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取瓢东江水 “浇”出我国最节能数据中心

日期:2019-02-01 09:41:33     西安商网    编辑:何兰兰
导读:湖南,郴州资兴市,有一个美丽的“地上水库”——东江湖。这里独特小气候环境形成的“雾漫小东江”等奇景,吸引着世界各地的摄影爱好者。
  原标题:取瓢东江水 “浇”出我国最节能数据中心

  湖南,郴州资兴市,有一个美丽的“地上水库”——东江湖。这里独特小气候环境形成的“雾漫小东江”等奇景,吸引着世界各地的摄影爱好者。

  产好鱼、有美景的东江湖,近两年又给人们带来了新惊喜:“养”出了我国最节能的数据中心。

  “我们用东江湖水作为冷源,采用与湖南大学联合研发的‘热管高效换热技术’,降低数据中心在散热上的能耗,PUE(能源效率指标)控制在1.05—1.16范围内。目前,东江湖大数据中心能耗和运行成本可降低40%左右,是全国最节能的数据中心之一。”长沙麦融高科股份有限公司董事长、首席专家廖曙光对科技日报记者说。

  悠悠东江水 带走数据中心热量

  “互联网+”和大数据技术的迅猛发展,让承担技术发展的基础设施大数据中心,变得越来越庞大,所对应的能耗也逐年骤增。数据中心能耗,主要来自IT设备运行及设备散热这两大部分。其中,用于散热的冷却系统能耗,占到了机房总能耗的30%—50%。

  在业内,有一种衡量能源使用效率的指标,即PUE。这一数值越接近1,则代表着散热的能耗越低,也就越节能。在我国,数据中心的平均PUE值徘徊于2.0—3.0,远高于发达国家。

  “衡量数据中心运转水平的指标,有服务范围、运算速度、存储可靠性等。要优化这些指标并不算难。但要降低散热能耗,却是大难题。”数据中心运营维护方、湖南云巢信息科技有限公司董事长雷建军说。

  除了数据中心诸多设备散热难,随着计算机技术的发展,CPU体积越来越小、热密度越来越高,也极易因过热引起“热失效”,造成机器宕机。高效散热,也是CPU技术亟须解决的瓶颈难题。

  如何破?业内刮起了“自然风”。利用自然冷源,如空气、水等,冷却数据中心系统,能耗低、能源利用效率高,广受欧美等发达国家的关注。雅虎“鸡窝”式数据中心、Facebook的数据中心和微软柏林等地的数据中心,均直接利用了室外空气对服务器进行冷却。谷歌比利时数据中心则利用运河水带走服务器热量,PUE值在1.1到1.3之间。

  受此启发,东江湖不可复制的冷水资源被团队“瞄”上了。东江湖水面面积160平方公里,正常蓄水量81.2亿立方米,其下游的小东江水温常年保持在8—13℃,水质清澈,年径流量达15亿立方米。

  根据对东江湖历年水位和水温的调查,及实地考察,专家推算出,在东江湖可利用自然冷源的时间,有望占据数据中心总运行时间的99%,能大幅降低数据中心能源消耗和运行成本。

  2016年4月,东江湖大数据产业园建设启动。麦融高科股份有限公司成为了数据中心冷却技术的系统集成、产品技术、工程技术实施者。一年后的6月下旬,自带“冷库”的东江湖大数据中心开业,年均PUE值控制在1.15以内,年节约用电5000万度以上。资兴市政府相关负责人表示,预计整个东江湖大数据产业园投入运营后,年节约用电量有望高达50亿度。

  巧“取”豪“夺” 最节能数据中心这样炼成

  听起来“轻松”的方案,实施起来,却依靠着团队的巧“取”豪“夺”,才最终成就了这座中国最节能的数据中心。

  取水,是第一个技术活。湖南大学教授张泉介绍,取水点选在离东江湖发电水坝大约10公里的位置。从水坝流出,到取水点,水温稳定在12摄氏度左右。“水坝深水区水温在4—5摄氏度左右,但基于在散热过程中不产生冷凝水的需求,选择了12摄氏度水温点取水。”同时,在分析了东江湖20年左右的水文资料后,进行了取水点的“蓄水房”的判断定位,以确保取水成功。

  张泉透露,为数据中心散热,节能是目标,但安全却是第一要务。“每宕机一次,按全球造成的损失赔偿平均价格看,在240万美元左右。数据中心必须确保24小时不间断工作。”

  怎么办?必须有“备胎”。团队准备了“双电源”备用,并搭配了蓄电电池、柴油机发电,及两个可储存360立方水的蓄冷罐,多“备胎”确保数据中心不宕机。

  此外,他们还将来自航空航天的热管技术“移植”到数据中心,用于热交换。别看热管技术早在上世纪就有,可在具体应用时,工质的“配方”、热管结构等,都属于“秘方”级技术。最终,数据中心充分利用了微通道热管的高效潜热换热进行机柜冷却,常年可实现无动力运行。运行中,还实现了无冷冻水进入机房,大大降低了冷冻水可能带来的泄漏等安全隐患,提高了服务机架的利用率。

  廖曙光总结,团队为项目规划了两套制冷系统:一套为湖水直供系统,深层湖水经换热器制取冷冻水为服务器降温,换热后的湖水经密闭管道排放至东江湖下游,全程对湖水水质无影响。另一套为集中式冷冻水系统,配置4台高压离心式水冷机组及配套设施作为备用, “我们致力于打造赶超世界先进水平的数据中心。”他说。

  “一般数据中心PUE值能做到1.5,就很不错。东江湖数据中心的PUE值保持在1.05至1.16之间。”雷建军说。截至目前,数据中心共有350个机柜、3000多个服务器运行,比采用空调制冷的普通数据中心节能高达30%以上。

  热管技术为核心 将精准降温进行到底

  安全可靠节能,东江湖数据中心获得了国家最高等级的A级机房认证,成为了我国最绿色节能的互联网数据中心。该节能案例,还被写入了我国首部数据中心节能技术教材——《数据中心节能技术与应用》。

  然而,这只是起点。麦融高科股份有限公司和湖南大学的联合团队,还有着更多的梦想:要以热管技术为核心,不断衍生出新生代技术和产品。

  目前,团队正着力研发“靶向冷却技术”。该技术可改变以往对房间级制冷、行间级制冷的“套路”,直接瞄准“元件级制冷”,对需要冷却的芯片等核心元件进行精准制冷。这一研究,已获国家重点研发计划支持,并已在我国超级计算原型机上进行了“初体验”。

  针对集中蓄冷,存在的占用面积大等问题,团队则拟利用相变储能材料,结合三元双向换热技术,研究分布式蓄冷产品和系统。

  “热管技术早在上世纪就有了。但仍有很多核心技术需进行深入研究。我们在进行理论研究的同时,还在进行大量的实验认证,解决这些技术在应用上的关键难点。”廖曙光说。

  来源:科技日报(俞慧友)


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