服务器放在家里散热采用风冷式降温方法。目前,机房内的服务器散热方式通常采用风冷式降温方法。但是,在大型的数据中心,仅靠风冷已经不足以满足高热流密度服务器的散热要求。传统的风冷模式均采用间接接触冷却的方式进行,其具有传热过程复杂。
存在接触热阻及对流换热热阻,热阻总和大,换热效率较低,换热过程高低温热源间温差较大,需要较低的室外低温热源引导换热过程进行等多种弊端。
服务器简介
在技术意义上,服务器是计算机程序或设备的实例本质可以说是一种计算机,用于处理请求并通过Internet或本地网络将数据传送到另一台计算机。
服务器是用于管理网络资源。例如,用户可以设置服务器以控制对网络的访问,发送/接收电子邮件,管理打印作业或托管网站。
他们也擅长执行激烈的计算。某些服务器还致力于特定任务,通常称为专用任务。但是,如今的许多服务器都是共享服务器,在Web服务器的情况下,它们可以承担电子邮件,DNS,FTP甚至多个网站的责任。
惠普推动绿色刀片策略造绿色数据中心随着国家政策对节能降耗要求的提高,节能降耗正成为国家、全社会关注的重点。而IT能耗在所有的电力使用当中所占比重的不断上升,已经使其成为社会提倡节能降耗主要领域之一。做为全球领先的IT公司和一家具有强烈社会责任感的企业,惠普公司积极倡导“绿色IT”的理念,并加大研发,推出了一系列的针对绿色IT的创新技术和产品。10月26日,惠普公司在香山饭店举办了“绿色刀片”的研讨会,介绍了惠普公司新一代数据中心以及新一代刀片系统BladeSystem c-Class在供电散热等方面的绿色创新技术以及环保节能优势,并推出了针对绿色数据中心的完整解决方案。
长期以来,更强大的数据中心处理能力一直是我们追求的目标。但在能源开销与日俱增的今天,处理能力发展的另一面是需要消耗更多的资源。而且随着服务器密度的不断增大,供电需求也在相应增加,并由此产生了更多的热量。在过去的十年中,服务器供电密度平均增长了十倍。据IDC预测,到2008年IT采购成本将与能源成本持平。另一方面,数据中心的能耗中,冷却又占了能耗的60%到70%。因此,随着能源价格的节节攀升,数据中心的供电和冷却问题,已经成为所有的数据中心都无法回避的问题。
惠普公司十几年来一直致力于节能降耗技术的研究,并致力于三个层面的创新:一是数据中心层面环境级的节能技术;二是针对服务器、存储等IT产品在系统层面的绿色设计;三是对关键节能部件的研发,如供电、制冷、风扇等方面的技术创新。目前,来自惠普实验室的这些创新技术正在引领业界的绿色趋势。针对数据中心环境层面,惠普推出了全新的动态智能冷却系统帮助客户构建新一代绿色数据中心或对原有数据中心进行改造;在设备层面,惠普的新一代绿色刀片服务器系统以能量智控(Thermal Logic)技术以及PARSEC体系架构等方面的创新成为未来数据中心节能的最关键基础设施;同时这些创新技术体现在一些关键节能部件上,如Active Cool(主动散热)风扇、动态功率调整技术(DPS, Dynamic Power Saver)等。惠普公司的绿色创新将帮助客户通过提高能源效率来降低运营成本。
HP DSC精确制冷 实现绿色数据中心
传统数据中心机房采用的是平均制冷设计模式,但目前随着机架式服务器以及刀片服务器的出现和普及,数据中心出现了高密度服务器与低密度混合的模式,由于服务器的密度不均衡,因而产生的热量也不均衡,传统数据中心的平均制冷方法已经很难满足需求。造成目前数据中心的两个现状:一是目前85%以上的机房存在过度制冷问题;二在数据中心的供电中,只有1/3用在IT设备上,而制冷费用占到总供电的2/3 。因此降低制冷能耗是数据中心节能的关键所在。
针对传统数据中心机房的平均制冷弊端,惠普推出了基于动态智能制冷技术的全新解决方案——“惠普动态智能冷却系统”(DSC, Dynamic Smart Cooling)。动态智能冷却技术的目标是通过精确制冷,提高制冷效率。DSC可根据服务器运行负荷动态调控冷却系统来降低能耗,根据数据中心的大小不同,节能可达到20 %至45%。
DSC结合了惠普在电源与冷却方面的现有创新技术,如惠普刀片服务器系统 c-Class架构的重要组件HP Thermal Logic等技术,通过在服务器机架上安装了很多与数据中心相连的热能探测器,可以随时把服务器的温度变化信息传递到中央监控系统。当探测器传递一个服务器温度升高的信息时,中央监控系统就会发出指令给最近的几台冷却设备,加大功率制冷来降低那台服务器的温度。当服务器的温度下降后,中央监控系统会根据探测器传递过来的新信息,发出指令给附近的冷却设备减小功率。惠普的实验数据显示,在惠普实验室的同一数据中心不采用DSC技术,冷却需要117千瓦,而采用DSC系统只需要72千瓦。
惠普刀片系统:绿色数据中心的关键生产线
如果把数据中心看作是一个“IT工厂”,那么“IT工厂”节能降耗不仅要通过DSC等技术实现“工厂级”环境方面的节能,最重要的是其中每一条“生产线”的节能降耗,而数据中心的生产线就是服务器、存储等IT设备。目前刀片系统以节约空间、便于集中管理、易于扩展和提供不间断的服务,满足了新一代数据中心对服务器的新要求,正成为未来数据中心的重要“生产线”。因此刀片系统本身的节能环保技术是未来数据中心节能降耗的关键所在。
惠普公司新一代绿色刀片系统HP BladeSystem c-Class基于工业标准的模块化设计,它不仅仅集成了刀片服务器和刀片存储,还集成了数据中心的众多要素如网络、电源/冷却和管理等,即把计算、存储、网络、电源/冷却和管理都整合到一起。同时在创新的BladeSystem c-Class刀片系统中,还充分考虑了现代数据中心基础设施对电源、冷却、连接、冗余、安全、计算以及存储等方面的需求。
在标准化的硬件平台基础上,惠普刀片系统的三大关键技术,更令竞争对手望尘莫及。首先是惠普洞察管理技术——它通过单一的控制台实现了物理和虚拟服务器、存储、网络、电源以及冷却系统的统一和自动化管理,使管理效率提升了10倍,管理员设备配比达到了1:200。第二是能量智控技术——通过有效调节电力和冷却减少能量消耗,超强冷却风扇相对传统风扇降低了服务器空气流40%,能量消耗减少50%。最后是虚拟连接架构——大大减少了线缆数量,无需额外的交换接口管理。允许服务器额外增加、可替代、可移动,并无需管理员参与SAN和LAN的更改。
目前,惠普拥有完整的刀片服务器战略和产品线,既有支持2路或4路的ProLiant刀片服务器,也有采用安腾芯片的Integrity刀片系统,同时还有存储刀片、备份刀片等。同时,惠普BladeSystem c-Class刀片服务器系统已得到客户的广泛认可。根据IDC发布的2006年第四季度报告显示,惠普在刀片服务器的工厂营业额和出货量方面都占据了全球第一的位置。2007年第二季度,惠普刀片市场份额472%,领先竞争对手达15%,而且差距将会继续扩大。作为刀片市场的领导者,惠普BladeSystem c-Class刀片系统将成为数据中心的关键基础设施。
PARSEC体系架构和能量智控:绿色生产线的两大核心战略
作为数据中心的关键基础设施,绿色是刀片系统的重要发展趋势之一,也是数据中心节能的关键所在。HP BladeSystem c-Class刀片系统的创新设计中,绿色就是其关键创新技术之一,其独特的PARSEC体系架构和能量智控技术就是这条绿色生产线的两大关键技术。
HP PARSEC体系结构是惠普刀片系统针对绿色策略的另一创新。目前机架服务器都采用内部几个小型局部风扇布局,这样会造成成本较高、功率较大、散热能力差、消费功率和空间。HP PARSEC(Parallel Redundant Scalable Enterprise Cooling)体系结构是一种结合了局部与中心冷却特点的混合模式。机箱被分成四个区域,每个区域分别装有风扇,为该区域的刀片服务器提供直接的冷却服务,并为所有其它部件提供冷却服务。由于服务器刀片与存储刀片冷却标准不同,而冷却标准与机箱内部的基础元件相适应,甚至有时在多重冷却区内会出现不同类型的刀片。配合惠普创新的 Active Cool风扇,用户就可以轻松获得不同的冷却配置。惠普风扇设计支持热插拔,可通过添加或移除来调节气流,使之有效地通过整个系统,让冷却变得更加行之有效。
惠普的能量智控技术(Thermal Logic)是一种结合了惠普在供电、散热等方面的创新技术的系统级节能方法,该技术提供了嵌入式温度测量与控制能力,通过即时热量监控,可追踪每个机架中机箱的散热量、内外温度以及服务器耗电情况,这使用户能够及时了解并匹配系统运行需求,与此同时以手动或自动的方式设定温度阈值。或者自动开启冷却或调整冷却水平以应对并解决产生的热量,由此实现最为精确的供电及冷却控制能力。通过能量智控管理,客户可以动态地应用散热控制来优化性能、功耗和散热性能,以充分利用电源预算,确保灵活性。采用能量智控技术,同样电力可以供应的服务器数量增加一倍,与传统的机架堆叠式设备相比,效率提升30%。在每个机架插入更多服务器的同时,所耗费的供电及冷却量却保持不变或是减小,整体设计所需部件也将减少。
Active Cool风扇、DPS、电源调整仪:生产线的每个部件都要节能
惠普BladeSystem c-Class刀片系统作为一个“绿色生产线”,通过能量智控技术和PARSEC体系架构实现了“生产线”级的节能降耗,而这条生产线上各组成部件的技术创新则是绿色生产线的关键技术保障。例如,深具革新意义的Active Cool风扇,实现智能电源管理的ProLiant 电源调整仪以及动态功率调整等技术。
风扇是散热的关键部件。风扇设计是否越大越好?答案是否定的。市场上有的刀片服务器产品采用了较大型的集中散热风扇,不仅占用空间大、噪音大,冗余性较差、有漏气通道,而且存在过渡供应、需要较高的供电负荷。
惠普刀片服务器中采用了创新的Active Cool(主动散热)风扇。Active Cool风扇的设计理念源于飞行器技术,体积小巧,扇叶转速达136英里/小时,在产生强劲气流的同时比传统型风扇设计耗电量更低。同时具有高风量(CFM)、高风压、最佳噪音效果、最佳功耗等特点,仅使用100瓦电力便能够冷却16台刀片服务器。这项深具革新意义的风扇当前正在申请20项专利。Active Cool风扇配合PARSEC散热技术,可根据服务器的负载自动调节风扇的工作状态,并让最节能的气流和最有效的散热通道来冷却需要的部件,有效减少了冷却能量消耗,与传统散热风扇相比,功耗降低66%,数据中心能量消耗减少50%。
在供电方面,同传统的机架服务器独立供电的方式相比,惠普的刀片系统采用集中供电,通过创新的ProLiant 电源调整仪以及动态功率调整等技术实现了智能电源管理,根据电源状况有针对性地采取策略,大大节省了电能消耗。
ProLiant 电源调整仪(ProLiant Power Regulator)可实现服务器级、基于策略的电源管理。电源调整议可以根据CPU的应用情况为其提供电源,必要时,为CPU应用提供全功率,当不需要时则可使CPU处于节电模式,这使得服务器可以实现基于策略的电源管理。事实上可通过动态和静态两种方式来控制CPU的电源状态,即电源调整议即可以设置成连续低功耗的静态工作模式,也可以设置成根据CPU使用情况自动调整电源供应的动态模式。目前电源调整议可适用于AMD或英特尔的芯片,为方便使用,惠普可通过iLO高级接口显示处理器的使用数据并通过该窗口进行配置 *** 作。电源调整议使服务器在不损失性能的前提下节省了功率和散热成本。
惠普创新的动态功率调整技术(DPS, Dynamic Power Saver)可以实时监测机箱内的电源消耗,并根据需求自动调节电源的供应。由于电源在高负荷下运转才能发挥最大效力,通过提供与用户整体基础设施要求相匹的配电量, DPS进一步改进了耗电状况。例如,当服务器对电源的需求较少时,可以只启动一对供电模块,而使其它供电模块处于stand by状态,而不是开启所有的供电单元,但每个供电单元都以较低的效率运行。当对电源需求增加时,可及时启动STAND BY的供电模块,使之满足供电需求。这样确保了供电系统总是保持最高效的工作状态,同时确保充足的电力供应,但通过较低的供电负荷实现电力的节约。通过动态功率调整技术,每年20个功率为0075/千瓦时的机箱约节省5545美元。
结束语
传统数据中心与日俱增的能源开销备受关注,在过去十年中服务器供电费用翻番的同时,冷却系统也为数据中心的基础设施建设带来了空前的压力。为了解决节节攀升的热量与能源消耗的难题,惠普公司创新性地推出了新一代绿色刀片系统BladeSystem c-Class和基于动态智能制冷技术DSC的绿色数据中心解决方案,通过惠普创新的PARSEC体系架构、能量智控技术(Thermal Logic)以及Active Cool风扇等在供电及散热等部件方面的创新技术来降低能耗,根据数据中心的大小不同,这些技术可为数据中心节能达到20 %至45%。
当前,为推进IT支撑系统集约化建设和运营,进一步发挥集中化能力优势,IT云成为运营商IT支撑系统建设的基础架构。但在IT云资源池部署过程中,服务器技术面临多个新挑战,主要体现在以下3个方面。
在性能方面,人工智能(AI)应用快速扩张,要求IT云采用高性能GPU服务器。AI已在电信业网络覆盖优化、批量投诉定界、异常检测/诊断、业务识别、用户定位等场景规模化应用。AI应用需求的大量出现,要求数据中心部署的服务器具有更好的计算效能、吞吐能力和延迟性能,以传统通用x86服务器为核心的计算平台显得力不从心,GPU服务器因此登上运营商IT建设的历史舞台。
在效率成本方面,IT云部署通用服务器存在弊端,催生定制化整机柜服务器应用需求。在IT云建设过程中,由于业务需求增长快速,IT云资源池扩容压力较大,云资源池中的服务器数量快速递增,上线效率亟需提高。同时,传统通用服务器部署模式周期长、部署密度低的劣势,给数据中心空间、电力、建设成本和高效维护管理都带来了较大的挑战。整机柜服务器成为IT云建设的另一可选方案。
在节能方面,AI等高密度应用场景的快速发展,驱动液冷服务器成为热点。随着AI高密度业务应用的发展,未来数据中心服务器功率将从3kW~5kW向20kW甚至100kW以上规模发展,传统的风冷式服务器制冷系统解决方案已经无法满足制冷需求,液冷服务器成为AI应用场景下的有效解决方案。
GPU服务器技术发展态势及在电信业的应用
GPU服务器技术发展态势
GPU服务器是单指令、多数据处理架构,通过与CPU协同进行工作。从CPU和GPU之间的互联架构进行划分,GPU服务器又可分为基于传统PCIe架构的GPU服务器和基于NVLink架构的GPU服务器两类。GPU服务器具有通用性强、生态系统完善的显著优势,因此牢牢占据了AI基础架构市场的主导地位,国内外主流厂商均推出不同规格的GPU服务器。
GPU服务器在运营商IT云建设中的应用
当前,电信业开始推动GPU服务器在IT云资源池中的应用,省公司现网中已经部署了部分GPU服务器。同时,考虑到GPU成本较高,集团公司层面通过建设统一AI平台,集中化部署一批GPU服务器,形成AI资源优化配置。从技术选型来看,目前运营商IT云资源池采用英伟达、英特尔等厂商相关产品居多。
GPU服务器在IT云应用中取得了良好的效果。在现网部署的GPU服务器中,与训练和推理相关的深度学习应用占主要部分,占比超过70%,支撑的业务包括网络覆盖智能优化、用户智能定位、智能营销、智能稽核等,这些智能应用减少了人工投入成本,提升了工作效率。以智能稽核为例,以往无纸化业务单据的人工稽核平均耗时约48秒/单,而AI稽核平均耗时仅约5秒/单,稽核效率提升达 90%。同时,无纸化业务单据人工稽核成本约15元/单,采用GPU进行AI稽核成本约0048元/单,稽核成本降低达968%。
整机柜服务器发展态势及在电信业的应用
整机柜服务器技术发展态势
整机柜服务器是按照模块化设计思路打造的服务器解决方案,系统架构由机柜、网络、供电、服务器节点、集中散热、集中管理6个子系统组成,是对数据中心服务器设计技术的一次根本性变革。整机柜服务器将供电单元、散热单元池化,通过节约空间来提高部署密度,其部署密度通常可以翻倍。集中供电和散热的设计,使整机柜服务器仅需配置传统机柜式服务器10%的电源数量就可满足供电需要,电源效率可以提升10%以上,且单台服务器的能耗可降低5%。
整机柜服务器在运营商IT云建设中的应用
国内运营商在IT云建设中已经推进了整机柜服务器部署,经过实际应用检验,在如下方面优势明显。
一是工厂预制,交付工时大幅缩短。传统服务器交付效率低,采用整机柜服务器将原来在数据中心现场进行的服务器拆包、上架、布线等工作转移到工厂完成,部署的颗粒度从1台上升到几十台,交付效率大大提升。以一次性交付1500台服务器为例,交付工作量可减少170~210人天,按每天配10人计算,现场交付时间可节省约17~21天。
二是资源池化带来部件数量降低,故障率大幅下降。整机柜服务器通过将供电、制冷等部件资源池化,大幅减少了部件数量,带来故障率的大幅降低。图1比较了32节点整机柜服务器与传统1U、2U服务器机型各自的电源部件数量及在一年内的月度故障率情况。由于32节点整机柜服务器含10个电源部件,而32台1U通用服务器的电源部件为64个,相较而言,整机柜电源部件数减少844%。由于电源部件数量的降低,32节点整机柜服务器相对于32台1U通用服务器的月度故障率也大幅缩减。
三是运维效率提升60%以上。整机柜服务器在工厂预制机柜布线,网络线缆在工厂经过预处理,线缆长度精确匹配,理线简洁,接线方式统一规范,配合运维标签,在运维中可以更方便简洁地对节点实施维护 *** 作,有效降低运维误 *** 作,提升运维效率60%以上,并大幅减少发生故障后的故障恢复时间。
液冷服务器技术发展态势及在电信业的应用
液冷服务器技术发展态势
液冷服务器技术也称为服务器芯片液体冷却技术,采用特种或经特殊处理的液体,直接或近距离间接换热冷却芯片或者IT整体设备,具体包括冷板式冷却、浸没式冷却和喷淋式冷却3种形态。液冷服务器可以针对CPU热岛精确定点冷却,精确控制制冷分配,能真正将高密度部署带到前所未有的更高层级(例如20kW~100kW高密度数据中心),是数据中心节能技术的发展方向之一,3种液冷技术对比如表1所示。
液冷服务器在运营商IT建设中的应用
液冷服务器技术目前在我国仍处于应用初期,产业链尚不完备、设备采购成本偏高、采购渠道少、电子元器件的兼容性低、液冷服务器专用冷却液成本高等问题是液冷服务器尚未大规模推广的重要原因。从液冷服务器在运营商数据中心领域的具体应用案例来看,运营商在IT云资源池规划和建设过程中,通常会对液冷服务器的发展现状、技术成熟度等进行分析论证。
考虑到目前液冷服务器规模化应用尚处于起步阶段,需要3~5年的引入期,因此暂时未在IT云资源池建设中进行大规模落地部署,但在部分地区有小规模应用,如中国移动南方基地数据中心已经开展液冷服务器试点应用,中国联通研究院也在开展边缘数据中心服务器喷淋式液冷系统的开发。未来,随着IT云建设规模、建设密度的继续攀升,以及液冷产业生态体系的逐步成熟,液冷服务器在IT云建设中将有更大的应用空间。
总体来看,运营商IT云资源池建设对服务器计算性能、延迟、吞吐、制冷、定制化、分布式部署等方面都提出了更高要求。未来,GPU服务器、定制化整机柜服务器、液冷服务器等新兴服务器技术将快速迭代,为运营商数据中心服务器技术的发展和演进带来新的思路和路径。
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