跨入低碳时代 数据中心节能散热技术分析

PUXIN 作者:云中子 来源:赛迪网 2010-09-27 [评论]

  去年底,随着科幻电影《2012》的火爆上映,又把全球环境不断恶化这一话题赋予了新的内涵,同时也敲响了环境保护的警钟。近年来全球气候变暖的趋势日渐恶化,各种极端天气也频繁出现,因灾难死亡的人数不断攀升,也给我们的生活带来了很大影响。因此,全球各个国家都开始重视低碳和节能。

  

  IT领域发展速度迅猛,如今人们的日常生活已经离不开“计算”,各种各样的服务器集群、数据中心大量兴起,能源消耗也在不断增加。服务器与数据中心的节能问题已经成为了IT企业攻关的重点。

  目前从芯片厂商到各大服务器厂商,都开始在数据中心节能方面做出努力。今年开始在欧美国家兴建的数据中心大都采用了绿色设计,各式各样的奇特节能散热技术也不断涌现出来。

  针对数据中心和服务器的节能化目标,厂商们从软件到硬件,从芯片设计到制冷设施,都开始迈进了低碳时代。

  数据中心的心脏--处理器低能耗技术

  作为数据中心计算系统的心脏,处理器和芯片组的功耗不容忽视,也成为了厂商们关注的焦点。我们先来看看处理器方面都有哪些节能设计。

  无论是桌面还是服务器平台,英特尔的处理器产品一直都处于业界老大的地位。由于其资金雄厚,晶圆厂也非常多,因此在工艺制程方面要明显领先于竞争对手。当然,在节能技术等方面英特尔也同样优秀。

  

  英特尔至强5600系列处理器是今年刚刚推出的新品,采用了更先进的32纳米工艺,可以进一步提升主频,增加缓存,同时降低功耗,性能会比45纳米的至强5500系列提高60%。与单核至强处理器相比,性能高达15倍之多。而英特尔至强5600系列处理器32纳米工艺进一步提升了英特尔部署晶体管密度的能力,提升了单位晶体管的性能,降低了单位晶体管的能耗。

  在单个服务器内,英特尔志强5600系列处理器的智能节能技术可最大限度减少服务器组件未完全使用时的功耗。在Nehalem微构架中英特尔为每个核心引入了Power Gate(功率门限)技术,6个核心区域具有独立的时钟频率和供电部分。支持在其他运行内核外将个别闲置内核功耗降低至接近于零的状态,与前代英特尔四核处理器可将闲置功耗减至16或50瓦相比,具备这一特性的英特尔志强处理器5600系列能将闲置功耗减至10瓦。此特性能使服务器的闲置功耗要低50%。

  近两年AMD在低功耗方面也是颇有建树,他在今年也推出了面向低端的超低功耗皓龙4100系列产品。AMD皓龙4000系列平台提供每核功耗低于6瓦的四或六核性能,与前一代产品相比,不仅功率降低最高可达24%,而且在同样的功耗范围内可以支持两倍以上的服务器数量。

  除此之外,像ARM、Tilera等厂商也都推出了超低功耗产品,不过针对领域相对狭窄,其应用范围还需要进一步评估与测试。

  数据处理的高速路--内存节能技术

  说到内存,给人感觉好像对整台服务器来说节能效果并不明显。但实际来看,由于数据中心所包含的主机数量非常之多,而且目前主机搭配内存容量也越来越高,因此积累下来的电能还是非常可观的。

  内存的节能很大程度要归功于工艺的进步,目前已经有了30nm量产产品,甚至超过了处理器工艺制程。

  传统内存高度为30mm左右,而三星VLP矮版内存高度仅为18.75mm。而且通过三星的40nm双die封装颗粒,让单条实现了16GB的超大容量。

  除了上述这些规格之外,这款VLP内存主打的特点在于节能。其工作电压仅为1.35V,比传统DDR3的1.5V要低不少,能够节能20%。如果部署到服务器上,单条16GB容量则能够比4条4GB内存节能70%。

  

  OCZ也推出了超低压(ULV)、极限低压(ELV)高速DDR3内存套装,其符合JEDEC DDR3L低电压内存标准规范,“提供性能与能耗的最优化平衡”。

  继G.Skill、金士顿等厂商的“绿色”低压版内存后,Team十铨日前也发布了自己的1.35V低压内存产品。相较于DDR3标准的1.65V/1.5V电压,低电压能够带来低功耗,低发热量等诸多好处。

  服务器动辄几十条的内存并不是什么新鲜事,如果按照大容量、低电压版搭配,所节能下来的电能也是相当可观了。

  挑战最低PUE值--自然散热的数据中心技术应用

  现在经济发展速度非常快,数据中心作为IT基础设施的一部分,如今也越建越多。老一代数据中心在设计时往往仅考虑安全性、可靠性等方面,而从现在来看,这是远远无法满足客户需求的。因此,老的数据中心也在做不断的优化和升级。其中就包括供电、制冷、散热等方面优化。

  近年来新建的数据中心有一部分甚至将节能发挥到了极致,采用完全自然空气冷却,并没有设计制冷设备,颠覆了传统意义上的数据中心概念。

  

  雅虎在纽约新建的数据中心就是如此,它的侧面建筑拥有60和120英尺高的模块化百叶窗,能够让新鲜空气进入数据中心。在设备区域,新鲜空气进入前面的服务器,散热后进入到一个热走廊,再由一个烟囱式的通道从上方排出。然后监控系统根据实际情况来决定热空气是进行循环操作还是直接排出。

  据相关资料显示,雅虎的这种设计能够花一美分的电费开支,来实现一美元的降温效果。用电量大大减少,不仅对环境有益,也使得企业在行业内有更大的竞争优势。

  除此之外,荷兰阿姆斯特丹的EvoSwitch、微软都柏林的数据中心等等都采用了自然风冷方式散热,省去了制冷设备能够让数据中心PUE值更低,提高电能利用效率。

  将节能散热进行到底--被动式数据中心散热技术应用

  数据中心本身就属于高能耗设备,据相关调研机构发布的数据显示,到2015年全球数据中心能耗会占到整体能耗的8%,这是很高的一个比例了。数据中心的高能耗会直接导致大量的温室气体排放。任何企业都有责任考虑到这方面的能源消耗,采取措施来降低能源消耗。

  最近几年来,工业用电的成本一直呈现快速增长趋势。按照北京发改委公布的数据在未来十年整个工业用电的成本会大幅提高,甚至会翻好几倍。企业很重要一方面就是得考虑运营成本,电价的上升对于企业来讲将是一个很大的挑战。因此,能源成本的持续增加也督促企业在绿色节能方面做更多的工作。

  除了上述的风冷数据中心之外,还有很多采用“被动”散热方式的数据中心。例如:美国铁山公司在岩洞内的数据中心。

  

  Iron Mountain(铁山)公司在地下约66米深处拥有着一座安全级别仅次于白宫和国防部的秘密资料库,声称是地球上最安全的地方之一。

  这间数据中心采用的服务器冷却方式非常独特,他们将系统散热用通风管连接在数据中心内的石灰岩壁上,利用地底石灰岩的低温来为服务器散热,据称其散热的效率可达每平方英寸1.5个英制热量单位。

  此外,像西门子德国数据中心、瑞典斯德哥尔摩维塔伯格公园花岗岩数据中心,也都是采用了被动冷却散热方式。

  目前,从处理器、芯片组厂商,到数据中心基础设施厂商,都在不遗余力的寻找着更加高效的节能方式。新建数据中心的PUE值不断下降,让我们看到了科技发展所带来的成果,节能散热的潮流才刚刚开始,让我们期待更多新技术的诞生吧!

 标签:节能。 低碳 网络服务
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