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    工業冷水機組液體冷卻方案開始進駐數據中心
    來源:諾冰制冷   發布時間:2018-8-10

        工業冷水機組液體冷卻方案有望進入更多的企業數據中心。在本文中,我們就將從五個方面的原因入手與廣大讀者朋友們共同展開探討。

      當前,那些在傳統上曾經主要是被用于大型主機和學術型超級計算機的工業冷水機組液體冷卻方案可能很快就會滲透到更多的企業級數據中心了。現如今,有鑒于新的、要求更高的企業工作負載正在持續的推高數據中心服務器機架的功率密度,使得企業數據中心的管理運營人員們迫切需要尋找比空氣冷卻系統更有效的替代方案。

      我們已經采訪了一系列的數據中心操作運營人員和供應商,詢問了他們關于將液體冷卻方案推廣到主流應用的看法。受訪者中的一部分人并不想透露其所在數據中心所采用的具體的應用程序,并聲稱他們將這些工作負載及其冷卻方式視為其所在企業的競爭優勢。

      一系列的超大規模云服務運營商,包括諸如微軟、谷歌的母公司Alphabet、臉書Facebook和百度,已經組建起了一只專門致力于打造采用工業冷水機組液體冷卻服務器機架的開放式規范的群體,但該群體目前并沒有說明他們將會使用的具體方案。然而,在這些超大規模數據中心中,至少有一類工作負載明顯需要采用液體冷卻方案,即:由GPU加速的機器學習系統(或者對于谷歌公司而言,便是其最新的TPU張量處理器,該公司曾公開表示其TPU現在使用的是直接冷卻芯片的液體冷卻設計)。

      盡管當前的企業數據中心運營商們對于工業冷水機組液體冷卻方案的采用這一主題感到疑慮和擔憂,但目前已經有一些使用趨勢開始出現了。如果企業在數據中心支持以下任何工作負載,那么數據中心在未來也可能采用液體冷卻方案:

      1、人工智能和加速器

      近年來,由摩爾定律所描述的年度CPU性能增長的速率已經呈現出大幅放緩的趨勢。部分的原因是由于加速器處理器(主要是GPU),以及FPGA和專用ASIC正越來越多地進入企業數據中心。

      GPU驅動的機器學習可能是除HPC(高性能計算)領域之外最為常見的硬件加速使用案例。然而,在由市場調研機構451 Research最近所進行的一項調查中,大約有三分之一的IT服務提供商表示說,他們所在的企業計劃在在線數據挖掘、分析、工程模擬、視頻、其他實時媒體、欺詐檢測、負載平衡以及類似延遲敏感的服務中采用該加速系統。

      硬件加速器具有比CPU高得多的熱設計點(TDP,thermal design points),通常需要消耗200W或更多的功率來對其實施冷卻;而添加高性能服務器CPU,那么您企業數據中心的一款單一的系統就將需要超過1kW的功率來對其實施冷卻。

      英特爾公司也在積極的突破其傳統設計的服務器處理器的150W功率的限制。“越來越多的企業客戶想要更強大的芯片產品,我們開始看到這些芯片產品所消耗的功率瓦特數量正在逐漸上升。”來自Uptime Institute的執行董事安迪勞倫斯(Andy Lawrence)表示說。

      當前企業數據中心服務器的機架密度正在不斷上升。大多數數據中心正常運行軌道上現在至少有一些超過10kW的機架,而20%的機架上甚至還有30kW或更高功率密度的機架。但這些工作負載并不被視為高性能計算。“他們只是表示他們的工作負載有更高密度的機架而已。”勞倫斯表示說。

      “如果將GPU與英特爾處理器放在一起,他們的功率密度可能會達到以前的三倍。”他說。液體冷卻方案顯然非常適合這些加速器,特別是浸入式冷卻方案,可以冷卻GPU和CPU。

      2、冷卻高密度存儲

      隨著當前企業數據中心的存儲密度的持續增加,可能會使得有效的冷卻存儲變得更加困難。數據中心所安裝的大部分存儲容量都是由非密封的硬盤驅動器所組成的,不能采用液體冷卻方案。然而,較新的技術在這方面則為業界的企業用戶們帶來了希望。例如,固態的驅動器可以使用全浸入式的解決方案進行冷卻。此外,在最新一代的存儲硬件中創建支持高密度,高速讀/寫頭的氦氣要求密封單元,使其適用于液體冷卻方案。

      正如在451 Research所發布的報告中所指出的那樣,固態硬盤和充滿氦氣的硬盤驅動器的組合意味著無需將空氣冷卻存儲與工業冷水機組液體冷卻處理方式分開。硬盤驅動器的可靠性的提升還帶了一大益處,即:在冷卻液中浸入驅動器可以有助于減少熱量和濕度對組件的影響。

      3、網絡邊緣計算

      減少當前和未來應用程序延遲的需求進一步的推動了對網絡邊緣新一代數據中心的需求。這些可以是在無線塔、工廠操作車間或零售店中所部署的高密度的遠程設施。而且這些設施可能會越來越多地托管高密度的計算硬件,例如用于機器學習的GPU打包集群。

      雖然并非所有的邊緣數據中心都是采用的液體冷卻的方案,但許多邊緣數據中心將被設計用于支持在無法使用傳統冷卻方案的密閉空間中的繁重工作負載,或者在沒有使用傳統的先決條件的新部署環境中實施冷卻。由于降低了能耗,液體冷卻方案使得在沒有大容量供電的地方更容易部署邊緣站點。

      而根據勞倫斯的預計介紹,多達20%的邊緣數據中心可以使用液體冷卻方案。他設想遠程的微模塊化高密度數據中心站點支持每臺機架40kW。

      4、高頻交易和區塊鏈

      許多現代金融服務行業企業的工作負載都是計算密集型的,需要高性能的CPU以及GPU。這些工作負載包括高頻交易系統和基于區塊鏈的應用程序,如智能合約和加密貨幣。

      例如,綠色革命工業冷水機組冷卻技術公司(GRC,Green Revolution Cooling)的某家企業客戶便是一家高頻交易公司,該企業客戶公司正在測試其浸入式冷卻解決方案。當綠色革命冷卻技術公司推出了用于加密貨幣采礦的浸入式冷卻產品,同時比特幣的價格也從2017年底開始飆升時,該公司也經歷了有史以來最大幅度的銷售飆升。

      GRC的首席執行官Peter Poulin告訴記者說,GRC公司的另一家位于特立尼達和多巴哥的企業客戶正在以每臺機架100kW的功率運行加密貨幣服務,并將一個溫水冷卻回路連接到蒸發塔。由于溫水冷卻比冷水冷卻方案更加節能,因此該冷卻方案可以在沒有機械冷卻器的熱帶環境條件下正常運行。

      5、傳統冷卻方案的成本費用昂貴

      當基于空氣的冷卻系統無法處理高密度的冷卻需求時,工業冷水機組液體冷卻方案便開始凸顯出其意義了。

      例如,地球科學公司CGG使用了GRC的浸入式液體冷卻系統,以便為其位于休斯頓的數據中心提供冷卻降溫,CGG在該數據中心主要進行地震相關數據的處理分析工作,他們在商用服務器上使用的是功能強大的GPU,每臺機架消耗高達23kW的功率。這種功率密度是相對較高的,但這種密度通常采用的是空氣冷卻方案。CGG的高級系統部門經理Ted Barragy表示說:“我們將沉重的計算服務器放入沉浸式水箱進行冷卻。但事實上,與其說是此舉是為了滿足應用程序的工作負載,還不如說沉浸液體冷卻方案更符合成本經濟。

      在其升級過程中,浸入式的液體冷卻方案取代了CGG公司舊數據中心過去所采用的傳統冷卻設備。根據Barragy的介紹,由于進行了升級,該團隊恢復了幾兆瓦的電力容量。“即使在添加了服務器和沉浸式水箱幾年之后,我們仍然擁有半兆瓦的電力資源尚未使用。”他說。“這是一個老舊的傳統數據中心,其大約有一半的功率消耗都用于低效的空氣冷卻系統。”

      Barragy還表示,浸入式冷卻數據中心的PUE值大約為1.05。這比該公司位于休斯頓的另一處新建的、但卻采用的是空氣冷卻方案的數據中心的冷卻效率更高,后者的PUE值為1.35。

      “很多人認為這種液體冷卻僅僅只是適合于每臺機架的計算功率密度真正達到60kW至100kW的高密度的冷卻解決方案,但對于我們的主流企業客戶來說,該方案還有其他方面的顯著優勢,”Poulin說。

      來自Uptime Institute的首席技術官克里斯布朗(Chris Brown)表示說,他們目前已經看到業界對于液體冷卻方案的興趣的普遍增加。而這正是由當前企業數據中心迫切要求實現更高的能效和更低的運營成本所推動的。

      “工業冷水機組液體冷卻方案這方面的重點不再是圍繞著超高密度,而是一般的企業級數據中心的運營管理人員們可以用于冷卻任何IT資產的方案。”他說。“該方案目前正在進入更常見的密度解決方案和更多普通的數據中心。”

     
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