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高密度机架的水冷却解决方案

来源:机房360 作者:litao984lt编译 更新时间:2014-8-25 9:10:28

摘要:本文作者Graham Whitmore是Motivair公司的总裁兼首席执行官。在传统的数据中心以及政府和机构的数据中心,高性能计算应用的服务器密度都在稳步增加。随着密度的增加,传统的冷却系统都必须努力满足其冷却需求。水冷却的方式是许多数据中心运营商关注的一个问题。毕竟,水的热传递率约为空气的3-4千倍,因此,水冷却的效率是相当令人信服的。

  各种冷却方案一览

  空气制冷和水冷CRAC机组多年来一直是数据中心的冷却支柱。原本旨在设计用于大型主机冷却的CRAC机组单元为数据中心提供送风空气以散热制冷。但这些方式都不适合于高密度的机架冷却,因为他们不能直接提供足够的冷却能力或让冷气流通过高密度机架。在机架的前架增加风扇地板格栅能够提供一定的帮助,但服务器仍然需要依赖于自己的风扇来自行散热。

  水冷排冷却器适用于低密度到大约15kW范围的机架设备,但他们需要昂贵的通道结构,以便能够充分发挥其制冷的潜力和功能,同时增加了整体机架50%的碳排量。位于机架和含有冷却水盘管与风扇之间,让排冷却器的散热功能通过热通道,然后让冷通道排出冷空气。服务器风扇可以利用这样的冷空气来为服务器散热,而这又是主要的限制因素。

  被动后门冷却器是第一个利用水作为冷却介质直接从服务器移除其热源解决的散热问题。这是利用将冷冻水盘管安装在里面替换后门。其限制因素在于它们必须依赖于服务器风扇推动热服务器的空气穿过冷却盘管的阻力。最大制冷量是由气流从服务器风扇线圈的性能决定的,限于约15kW的范围内。服务器风扇电源是整个服务器的能源消耗的一个关键因素,增加服务器风扇线圈电阻就增加了其功率消耗。

  直接的芯片冷却(Direct on-chip cooling)是最近兴起的高密度机架水冷式冷却解决方案,但鉴于其较高的初始成本,侵入式安装在服务器内部,和对高度专业化的安装/服务需求,使其并未被广泛使用。该系统最具吸引力的方面是由于服务器的接触温度实在很高,其可以使用暖水。这减少了室外散热器风扇或蒸发塔,而不需要制冷的冷却成本。

  活跃的后门是由冷却水盘管,变速(EC)风扇,控水阀及PLC控制的。他们是动态的,能够提供精确的冷却能力、气流和水流,改变任何热负荷以达到额定容量。活跃的后门延伸到前端机架的后部约9英寸,比排冷却器消耗的空间要小得多。稍微缩小了过道,同时保持机架的宽度,节省了宝贵的地面空间,并允许将来的扩展。

  从服务器热源移除散热

  最近,劳伦斯伯克利国家实验室的一项独立测试确定,在适宜的工作条件下,,只有70-75%的服务器散热是从其源头被处理了的,这使得数据中心空调系统至少需要处理25%-30%的散热制冷。而在非最佳操作条件下,则相应减少芯片冷却。

  活跃的后门冷却器的设计目的是为了从源头百分百的消除服务器散热。目前的冷却能力范围达到45千瓦。其也可以用来消除数据中心建筑的制冷,照明和人员的负载,这样在基于机架系统的空间就无需其他的AC交流电源了。

  通过去除至少100%的服务器散热,活跃的后门可以为室内提供回风空气或低于服务器进风温度的空气。这也使得服务器得以在比其他系统较低的温度下操作,提高整体效率和寿命。

  易趣网最近在对其凤凰数据中心的替代系统进行了完整评估,以移除每台机架35KW后,安装了活跃水冷门。

  要考虑的一些事情

  活跃的后门发电的成本是EC风扇功率和外部机械冷却的一个组合。它们是设计用于在华氏65-75的水温环境下操作运行的,其可以来自一个冷冻水系统,或从包括含水层水散热器,塔等其他来源混合的水,以减少能源的使用。

  当在65华氏度的水温条件下运行时(而不是行业标准的45F),所有的冷水机组运行成本降低至少百分之三十。这减少了当冷水机组的蒸发和冷凝压力之间的差异缩小的水温,相对较少了功率消耗。

  在美国北部和中部使用免费的冷却和绝热式冷水机组的数据中心越来越多,当提供65华氏度或更高的水的温度时,使得冷水机组的功率减少了至少百分之七十。这用于数据中心水冷冷却系统是非常有利的,可以让数据中心在更高的温度条件下运行。

  一个独立的全球用户已经确认活动门风扇的电源是由服务器中的风机功率减少偏移造成的,由于减少了摩擦阻力,从能量方程有效地消除了后门扇功率。在活动门EC风扇控制恒温在相对于服务器的最小操作负载功率。空气压力开关覆盖服务器风扇输出事件是否超过了后门的风扇。

  今天,水冷却方案已然成为迅速增长的高密度机架冷却设计考虑方案。水冷后门冷却器将减小了占用空间,安装方便,和较低的运营成本相结合的同时,冷水机组的效率也得到了提高。最重要的是,他们以一个有极具吸引力的初始投资和运营操作成本提供了最低百分之百的服务器散热。

  责任编辑:余芯

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