绿色IDC数据中心建设高密机柜解决方案

1、问题描述

随着高功率服务器等越来越多的应用，高功率设备的发热量比普通IT设备高出1倍或者更多，如果将这些高功率负载密集地摆放在一个机柜内，很容易会出现一个高密设备群并形成一个巨大的发热群体，这种情况最容易导致数据中心出现局部热点，IT管理人员则被迫的不得不降低整个机房环境的温度或是添加专门的制冷设备，来处理这个局部发热点。然而经过多年的实践和理论证明，在一个设计不合理的数据中心内，60%的空调机冷送风由于气流组织的不合理而被浪费了。这种浪费主要体现在冷热空气相混合现象和空调冷送风的浪费现象；这两种现象大大降低了空调制冷的效率。其中，冷热空气相混合现象指的是由设备产生的热空气和空调机的冷送风相混合从而提高了设备的进风温度；空调冷送风的浪费现象则指的是从空调机的冷送风并未进入设备,并对设备冷却而直接回流到空调机的现象。冷热空气混合现象也是导致数据中心温度不一致的主要原因，并且这种现象也大大降低了数据中心空调的制冷效率和制冷能力。本次工程建设5KW、7KW及以上高密机柜，具体可通过以下几种主要手段解决此问题。

2、冷热通道隔离技术

要解决高密机柜散热问题，首先最简单的方式就是机柜面对面摆放形成冷风通道，背靠背摆放形成热风通道，这样会有效的降低冷热空气混流，减低空调使用效率。如下图所示：

冷热通道完全隔离

业内在选取具体隔离冷通道或者隔离热通道时存在两种态度；这两种方式都将空调的冷送风和热回风隔离开来，并使空调机回风温度提高以此来提高空调的制冷效率，区别主要是可扩展性，散热管理和工作环境的适宜性。

隔离冷通道的可扩展性主要是受地板下送风和如何将地板下冷风送入多个隔离冷通道的制约。很多人认为只要当空调机的出风量能满足设备的散热风量即可，但是他们忽略了高架地板下冷送风对于多个隔离通道的压力降和空间的限制。相反的隔离热通道则是使用整个数据中心作为冷风区域来解决这个问题，正因为这样扩大冷通道的空间。隔离热通道相比于隔离冷通道有着更多空调冗余性能，多出的热通道空间将会在空调系统出现故障时能多出几分钟的宝贵维修时间。而且随着服务器设备的散热能力的提高，服务器所需的散热风量将会大大的减少。现在很多服务器的热风的出风温度可到达到55o C。隔离冷通道的未被隔离部分空间的温度将会比传统数据中心大大的提高，这将增加数据中心工作人员的舒适度和减少数据中心其他设备的使用寿命。所以，虽然这两种方法都可以提高空调使用效率，但是相比较起来，隔离热通道比隔离冷通道的效率更高、适用性更好。

可见，优化数据中心气流管理可以降低操作成本和递延资本成本。此外，有效的管理气流还可以在不增加新的冷却设备情况下增加服务器密度。

第一，空调机与机柜排垂直摆放且避开冷通道。当功率密度高时，空调机应分散安装。

第二，在高功率密度数据中心，应该适当铺活动地板和调节出风口的出风速度。增加静压在总压中的比例，使冷风在地板下均匀分布。再通过送风口上设置的风量调节阀，调节每个机柜前风口地板的通风面积和风速，从而达到机柜需求供给合适的风量，以此提高空调的效率。

第三，可在空调机顶部安装回风道，并在热通道上方设置回风口。可以更有效地减少热空气回流，使机房内上下温度平均。

在德国慕尼黑大学的国家超级计算机HLRB-II数据中心里，这种做法得到了升华，他们将回风道延伸到了热通道两端的上方。这种方法能够使热气流被快速大量的抽走，但是这对风道的横截面积和风速的计算都要求比较精确，防止热空气回流。并在冷热通道的两端添加了出风口，冷却少量从热通道两侧溢出的热空气，防止冷热空气混合，降低制冷效率。

3、应用虚拟化技术

虚拟化是新一代数据中心使用最为广泛的技术，也是其与传统数据中心的最大差异。在新一代数据中心，通过服务器虚拟化、网络虚拟化、应用虚拟化等解决方案，不仅可以帮助企业或机构减少服务器数量、优化资源利用率、简化管理，还可以帮助企业或机构实现动态IT基础设施环境，从而降低成本、快速响应业务需求的变化。

虚拟化分为硬件虚拟化和软件虚拟化两大部分：

硬件虚拟化体现了硬件即服务的理念，只有规模大的企业或IT投资较大的大中型企业才有可能从硬件虚拟化中受益。而对于IT投资不足的中小型企业，硬件虚拟化带来的效益可能和部署硬件虚拟化带来的成本持平。

软件虚拟化技术可适用于各个层次的企业，具有广泛适用性。对拥有数据中心的大型企业，可以同时使用硬件虚拟化和软件虚拟化技术，并同时获得两者带来的优势和效益;对于没有数据中心的中小型企业，使用软件虚拟化技术的性价比更高。

现在业内的数字表明，很多服务器的利用率很低。例如，在基于x86服务器环境中，Windows和Linux服务器利用率一般低于CPU资源的15%;很多UNIX服务器只利用了15~25%;这意味着服务器有75~90%的时间在消耗电源和冷却资源，却不完成任何工作。虚拟化和合并能力使您能够将多个服务器上的工作负载合并到单个服务器上，使服务器利用率提高到50~70%，并且潜在地以削减的成本在x86和UNIX服务器上完成4到6倍的工作。

4、刀片式服务器

高密度配置的目的是将尽可能多的服务器放置在尽可能小的空间。按照这种思路，刀片式服务器是理想的选择，因为某些刀片式服务器放置在10U的机架内，而同等规模的普通服务器却需要占用16U的机架。

在很多情况下，刀片服务器具有与适用于1U或2U机架的普通服务器一样强大的性能，因此可以在不牺牲电量的同时扩大配置密度。当然刀片式服务器有一个典型的特点就是其磁盘扩展选项相对要少一些，但目前已可以通过SAN来巩固其存储性能而使这一缺点变得微乎其微。