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“热”数据的“冷”选择

作者: 2021-02-07 11:21 来源:中国科学报
放大 缩小

  随着人工智能、物联网、高性能计算、大数据分析等应用的增加,数据中心正成为新一轮投资和建设的热点。作为“产热大户”,数据中心的散热需求也越来越迫切。

  近日,北京海兰信数据科技股份有限公司(以下简称海兰信)举行“海底数据中心(UDC)阶段性测试发布会”,宣布中国首个海底数据舱完成阶段性测试。测试报告显示,样机能源使用效率(PUE)值为1.076,同时对海洋环境友好。有媒体称,这标志中国大数据中心走进海洋时代。

  入海抵消热量 

  “它(海兰信海底数据舱的PUE值)是比较靠前的,肯定排在第一梯队。”清华大学教授李震告诉《中国科学报》,“目前PUE值低于1.1都算非:玫。”

  服务器非常怕热,尤其是大量服务器聚集在一起的时候,产生的热量必须要及时疏散。有统计数字显示,一个数据中心每年的电力成本中,有41%都是用于制冷,一旦数据中心由于散热问题出现运行故障,后果不堪设想。

  因此,如何降低服务器的成本,成了各大IT公司必须要考虑的问题。为降低数据中心PUE值,业界采取了多种方式,有的选择建在深山溶洞、有的选择建在高纬度地区。

  2018年6月1日,微软就将一个长约12米、直径接近3米的圆柱形数据中心,沉入苏格兰东北部的奥克尼群岛海底。这个装置包裹着 864 台服务器,可以存储 27.6PB 的数据。

  海兰信的选择和微软一样,将数据中心沉入海底。因为将服务器放在水中后,可以利用水散热性良好的特点,帮助服务器更好地散热。

  海兰信的海底数据中心由岸站、海底光电复合缆、海底分电站及海底数据舱组成。岸站通过复合海缆向海底分电站输电,海底分电站进行高压变电并实现智能化的设备配电,将产生的热量通过冷却系统散入海水中。数据舱中的IT设备通过海底光电复合缆与岸站联通,接入互联网,进而实现数据的多种应用。

  海底数据中心主体结构为罐体结构(数据舱),电气设备、冷却系统均布置在罐体内部,罐内充满惰性气体。罐体顶部为海水冷却系统,主要包括海水泵和过滤系统。冷却系统利用管道将海水和热管系统将服务器的热量带走,然后排回大海,与周围水流融合冷却。

  该公司称,每个数据舱设计值为490千瓦的IT负载,可以容纳14个机柜,每个机柜负载35千瓦,相比传统陆上数据中心功率密度提高5至7倍。

  海兰信集团副总裁徐坦说:“数据分析进一步证明了海底数据中心的综合优势,包括低能耗、低建设成本、省地、无需消耗淡水、低时延、高可靠性以及模块化生产,可快速部署。”

  对海洋环境影响不大 

  清华大学传热与能源利用北京重点实验室发布的《海兰信海底数据中心能效测试报告》显示,海底数据中心以海水为自然冷源,基于分离式热管可实现在南方沿海高热地区数据中心的高效冷却。经小试样机实际入海运行测试,在海水温度低于25℃时,可维持舱体环境温度低于35℃,满足服务器运行要求。经小试样机实际入海运行测试,海底数据中心PUE值可达1.076,达到世界先进数据中心能效水平。

  青岛环:Q蠊こ炭辈煅芯吭撼鼍叩摹逗5资葜行暮Q笊肪秤跋炱拦辣ǜ妗啡衔,样机对测试海域的海洋生态环境友好,出水口最高温升仅2℃,且影响范围仅为设备周边,基本不会对海区内海洋生物产生负面影响。

  “PUE值并非科学研究所用的严谨指标,但这个行业里都在用,我们也就使用这一指标来衡量数据中心的能效水平。”李震解释说,“PUE指能源使用效率,是人们投入数据中心的所有电能和消耗在IT设备上电能的比值。PUE的理想值是‘1’,PUE值越大,代表其能效越差,需要有更多电量投到额外的、不得不用的地方。”

  数据中心运行会产生大量热,通常需要用空调系统来冷却、通风和除湿。此外,还要有变压器、配电系统、UPS等辅助设施,这些设备要消耗大量电能。为节能减排,不少企业选择低温环境部署数据中心,以减少机械制冷的损耗。

  互联网数据中心发布的《2019中国企业绿色计算与可持续发展研究报告》显示,中国企业数据中心能源使用效率值有明显改善,PUE值大于2.0的中国企业从2012年的34.6%下降到2019年的2%,但依然有85%的受访企业数据中心的能源使用效率在1.5至2.0之间。

  “目前数据中心的PUE值大多为1.3~1.5之间,海兰信的海底数据舱PUE值为1.076,意思是投入1.076度电中,有0.076度消耗在辅助设备上。相比而言,这是个很低的数字。”李震说。

  针对海底数据舱影响环境的问题,中国工程院院士、中国海洋大学副校长李华军表示并未专门进行过研究,但“局部影响肯定会有”。

  “实际上,任何海洋工程或设施装置对环境都有影响。”李华军说,“只不过从目前公布的数据看,海底数据舱的影响是局部的,人们也不会在海底部署太多这样的数据舱,因此不会有太大的影响。”

  提供一种新的可能 

  去年,在全球抗击新冠肺炎疫情的背景下,数字经济加速发展,数据中心建设也被中央正式列入新基建战略。业内人士指出,数据中心既是新基建的重要组成部分,又是“新基建的基础设施”。随着5G、工业互联网、人工智能等为代表的数字技术融合发展,数据中心会更广泛地带动企业、资本等各方面的投入。

  赛迪发布的《中国“新基建”发展研究报告》称,到2025年,数据中心将占全球能耗的最大份额,高达33%。据统计,我国数据中心耗电量已连续8年以超过12%的速度增长。2018年我国三峡发电量、上海市用电量、数据中心总用电量分别为1016亿、1567亿、1609亿千瓦时。其中数据中心总用电量已超过上海市,相当于1.6个三峡发电站。《绿色数据中心白皮书》估计,2020年我国数据中心总用电量超过2900亿千瓦时。

  去年9月,微软将两年前沉入苏格兰奥克尼群岛海底的数据舱打捞上来。经过研究人员评估,其各方面的性能要优于传统的数据中心,并且在水中的故障率是在陆地的八分之一。微软认为,更高的可靠性可能与数据中心没有人类干扰、没有氧气被泵入有关。

  微软海底数据舱项目负责人Ben Cutler 表示,虽然服务器维修时要将数据舱升到海面上进行,比陆地上困难得多,但超低的故障率表明将数据中心沉入海底是可行的,而且是环保、经济的解决方案。

  “数据中心故障中,有70%是人为因素引起。海底数据舱恒温、恒湿、恒压、无氧、无尘,无人鼠侵害,避免了诱发因素。”徐坦说,“此外,海兰信采取完善的监控系统以保障数据中心的安全运行,包括海底网监控系统、水下自主航行器、海面无人艇巡逻系统、海岸雷达监控系统,以及低空超轻型无人机系统等。”

  由于经济发展地域性特点,我国数据中心需求主要集中在东部、南部沿海城市群地带,其地理上多处于中低纬度区域,年平均气温相对较高,不利于数据中心自然散热,因此发展海洋水下数据舱、海底数据中心具有较大的潜在商业价值。

  “利用外部空气冷却、水循环等自然冷却是发展方向。但采用什么冷却方案,要考虑数据中心的规模、地理位置、环保要求等多种因素,采用新技术实现精准冷却,节能减排。”李震说,“海底数据中心技术的发展为这个行业的发展提供了一种新的可能。我国幅员辽阔,自然条件和经济发展情况差别较大,企业可以根据自己的具体情况做出选择。”

  
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