《企業(yè)網(wǎng)D1Net》10月29日訊

對(duì)于拒絕云服務(wù)外包的公司來(lái)說(shuō)，數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)和運(yùn)營(yíng)工作的展開將變得十分困難，尤其是面對(duì)與日俱增的預(yù)算壓力和需求，還有有限的資源，如地面空間。主機(jī)托管供應(yīng)商也面臨著同樣的挑戰(zhàn)——最大限度地提高客戶的服務(wù)價(jià)值以及回報(bào)。數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要趨勢(shì)就是提高功率密度。由于空間限制，需要更高效的運(yùn)作，以應(yīng)對(duì)上升的電力需求和成本，因此，每個(gè)機(jī)架上投入更多資源是一個(gè)顯而易見(jiàn)的解決方案。不過(guò)雖然該方案帶來(lái)諸多益處，數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)者也必須解決隨之而來(lái)的一系列挑戰(zhàn)。

提高功率密度的趨勢(shì)

低功率密度往往等同于效率低下。較少的IT資源卻占據(jù)了大多數(shù)的空間（按每秒鐘運(yùn)作的數(shù)量算，或類似的計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)），通常，應(yīng)該為更多的設(shè)備保留空間?？偛课挥赟anta Clara的高密度主機(jī)托管服務(wù)供應(yīng)商Colovore的CFO及聯(lián)合創(chuàng)始人Ben Coughlin指出，“雖然15至20千瓦的耗電量在處理密集型應(yīng)用程序（如大數(shù)據(jù)分析）中比較常見(jiàn)，但典型的數(shù)據(jù)中心每個(gè)機(jī)架的耗電量為8至12千瓦。在海灣及美國(guó)大部分地區(qū)，數(shù)據(jù)中心每個(gè)機(jī)架的耗電量為4至5千瓦（這是10年前制定的標(biāo)準(zhǔn)）。”

在主機(jī)托管空間中，只支持低功率密度機(jī)架的空間價(jià)格較高，全租用機(jī)架空間會(huì)因?yàn)闆](méi)有足夠的電力支持，而無(wú)法使用。盡管機(jī)架上已放滿設(shè)備，但無(wú)法配合相應(yīng)電力需求。“基于現(xiàn)有的服務(wù)器基礎(chǔ)設(shè)施，用戶很容易給每個(gè)機(jī)架分配8至10千瓦的耗電量，但由于大部分?jǐn)?shù)據(jù)中心僅支持4至5千瓦耗電量，所以用戶不得不將設(shè)備轉(zhuǎn)移到半滿機(jī)架上。另外，這些機(jī)架也無(wú)法進(jìn)行冷卻。而用戶為一半的使用空間卻支付了全額費(fèi)用，這是一種浪費(fèi)。”

無(wú)論是公共設(shè)施還是備用電源供電，功率密度的限制之一是配電基礎(chǔ)設(shè)施。公用設(shè)備供應(yīng)的每一瓦特電力，數(shù)據(jù)中心都必須有足夠的不間斷電源以及柴油發(fā)電機(jī)容量，以保證在停電時(shí)數(shù)據(jù)中心正常運(yùn)作。當(dāng)然，這些都不包括布線、配電單元（PDU）等專為機(jī)架供電的設(shè)備。Coughlin還表示，“大多數(shù)數(shù)據(jù)中心都沒(méi)有足夠的電力供應(yīng)其設(shè)備運(yùn)作，所以運(yùn)營(yíng)者可能依靠公用設(shè)施供電，并花費(fèi)巨額資金用于數(shù)據(jù)中心的核心基礎(chǔ)設(shè)施（電氣和機(jī)械基礎(chǔ)設(shè)施，發(fā)電機(jī)，配電等），只為配合供電量。因此，獲得更多電力和成本是兩個(gè)重要的變量。”

但是另一個(gè)更迫切的需求也許是制冷：設(shè)備消耗的每一瓦特就是一瓦特余熱，必須進(jìn)行冷卻以維持操作所需的溫度。這也就是提高功率密度面臨的最大挑戰(zhàn)，特別是對(duì)無(wú)法承受高密度功率的設(shè)備而言。“當(dāng)您增加機(jī)架密度時(shí)，服務(wù)器產(chǎn)生大量的熱量，也就需要更多的冷氣，”Coughlin說(shuō)道，“制冷基礎(chǔ)設(shè)施非常昂貴，但最大的困難可能是改造舊數(shù)據(jù)中心。這些舊數(shù)據(jù)中心的天花板大多很低，很難提高密度，除非直接拆毀整個(gè)數(shù)據(jù)中心——這根本不可能做到，尤其是還有用戶在場(chǎng)的情況下。”

不幸的是，對(duì)于擁有傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心的企業(yè)而言，除了等待摩爾定律發(fā)生，改善半導(dǎo)體性能，否則，更高密度的改造支出就意味著該設(shè)施已經(jīng)基本沒(méi)有擴(kuò)大計(jì)算能力的可能性。但要提升半導(dǎo)體性能，就必須購(gòu)買新的IT設(shè)備，利用其更高效更精細(xì)的處理技術(shù)，但是不斷發(fā)展的摩爾定律卻可能在10年后就會(huì)停止。Coughlin指出，在這種情況下，“主機(jī)托管供應(yīng)商僅僅是停止‘分散負(fù)載’，或迫使用戶將自己的基礎(chǔ)設(shè)施擺滿所有的半滿機(jī)架。這并不是個(gè)可持續(xù)的方式，最終，空間、電力、制冷三者全都耗費(fèi)完后，用戶只能重新更新服務(wù)器了。”

集成基礎(chǔ)設(shè)施提高功率密度

    提高功率密度的辦法可以概括為集成基礎(chǔ)設(shè)施：基本上來(lái)說(shuō)，就是盡可能地縮小計(jì)算資源的體積，例如虛擬化和使用刀片服務(wù)器，還有微服務(wù)器等現(xiàn)有的數(shù)據(jù)中心發(fā)展趨勢(shì)。集成設(shè)施“對(duì)企業(yè)提高運(yùn)營(yíng)效率有非常積極的作用，”Coughlin說(shuō)，“因?yàn)镮T部署的設(shè)備尺寸越小，IT經(jīng)理需要管理的機(jī)架也就越少，可以減少服務(wù)器30至50%的電力消耗。”

這種方法旨在通過(guò)增加機(jī)架功率降低數(shù)據(jù)中心總功率，也降低了制冷需求。“事實(shí)上，按照一臺(tái)服務(wù)器來(lái)算，電力需求是大大增加了，但總體而言，總功率下降了，因?yàn)椴恍枰敲炊嗟姆?wù)器。這也是高功率密度數(shù)據(jù)中心如此重要的原因——是集成基礎(chǔ)設(shè)施的關(guān)鍵所在。當(dāng)今的服務(wù)器在每個(gè)機(jī)架上的功率為500至1000瓦！”

高功率密度=制冷問(wèn)題

理所當(dāng)然地，高功率密度的結(jié)果就是高效運(yùn)營(yíng)，所有人都會(huì)盡可能的填滿機(jī)架來(lái)節(jié)省開支、地面空間和減少管理問(wèn)題。但就像事情有得必有失：在這種情況下，就是上述提高制冷問(wèn)題。低密度空間部署通常是用空氣冷卻設(shè)備，在大部分地區(qū)，一年當(dāng)中只有一部分時(shí)間有免費(fèi)制冷的可能性（取決于設(shè)備操作所需的條件）。但當(dāng)功率密度上升后，空氣制冷費(fèi)用的昂貴令人望而卻步——如果提高功率密度可行的話。

發(fā)熱問(wèn)題的解決方案是更接近于單點(diǎn)輸送而并非平均分布，也就是將冷氣直接輸送到熱量來(lái)源：無(wú)論是機(jī)架、服務(wù)器還是處理器。“服務(wù)器的芯片處理能力似乎在持續(xù)增長(zhǎng)，但在某些時(shí)候，如果熱量過(guò)多時(shí)，芯片需要內(nèi)部冷卻或立即轉(zhuǎn)移到有冷卻系統(tǒng)的服務(wù)器附近。”空氣制冷可能可以滿足某些需求，但水（或其他液體）提供更強(qiáng)大制冷能力——當(dāng)然，代價(jià)就是執(zhí)行困難，例如需要用來(lái)輸送冷水的基礎(chǔ)設(shè)施以及需要將水與電子設(shè)備完全隔離。

部署液體制冷方案可能會(huì)產(chǎn)生問(wèn)題，尤其是對(duì)于年代久遠(yuǎn)的數(shù)據(jù)中心，必須改造現(xiàn)有的基礎(chǔ)設(shè)施。而對(duì)于那些支持高功率密度的新設(shè)施而言，液體制冷能讓水流向需要冷卻的位置，比起冷卻整個(gè)機(jī)房，從而使服務(wù)器周圍的空間溫度夠低要好多了。如冷熱通道這樣的做法能為空氣制冷騰出一些空間，但有很大的局限性。最終，功率密度還是會(huì)提高，發(fā)展浸入式制冷技術(shù)是必須的。目前，有些公司的產(chǎn)品里能將將服務(wù)器浸沒(méi)到不導(dǎo)電的液體中，或?qū)⒁后w輸送到服務(wù)器外殼周圍。

提高功率密度帶來(lái)的回報(bào)

對(duì)用戶而言——無(wú)論他們是主機(jī)托管服務(wù)用戶，又或者是由企業(yè)運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)中心——高功率密度為用戶帶來(lái)重要而豐厚的回報(bào)。援引主機(jī)托管用戶的說(shuō)法，Coughlin表示，“當(dāng)一家企業(yè)能夠?qū)⑵銲T設(shè)施整合到虛擬化刀片服務(wù)器上，如果以每機(jī)架耗電量為4至5千瓦來(lái)計(jì)算，就可以立即節(jié)省20%至30%的運(yùn)營(yíng)成本。這很可能是由于減少了每月用于收納服務(wù)器的機(jī)架租用費(fèi)（是繼電費(fèi)后，托管用戶支出最多的項(xiàng)目），還有降低了交叉互連成本和柜頂?shù)慕粨Q機(jī)的使用。”對(duì)于主機(jī)托管用戶和數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)者來(lái)說(shuō)，意味著能夠進(jìn)一步擴(kuò)大現(xiàn)有的機(jī)架空間，并且為建立新的數(shù)據(jù)中心省去了麻煩和開支，帶來(lái)的回報(bào)遠(yuǎn)超直接可衡量的成本節(jié)約。

不論是自己保管IT設(shè)備還是采用托管服務(wù)的公司，就像能源價(jià)格和IT服務(wù)的需求在增長(zhǎng)那樣，對(duì)提高效率和節(jié)省地面、機(jī)架空間的需求也在不斷增長(zhǎng)。這就是提高功率密度的趨勢(shì)，同樣也是挑戰(zhàn)：在機(jī)架內(nèi)放入更多設(shè)備需要建立配電和備用基礎(chǔ)設(shè)施，以及制冷能力，以保持操作溫度可控性。雖然使用液體制冷在數(shù)據(jù)中心中還不是一個(gè)普遍的趨勢(shì)，但會(huì)隨著高功率密度流行起來(lái)，因?yàn)榭諝庵评渥兊眉炔粚?shí)用又昂貴。然而， 不論從空氣制冷轉(zhuǎn)變到液體制冷的時(shí)間有多長(zhǎng)，只要企業(yè)希望最大限度地利用自己的資源，就會(huì)持續(xù)提高功率密度。