反思：数据中心的设计

数据中心围绕服务器机架建造服务器机房，可以有助于减轻服务器机房冷却方面的挑战压力，并节省运营资金。

几十年来，大多数企业组织都是由外而内的逐步架构他们的数据中心：也就是说，他们往往是从数据中心的建筑设计开始着手，然后再才考虑如何定位安置和冷却该数据中心建筑物内的服务器机架的。然而，现如今，越来越多的设计历史陈旧的数据中心已然无法有效地应对当前不断稳定的爬升的功率密度和数据中心的日渐提升的操作环境温度了。

由此，当前的企业组织纷纷正在慢慢开始采用一种全新的数据中心设计方法，在这种全新的设计方法中，他们将由内而外的规划其新的设施，首先选择服务器机架及其冷却技术，然后围绕它们进行数据中心设计的结构。

在本文中，我们将与广大读者朋友们共同探讨使得当前企业数据中心的冷却比以往任何时候都更具挑战性的相关因素，并还将为大家解释为什么从服务器机架，而不是服务器机房开始着手数据中心的设计流程可以帮助企业降低能耗，增加容量，并优化数据中心占地空间的利用率。

数据中心冷却挑战

得益于当前企业组织对于各种新兴技术的广泛积极的采用，使得当前企业数据中心的操作运行始终保持在一个相对安全的工作温度范围内，而这些新兴的技术就包括：

●虚拟化技术：借助虚拟化技术的部署，一款单一的物理服务器就能支持多台虚拟机，而且每台虚拟机都有其自己的操作系统和应用程序。这反过来，可以降低企业的硬件采购和维护成本，进而使得企业组织得以能够将未充分利用的服务器整合到更少数量、功能更为强大的主机设备上。但是，实现了更为充分利用的服务器同时也将会是一台散热更多的服务器。此外，一些使用了虚拟化技术的企业组织也在同时使用管理软件，以便能够根据工作负载的均衡要求，将虚拟机动态的重新定位托管到新的主机服务器上。在这样的数据中心，相关利用率最高的设施的散热量也就最大，故而会使得数据中心的某些部分可能每天甚至每小时的都散热需求都不同。

●刀片式服务器：刀片式服务器通常与虚拟化技术结合使用，是即插即用的处理单元，具有共享的供电电源、风扇、电缆和存储。通过将大量的计算容量压缩到少量空间，刀片服务器可以有助于显著的降低数据中心的空间占地需求。但不幸的是，刀片式服务器会将每台服务器机架的功率密度提升到15 kW以上，从而显著提高数据中心的散热水平。

●多核处理器：今天的多核服务器处理器比它们的单核前代产品功能要强大得多，当然，他们对于电力的需求也远远超过了前代产品。实际上，配备了双核或四核处理器的服务器平均每台机架所消耗的功率将达到12到16 kW，从而显著提高了服务器机架的操作运行温度。

●云计算：为了降低运营开销，并提高效率，当前有越来越多的企业开始纷纷积极的采用云计算解决方案。根据全球知名的市场分析公司IDC的调研数据显示，在全球范围内，通过互联网交付提供应用程序和基础设施资源的公共云服务解决方案领域的支出已经从2010年的215亿美元跃升至2015年的729亿美元。与此同时，私有云服务基础架构也在企业数据中心迅速发挥着重要作用。对于私有云服务基础架构而言，其与公共云服务所采用的技术基本相同，仅仅只是在企业的防火墙之内使用。然而，这两种类型的云服务通常都需要使用大量的商品化服务器，进而将显著增加企业的功率和冷却散热需求。

此外，更为复杂的是，今天的数据中心设计人员还必须充分考虑到除了上述这些技术因素之外的非技术型因素，而这些非技术型因素包括：

●政府相关机构旨在降低数据中心耗电量和温室气体排放量的环境保护监管法律法规的不断出台，包括诸如英国的碳减排承诺立法，正在变得越来越普遍，推动企业数据中心必须尽可能的实现更高的能源效率。

●由于当前的数据中心业界对于诸如风能和太阳能，老化电力传输系统和公用电力服务事业放松管制计划等环境友好，但成本昂贵的电源的采用日益增多，使得能源成本不断上升，进一步促进了业界对于更高能源效率的需求。

●诸如美国环境保护局等监管机构以及众多的公用电力服务公司正在向数据中心企业提供节能奖励回扣，以推动实现显著的节能效果。

●构建和运营数据中心的高额成本代价使得当前的企业纷纷都在积极的在不影响对于其业务需求满足的前提下，寻求缩小其计算设施的物理占地空间的方法。

数据中心冷却策略的演变

在功率密度和散热需求水平不断提高的推动下，近年来，企业数据中心的冷却散热管理策略也发生了重大变化。

1、混沌空气分配策略

直到最近，大多数数据中心的冷却方案都依赖于所谓的“混沌”空气分配方法。在该方法中，围绕着服务器机房周边的计算机房空调(CRAC)单元提供大量的冷空气，而这些冷空气即用于冷却IT设备，同时还用于帮助将服务器所排出的热的废气推向设施的回风管道。

然而，这种混乱的空气分布通常会导致各种显著的降低效率方面的问题，包括：

●再循环：热废气很可能回到服务器进气口，进而将IT设备加热到潜在的危险操作温度。

●空气分层：基于不同温度层中的空气质量的自然趋势可能会迫使精密冷却设备的设定点需要低于推荐值。

●旁路空气：冷却的供气可以在通过服务器之前加入回流气流，从而降低冷却效率。

图1：再循环是一种热废气重新进入服务器设备，而并为返回CRAC设备的现象

2、热通道/冷通道策略

为了提高冷却效率，并与数据中心操作环境温度的稳步攀升保持同步，一些企业很快转向开始采用服务器机架的热通道/冷通道分隔定位安排机架的方法，该方法将相邻既定服务器机架行的热空气排气口在热通道彼此面对面，而冷空气进气口则在冷通道彼此面对面。这种配置方法有助于产生气流的对流，进而产生连续的冷却气流。

尽管如此，虽然该方法优于混沌空气分配策略，但热通道/冷通道隔离的策略已被证明仅仅只能够为当前日益密集的数据中心提供足够的冷却能力。这主要是因为这两种方法最终都具有一大共同的致命缺陷：这两种方法都允许空气在整个数据中心操作环境空间内自由的流通。

3、密封遏制策略

上述管理策略方案的共同缺陷最终导致了密封遏制冷却策略的采用。该方案主要是被设计用于组织和控制气流，这种解决方案将服务器机架封装在密封结构中，捕获热废气，并将这些热废气排放到CRAC单元，然后将冷空气直接输送到服务器设备的进气口。最终，该方案为企业数据中心的管理带来了一系列重大的益处：

●提高冷却效率：通过防止供应的冷空气和返回的热气流的混合，精心设计的密封解决方案可消除再循环，空气分层和旁路气流所导致的冷却气流的浪费，从而提升冷却效率。

●提高可靠性：消除了再循环备用服务器免于暴露于暖空气之中的潜在危险，而暖空气可能导致热关机，进而提高了数据中心的可靠性。

（编辑：核心网）

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