不用机房空调也能为机房降温？
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发表时间：2019-12-16
机房海洛斯机房精密空调厂家为了挑战业内有关数据中心冷却的既定假设，我所在的英特尔IT部门进行了一次大胆的概念验证（PoC）测试：使用一台空气节能器，全部利用温度高达32 摄氏度的室外空气来冷却生产服务器。借助此方案，我们即可使用节能器来提供几乎所有的数据中心冷却，从而极大地降低了功耗。对于一个 10 兆瓦特（MW）的数据中心来说，借此每年可潜在降低高达 287 万美元的运营成本。
概念验证测试在一个 1000 平方英尺（SF）的拖车上进行（最初安装拖车是为了进行临时的额外计算），拖车被分成两个室，每个室约 500 平方英尺。为了最大限度减少概念验证的成本，我们使用了低成本、仓库级的直接膨胀式（DX）海洛斯机房精密空调设备，并且每个室内均安装有传感器，以监测室内的温度与湿度条件。
其中一室采用传统方法冷却，始终使用直接膨胀式设备进行热空气再循环和冷却。而另外一室基本上也使用相同的海洛斯机房精密空调设备，但是经过改装后能够作为空气节能器运行：将热空气排出室外，并吸入 100% 的室外空气用于冷却。
由于我们的目标之一是测试运行温度的允许极限，我们对空气节能器室中的冷却设备进行了配置，使其能够提供18-32摄氏度的空气。并且我们还对系统进行了设计，在供给空气温度超过32摄氏度的最高限度之前，只能使用空气节能器；空气温度超过32摄氏度时，开始使用冷却器将空气冷却至32摄氏度。如果温度降到18摄氏度以下，则将供给空气与来自服务器的回流热空气混合进行加热。
我们未尝试对湿度进行控制。此外我们还想要测试空气质量的限度，因此我们仅对进入的空气进行了最低限度的过滤：使用标准的普通空气过滤器仅仅将进入空气中的大颗粒除去，但允许留有微尘。
每个房间里有八个机架。每个机架包含四台刀片服务器，每台服务器带有 14 块刀片，这样每个室共有 448 块刀片。这就表示每平方英尺 200 多瓦（WPSF）的功率密度。在概念验证测试期间，我们使用这些服务器运行大批量生产的芯片设计工作负载，结果服务器的使用率高达约 90%.
我们测定了每个室内的服务器故障率，并将其与同一段时期内，在我们位于同一地点的主数据中心内测定的故障率进行比较。
让我们高兴的是，节能器室内的温度和湿度变化很大，且空气质量也较差；然而服务器故障并没有明显增加。如果随后的调查能够证实这些喜人的结果，那么我们便有望在未来的高密度数据中心中使用这一方案。
如果一个数据中心采用空气节能器，每年平均可节省多少能源？为此，我们使用了数据中心地点的历史天气数据。数据分析表明：平均每年温度低于最高限度32 摄氏度的时间占总时间的 91%.
如果在概念验证测试期间使用空气节能器时功耗降低 74% 的基础上，再假设每年 91% 的时间能够使用空气节能器，那么与传统的数据中心冷却方案相比，我们每年可在冷却方面潜在节省约 67% 的总功率。而在假设数据中心 60% 的功率用于机械冷却系统的基础上，整个数据中心功耗可转换成约 3， 500 千瓦时（KWH）。
这样一来，按每千瓦时电费 0.08 美元计算，预计一个 500千瓦 的小型数据中心每年可降低成本约 143，000 美元。而对于一个 10兆瓦 的大型数据中心，预计每年可降低成本约 287 万美元。
此外，由于需要的冷却设备更少，新的数据中心还可节省一定的资本支出。甚至当室外空气温度超出了供给空气温度上限时，我们也仅需将空气冷却到指定的温度上限，而不是传统数据中心方案中的 20 摄氏度。通过降低冷却系统的复杂性和成本，还可进一步减少故障模式的数量，提高整体灵活性。
空气节能器似乎特别适合于空气湿度较低的温带气候。配备有空气节能器的数据中心，通过降低功耗和用水量即可大幅减少英特尔对环境的影响。在干燥的气候条件下，配有海洛斯机房精密空调装置的传统数据中心通常采用蒸发冷却法，利用水塔进行预先冷却。而借助空气节能器，就可不再使用水塔，这样一个 10 兆瓦数据中心每年可潜在节省高达近3万吨的水。
我们计划利用服务器老化分析，将空气节能器室、海洛斯机房精密空调室和主数据中心内使用的系统进行比较，进一步测试以期发现可能的硬件老化。如果随后的调查能够证实这些喜人的概念验证结果，我们期望将空气节能器融入到未来的数据中心设计当中。下一步则可能建立一座 1 兆瓦特的示范数据中心，使用专为概念验证测试设计的设备。
如同大多数其他公司一样，目前英特尔也面临着日益增长的对运算资源的需求。结果，我们的运算成本和这些需求同步上升。所有这些问题促使我们严格地审视我们的数据中心战略，找出可以提高效率的地方。
值得说明的是，我们这次概念验证属于英特尔 IT 部门的“八年数据中心效率策略”的一部分。该策略的目标是转变我们全球的数据中心环境，在大幅降低成本的同时，进一步提高效率和业务响应能力。
却成本的一个潜在方式。空气节能器只是将热空气排出室外并吸入室外空气来冷却 IT 设备，而不是像传统海洛斯机房精密空调那样将服务器排出的热空气加以冷却再循环利用。
当前，业界假定空气节能器的有效性受到一定限制，即需要以相对较低的温度供应冷却空气。其含意即空气节能器只能在室外空气温度相对较低时才能使用。此外还有对湿度变化的顾虑，因为室外空气的湿度可能会迅速变化。第三点顾虑则是室外空气中的微粒数量。
