低碳时代,看戴尔如何助力数据中心实现节能减排

日期: 2022-09-21
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“拉闸限电”这个曾消失在大众视野多年的词,在这个夏天又回来了。

在过去的半个月里,整个长江以南地区都遭遇到了前所未有的用电荒,其中以成渝地区为代表的高温更胜一筹,甚至连远在千里之外、灯火辉煌的上海外滩都受到了影响。针对大范围的持续高温,联合国政府间气候变化专门委员会和世界气象组织发布均指出——未来7-22年,全球温度可能升高1.5摄氏度,高温热浪有可能延续较长时间。

低碳时代,看戴尔如何助力数据中心实现节能减排

这不能不引起我们的警惕,毕竟保护地球环境关乎每个人的生活与健康。而在今年5月10日,我国政府发布了《国家适应气候变化战略2035》,计划到2035年要基本建成“气候适应型社会”,尤其要从“减缓”和“适应”两方面共同努力。这也意味着,要避免高温热浪等极端天气的常态化,就需要人类采取共同行动,迅速减少温室气体排放,发展低碳清洁能源、增加碳汇,改变生活方式等等有力措施,这其中的核心就是“碳排放”。

从国家到产业对于降碳的需求与节能规划

从今年开始,“碳排放”这个词出现的频率越来越多,我们从各种渠道也开始了解到“碳排放”的价值所在。其实早在2020年9月,中国就明确提出了2030年“碳达峰”与2060年“碳中和”目标,并在随后陆续颁布了《关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》以及《2030年前碳达峰行动方案》等多份重要文件的相继出台,并成为了国家级的战略规划。而在今年大火的“东数西算”战略中,“碳排放”也作为了重要环节,从战略的实质层面就强调了能效的概念。虽然西部地区有些强大的能源支撑,但是在国家公布的布局中,依然将碳排放作为衡量数据中心价值的重要标准之一。

低碳时代,看戴尔如何助力数据中心实现节能减排

作为“碳排放”的大户,数据中心的耗电量非常惊人。根据国家统计局的公开数据显示,仅在2020年国内数据中心年耗电量就已经到了为2045亿千瓦时,占全社会用电量的2.7%,超过了三峡水电站一年的发电量。而对于数据中心而言,IT和空调制冷设备是数据中心的主要能耗来源,两者通常占数据中心总能耗的85%。换句话说,如果能够通过技术手段改进数据中心耗电特别是IT基础设施和制冷设备的耗电量,降低数据中心的整体PUE(电源使用效率,Power Usage Effectiveness),就能够节省大量的能源。哪怕是小数点后的每一个百分数的降低,对于全社会的节能来说都是大有裨益。

因此各地也陆续出台的针对数据中心能耗的要求和管理办法。比如早在去年,北京、上海、深圳等一线城市就要求新建数据中心的能耗值PUE不高于1.3,这个数字虽然看起来并不多,但要知道就在三年前,IDC发布的《2019中国企业绿色计算与可持续发展研究报告》中,依然有85%的受访企业数据中心的能源使用效率在1.5-2.0之间,这也意味着数据中心降低PUE的道路并不平坦。这其中最关键的,就是如何有效降低IT基础设施的耗电量,如何提升它们的利用效率和散热效果。而这,对于IT基础设施服务商来说,提出了更高的技术要求。

为此,戴尔也给出了自己的答案——包括风冷、液冷在内的多形态的智能冷却方案与为OpenManage Enterprise Power Manager一体化的管理平台。

戴尔智能冷却方案打造多元化降碳

正如我们在前面谈到的——数据中心最大的问题是什么?耗电。而为了降低数据中心的能耗,最大限度的将电力用在计算上,整个行业可谓是“操碎了心”,也提供了不同的解决方案,比如戴尔的智能冷却方案也给了用户更多的选择。具体到目前的戴尔第15代PowerEdge服务器系列来说,它通过设计优化与软件适配,相比上一代的产品已经实现了碳排放的大幅度降低。

来自戴尔官方数据显示其节能效果可以达到17%~30%,即在同能能耗的情况下性价比可以提高14%~35%。这是一项非常了不起的成就,这也离不开戴尔智能冷却方案的多元化降碳应用。结合当下绿色环保的主题,戴尔从服务器设计到散热方案都有所革新,并提供了三种服务器散热解决方案,针对不同行业、不同场景下的客户应用需求。

低碳时代,看戴尔如何助力数据中心实现节能减排

风冷是数据中心最常用的散热方式,如今更多的数据中心通过封闭冷通道或者热通道实现空气流动与冷气利用的最大化,也保障了数据中心的散热效果。不过戴尔似乎并不满足这一点,而是在风冷散热方面加入了更多的革新手段,比如PowerEdge服务器系列特色的“多矢量冷却”技术,它由控制算法、热和功率传感器、组件映射风扇分区和气流导流罩组成,可平衡和智能地引导气流穿过对称排列的关键子系统。

除了具有成本效益的标准风扇外,戴尔科技还设计了多层高性能风扇,以提高系统的冷却能力。并且,优化的戴尔CPU散热片不仅提高了CPU的散热能力,还能简化机箱内的气流和空气温度分布。另外,T形系统主板布局和位于机箱每个角落的PSU可改善气流的平衡和系统的冷却效果,从而提高系统的冷却效率。

最后,戴尔科技在机架的PDU侧规划了更好的电缆布线设计,其中电源线可由网格分配加以隔离,从而实现冗余。也正是得益于这些优势,戴尔在传统风冷散热的基础上融入了更多智能化的元素,也让散热变得更高效。

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相比风冷,液冷是当下热门的方式,戴尔也提供了当下主流的冷板式和浸没式两种液冷解决方案供客户选择。这其中,冷板式液冷经过多年的发展,已经在业内获得了许多客户的认可,并凭借更便捷的部署方式受到不少客户的欢迎。来自戴尔的测试数据显示,其冷板式液冷的散热效率是空气效率的5倍,同时冷板式液冷也没有传统风冷的轴承寿命等问题,提供了更长时间的稳定运行选择,也更具前瞻性。

更需要提到的就是戴尔特色的泄露感应技术,它解决了最困扰用户的安全问题——如果发生冷却剂泄漏,系统的泄漏传感器将在iDRAC系统中记录警报;并能够针对错误侦测结果设置对策,以便有效地采取行动,例如发出警报或关闭服务器电源。

如今,结合第15代PowerEdge服务器的性能优势,戴尔也为包括AMD平台在内的多款产品提供了液冷解决方案,它们包括了1U规格R6515和R6525、2U规格的R7515和R7525,以及C系列高密度服务器的C6525和专为GPU应用优化的XE8545等等,选择也非常丰富。

同时我们需要说明的是,相对于其他方案来说,AMD霄龙处理器平台在核心数量和性能表现上更具优势,也符合低碳数据中心的要求。如今主流的第三代霄龙处理器最大支持64个物理核心,这样的好处就是可以在单位密度内提供更高的计算密度,或者在同样成本下具备更强的算力性能和更低的空间占用率。如果我们以服务器5年的生命周期来考量,在性能一致的墙体下,在这段时间内使用AMD霄龙处理器平台的碳排放要比其他平台降低46%,其中服务器的成本可以降低34%、空间占用率降低约50%,而总TCO成本也可以降低33%。应该说,在使用了AMD霄龙处理器平台之后,PowerEdge服务器系列可以帮助更多的数据中心实现低碳运行,提供了更高的能效比。

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浸没式液冷是液冷应用的另一种形态,是一种典型的直接接触型液冷,它是将发热的电子元件浸没在冷媒中,依靠液体流动循环带走热量。因其良好的散热效果和出色的稳定性,近些年许多技术成熟的浸没式液冷产品也吸引了业界不少的目光。针对不同场景的需求,戴尔提供了包括单相浸没和双相浸没两种散热方式,技术积淀丰富。

单相浸没是一种利用油性液体的成熟解决方案,将系统放置在一个充满液体的容器中,该容器将100%的系统热量捕获到液体的容器中,所使用的流体与客户设施水CDU相连,冷却阈值限制在400W TDP,其优势在于成本低、部署简单。

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而双相浸没与单相浸没式一样也是浸没到充满液体的容器中,不同的是这种散热方式会发生气液两相转变,从而涉及到液体的蒸发、冷却等问题,这种技术的难点在于要考虑到相变带来的气压变化,但是双相浸没式的散热效果较好,可支持高达650W TDP的冷却容量,也非常适合在数据中心的大规模部署。

以上就是戴尔智能冷却技术提供的三种冷却形态,很难说哪种形态更有优势,因为它们的应用场景不同、客户基于成本等因素的选择不同,最终实现的效果也有差异。不过对于戴尔来说,无论在产品质量、销售量和售后服务都一直是全球领先的水平,而在液冷技术上戴尔也采用了开放式的策略,即同时支持各种液冷技术,以满足不同行业和不同需求的客户。所以更多时候,影响客户决策的是自身的使用场景和应用习惯,而并不存在技术上的厚此薄彼。

能效管理让降碳效果一目了然

刚刚我们在介绍风冷散热的时候,提到了对于系统架构碳排放的管理,这其中不仅仅是在散热层面,也包括了供电的精准化控制等等。这就必须要提到戴尔推出的一款名为OpenManage Enterprise Power Manager 3.0的软件。

其实从名字就可以看出,这是一款针对服务器电源管理的产品,它的主要工作原理是通过PowerEdge服务器中内置的iDRAC控制器对服务器的用电情况进行查看、测量和控制,以管理服务器的功耗,实现低碳节能。

相对于以往来说,新款软件收集服务器利用率测量数据以及地点信息和电力消耗数据,从而找出消耗大量能源或电力利用率不足的物理资源和虚拟资源。更进一步的帮助用户更好了解集群运行情况,规划服务器成本,达到节能降碳的效果。

测量数据中心的服务器、机架等设备能耗,通过预定义的设置减少非关键设备能耗,管控和管理包括处理器在内的设备运行状况,为单台服务器或集群设置功率上限……这些优势功能的引入都可以帮助数据中心运维者更好的实现能耗管理,也让数据中心的运行状态变得一目了然。同时,该款软件还具有根据各地的碳排放因子,来生成碳排放管理报告的功能,让管理员可以实时掌控和汇总数据中心碳排放的情况。

低碳时代,看戴尔如何助力数据中心实现节能减排

如今,戴尔的智能冷却方案已经广泛应用于多个领域中,除了传统的风冷散热之外,在液冷领域戴尔也在国内外多点开花。其中,曾经在TOP500榜单中世界排名第五的、位于美国德克萨斯高级计算中心TACC部署的液冷集群PUE可以达到1.03;而在国内,戴尔也帮助武汉某高校的超算数据中心通过浸没式液冷技术实现了1.049的超低PUE,推动中国科研应用的快速发展。

时至今日,节能降碳已经成为国家与产业的发展要求。我国承诺在2030年实现碳达峰、2060年实现碳中和,这不仅与每个人息息相关,更需要全社会的共同努力。作为数字化应用的引擎,数据中心在提供算力服务的同时,也承载了巨量的碳排放。而戴尔就希望通过智能冷却方案的广泛应用、能够借助自身的技术服务能力,最大化帮助行业优化应用,提升利用率,更好的践行“在中国,为中国”的理念。


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