel Portland 的數(shù)據中心就是采用的這種設計方式。
比如北京，屬于典型的溫帶大陸性氣候，冬夏時間長，且全年大部分時間，空氣干燥，濕球溫度遠低于干球溫度，理想的可以使用自然降溫的市外干球溫度全年平均12度以下的時間可以達到45%，如果使用冷卻塔加板換的方式，更可以利用市外濕球溫度自然冷卻，冷卻塔設計的容量足夠大時，全年自然冷卻的時間更可以達到60%以上；
2．就是用帶有自然冷卻盤管的干冷氣乙二醇方式，它的工作原理是在室內機設計了兩套盤管，一個盤管是氟利昂的，一套盤管是可以走冷凍水的，這套系統(tǒng)它有什么特點呢？就是由于冷凍水系統(tǒng)它前提，是你的數(shù)據中心規(guī)模有足夠大，你可以有條件去設計冷水機組，螺桿機也好，但是如果你要是數(shù)據中心的規(guī)模沒有那么大的話，你設計這套冷凍水系統(tǒng)對于整個數(shù)據中心的投資造價就太高了。
這種方式可以很好的解決這個問題，就是用傳統(tǒng)的機房專用空調，傳統(tǒng)的水冷式的機房專用空調，在它的蒸發(fā)器盤管上，再并一組冷凍水盤管，到了夏天的時候，它是外邊的干式冷卻器是起到一個冷卻水的作用。
到了冬季的時候，它的干冷器就變成產生冷凍水的作用，然后通過兩套兩通閥來調節(jié)水是經過板式熱交換器的冷凝器還是經過冷凍水盤管，這樣的話也可以實現(xiàn)自然冷卻方式，而且這種自然冷卻方式它有一個很大的優(yōu)勢在于它可以混合制冷，就是說在你溫度降的比如說室外溫度比如20度，但是機房回風溫度是在26度的時候，也可以進行自然冷卻，也就是說我的從室外回來的水，可以先經過冷凍水盤管，然后再進行機械冷卻，這樣的話每年的自然冷卻時間，就拿北京來說，可以達到50%甚至于更高的時間，那么可以對于你數(shù)據中心的年平均值來說可以降的很低。（很好的封閉冷熱通道，提高回風溫度，更可以極大的延長了全年自然冷卻的時間）
3. 使用轉輪式熱交換器的形式，
利用轉輪內填料的儲能功能，讓轉輪在兩個封閉的風道內緩慢旋轉，被室外空氣冷卻的填料冷卻室內空氣。Intel協(xié)助KPN在歐洲設計世界上第一個利用轉輪自然冷卻的數(shù)據中心，每年可以節(jié)省8百萬歐元的運行費用。并減少了大量的CO2排放。
按英特爾的經驗，采用自然冷卻的方式，每年北京大概可以達到40%到60%的時間不需要啟動機械制冷。在保障數(shù)據中心相對封閉的環(huán)境下應用間接的自然冷卻，該方式還避免了室外空氣的濕度和潔凈度對于室內的影響。
B .還有一種是直接采用室外新風式的自然冷卻，英特爾在美國新墨西哥州建的數(shù)據中心，就是用的這種方式：它直接把室外的空氣送到室內冷卻。這種方式直接利用了室外空氣，可以在24°C以下的全部時間進行自然冷卻，但是這種室外的空氣，含塵量大，需要復雜的除塵處理，并需要專用的空氣處理機來保證足夠的風量供應，所以也通常不能使用傳統(tǒng)的機房專用空調。同時，這種自然冷卻還面臨著相對濕度很難控制在許可范圍內，因此，對服務器的品質會有更高的要求，不適于對數(shù)據中心可靠性要求特別高的用戶。
無論設計采用何種自然冷卻方式，對于用戶來說除了可以減少運行成本，減少炭的排放以外，投資都會增加70%到100%，但是它的運營成本相對會比較低。每年TCO增長會低于傳統(tǒng)數(shù)據中心的建設。按照英特爾現(xiàn)有數(shù)據中心建設的經驗：如果多投入的錢是在3-5年左右的時間可以通過減少能耗及相關費用的方法收回多投入的話，那么對于數(shù)據中心建設，這種投入非常值得的。
這是全球適合做自然冷卻數(shù)據中心設計的區(qū)域分布分析
可以看出在中國，長江以北的地區(qū)都可以進行采用自然冷卻的方式，來進行未來的數(shù)據中心的設計，比如北京，屬于典型的溫帶大陸性氣候，冬夏時間長，且全年大部分時間，空氣干燥，濕球溫度遠低于干球溫度，理想的可以使用自然降溫的市外干球溫度全年平均12度以下的時間可以達到45%，如果使用冷卻塔加板換的方式，更可以利用市外濕球溫度自然冷卻，冷卻塔設計的容量足夠大時，全年自然冷卻的時間更可以達到60%以上；所以說應用自然冷卻對于英特爾未來的數(shù)據中心是一個很好的解決降低能耗的問題。
目前英特爾還做了一些新的探索，比如英特爾在美國設計了一個實驗機房模型，這個實驗機房模型，英特爾叫雞舍式的數(shù)據中心。雞舍式的數(shù)據中心的設計靈感來自于養(yǎng)雞舍里面大量的雞自身散熱，使得空氣膨脹，空氣膨脹以后產生向上的動力，驅動整個的空氣在房間里面自然流動，而不需要任何機械的幫助。
比如在服務器機柜中，因為服務器發(fā)熱量非常大，英特爾把熱量收集起來，讓進入數(shù)據中心的空氣被這里熱量加熱后自然上升，此時只要蓋一個足夠高的煙囪讓熱空氣往上拔高，帶動空氣流動，完成散熱循環(huán)。用這種方式可以在全年里大部分時間，甚至連風無需開啟，直接靠服務器產生的熱能，由這個熱能產生的動力向外自然散熱。這種散熱方式非常適合與我國的東北大部分地區(qū)。在設計過程中，要注意處理好除塵，維持數(shù)據中心內部含濕量的最低要求。
（根據ASHARE2008的最新報告，影響數(shù)據中心內設備的空氣水含量指標，是絕對濕度，而不是以前強調的相對濕度，只要露點溫度控制在5.5°C以上，數(shù)據中心內的設備都可以保證安全，避免靜電的危害。
參見2008 ASHRAE Environmental Guidelines for Datacom Equipment
-Expanding the Recommended Environmental Envelope-）
英特爾采用高壓直流的設計，把本來要三次的轉換，只用了一次，節(jié)省兩次轉換的能耗。在國內英特爾與一些用戶已經在做一些相關的測試，和應用。一些國內的通訊運營商也在做一些相關的實驗和測試，甚至于已經制訂了數(shù)據中心直流供電的標準。
采用高壓直流供電可以節(jié)省7%左右的配電部分能耗，考慮到這部分能耗還要散熱到數(shù)據中心內，如果節(jié)省下來，將帶來綜合的節(jié)能效果12-15%以上。且能夠節(jié)省數(shù)據中心的占地面積，帶來更多場地利用率。這種技術目前面臨的主要問題是缺少成熟的產業(yè)鏈支持，建設成本還比較高。
目前支持數(shù)據中心運行的兩個主要大的基礎設施能耗的部分，是空調和配電，英特爾都在采取節(jié)能措施和做相應的探索。其實，真正能耗的根源還是在于服務器本身，在未來更長的時間內，英特爾正在做相關的研究探索就是要把服務器的能耗再降低80%！在創(chuàng)新引領之下，未來越來越多的綠色、低碳的數(shù)據中心將在業(yè)界出現(xiàn)。