正文 數據中心 節電有奇招(3 / 3)

2009年推出了一種新的數據中心設備,可以將1.3萬伏交流電直接轉換成575伏直流電,然後直流電可以直接配送到機架,最後降壓轉換器再把575伏直流電變成48伏直流電,供機架裏麵的服務器使用。每次轉換的效率比原有的交流電變壓器技術大約高出一倍,散熱量也低得多。有廠商聲稱,算上電力和冷卻兩方麵的節省,最多可以節能50%,但大多數專家表示節能25%比較可信。

這個方法不需要在新技術方麵投入什麼資金,涉及的技術也並不複雜,而且被證明很可靠。一個潛在的隱性成本是,需要更粗的銅纜來配送48伏直流電。焦耳定律表明,由於電流強度更高,更低電壓需要更粗的導體來輸送與更高電壓一樣大的電力。數據中心方麵的另一個成本因素是,與交流電相比,直流電遠距離配送時,電壓下降幅度較大(每100英尺就下降約20%)。這就是為什麼48伏交流電轉換在機架裏麵進行,而不是在市電配電間裏進行。

當然,轉換成直流電要求服務器能夠兼容48伏直流電電源。這對於一些服務器來說,改換直流電隻要更換電源,就這麼簡單。基於機箱的服務器(如刀片服務器)改換成本更低,因為許多服務器共享一個電源係統。穀歌采用了技術含量低的權宜之計,即把服務器的電源換成了12伏電池,聲稱與交流電供電的傳統UPS(不間斷電源)基礎設施相比,其效率高達99%。

如果一個數據中心正計劃進行服務器升級,那麼可以考慮使用直接由575伏直流電供電的更龐大係統;全新建造數據中心的話,那就可以直接采用直流電,Syracuse 大學去年建造數據中心時就采用了575直流電為IBM z和Power大型機供電。

將熱量埋入地下

在比較熱的地區,自然冷卻可能不是一年到頭都能使用。比如,美國愛荷華州的冬季不是很冷,但夏季酷熱難耐,氣溫在32.2攝氏度到37.8攝氏度之間,這顯然不適合通過室外冷空氣進行冷卻。

但一旦往下挖幾英尺深,地表溫度常常很穩定,而且比較低。麵對下雨或高溫之類的室外天氣狀況,傳統設備可能不堪重負,而地表下土壤受到的影響則比較小。通過把管道埋到地下,將為服務器降溫的熱水轉移到地下;周圍土壤可以通過傳導作用,散發熱量。

同樣,這項技術並不高深,但地熱冷卻的確需要埋設相當多的管道。安裝成功的地熱冷卻係統還需要事先認真分析。由於數據中心不斷生成熱量,把這些熱量僅引到一片地下散熱區會導致局部飽和以及冷卻效果下降。如果分析數據中心附近的土壤性能,就能確定某片區域能夠吸收多少熱量、地下蓄水層的熱量傳導是否會幫助改進散熱,以及對環境會有什麼樣的影響。

在美國愛荷華州,ACT大學的入學考試機構為建在愛荷華城的數據中心部署了一個地熱散熱係統。美國內布拉斯加州的另一家公司Prairie Bunkers正力求對其Data Center Park數據中心采用地熱冷卻,把幾個占地5000平方英尺的彈藥庫改造成了幾個完全獨立的數據中心。

將熱量排進大海

與地熱散熱係統不同,海洋對於數據中心來說實際上是一個無限大的散熱係統。但關鍵是數據中心靠近大海,哪怕是湖泊也能起到同樣的作用,任何水域夠廣的湖泊都能充當冷卻蓄水池,比如美國和加拿大之間的五大湖。

最佳的海水冷卻場景是數據中心島嶼,它可以利用周邊的海洋,使用將海水變成淡水的熱交換器來冷卻數據中心。這個想法真是太棒了,穀歌早在2007年就申請了專利。不過,穀歌采用的方法離本文討論的目標相去甚遠,因為它第一步是要買下或建造一個島。

但是,如果數據中心已經很靠近海岸、大湖或者內陸水路,那麼這個想法並非很不靠譜。幾十年來,核電站就使用海水和湖水來用於冷卻。據報道,穀歌將這個方法應用於其在芬蘭哈米納的數據中心,這是由一家紙漿廠改造過來的。使用波羅的海的冰冷海水作為這個新建大型數據中心的惟一冷卻來源,並在緊急狀況下供水滅火,這表明了穀歌高度信任這種方法的可靠性。紙漿廠本來就有一個入海口,鋪設了直徑兩英尺的管道,從而降低了這個項目的實施成本。

淡水湖一直被成功地用於冷卻數據中心。美國康奈爾大學在紐約州Ithaca的校園就使用來自附近Cayuga湖的湖水,該湖蓄水量達到了2.5萬兆加侖,不僅用來冷卻數據中心,還用來冷卻整個校園。這套開創了先河的冷卻設施名為Lake Source Cooling(湖水冷卻),它於2000年建成,每小時可以抽取3.5萬加侖的湖水,將零攝氏度的湖水配送給2.5英裏之外的校園建築。

鹹水和淡水冷卻係統都需要一種價格昂貴的部件,那就是把天然水與直接用來冷卻數據中心的水分開來的熱交換器。為了保護環境和靈敏的服務器設備,這種分離必不可少。不過,除了這種部件外就不需要比普通水管更複雜的設備了。