工業冷水機組液體(ti)冷卻方(fang)案有望進(jin)入更多(duo)的企業(ye)數據中(zhong)心(xin)。在本(ben)文(wen)中(zhong)，我們就(jiu)將從五個(ge)方(fang)面的原因入手與廣(guang)大(da)讀(du)者朋友們共同(tong)展開探討。
當前，那些在傳(chuan)統(tong)上(shang)曾經主要是(shi)被用于(yu)大(da)型主機和學術(shu)型超級計(ji)算(suan)機的(de)(de)(de)工業(ye)冷(leng)水機組(zu)液體冷(leng)卻方案可能很快(kuai)就會(hui)滲透到更(geng)(geng)多的(de)(de)(de)企(qi)(qi)業(ye)級數(shu)據中心了。現如今，有鑒于(yu)新的(de)(de)(de)、要求更(geng)(geng)高(gao)的(de)(de)(de)企(qi)(qi)業(ye)工作負(fu)載正在持續(xu)的(de)(de)(de)推高(gao)數(shu)據中心服務器機架的(de)(de)(de)功率密度，使得企(qi)(qi)業(ye)數(shu)據中心的(de)(de)(de)管理運營人員們迫(po)切需要尋(xun)找比空氣冷(leng)卻系統(tong)更(geng)(geng)有效的(de)(de)(de)替代(dai)方案。
我們(men)(men)已經采訪(fang)了一(yi)系列(lie)的數據中(zhong)心操作運營(ying)人員(yuan)和供應商，詢問(wen)了他(ta)們(men)(men)關于將液體冷卻方案推廣到主流應用的看法。受(shou)訪(fang)者(zhe)中(zhong)的一(yi)部(bu)分人并不(bu)想透露(lu)其(qi)所(suo)在(zai)數據中(zhong)心所(suo)采用的具體的應用程序，并聲稱他(ta)們(men)(men)將這些工作負載及其(qi)冷卻方式視為其(qi)所(suo)在(zai)企業的競爭(zheng)優(you)勢(shi)。
一系列的超大規模云服務運營商，包括諸如微軟、谷歌的母公司Alphabet、臉書Facebook和百度，已經組建起了一只專門致力于打造采用工業冷水機組液體(ti)冷卻(que)服務(wu)器(qi)(qi)機架的(de)開(kai)放式規范的(de)群體(ti)，但該群體(ti)目前并沒有(you)說明(ming)他們將會使用(yong)(yong)的(de)具體(ti)方(fang)案(an)。然而，在這些超大規模數據中心中，至少有(you)一類工(gong)作負載明(ming)顯需要采用(yong)(yong)液體(ti)冷卻(que)方(fang)案(an)，即：由GPU加速的(de)機器(qi)(qi)學(xue)習系統(或者(zhe)對于谷歌公司(si)而言，便是(shi)其(qi)最新(xin)的(de)TPU張量處理器(qi)(qi)，該公司(si)曾公開(kai)表示其(qi)TPU現(xian)在使用(yong)(yong)的(de)是(shi)直接冷卻(que)芯片的(de)液體(ti)冷卻(que)設計(ji))。
盡管當前的企業數據中心運營商們對于工業冷水機組液體冷卻方(fang)案的采(cai)用(yong)這一(yi)主(zhu)題感到疑慮(lv)和擔憂，但目前(qian)已經有一(yi)些(xie)使用(yong)趨勢(shi)開始出現了。如果企業在數(shu)據中(zhong)心(xin)支持(chi)以下任何工作負載，那么數(shu)據中(zhong)心(xin)在未(wei)來(lai)也可能采(cai)用(yong)液體冷卻方(fang)案：
1、人工智能和加速器
近年(nian)來，由(you)摩爾(er)定(ding)律所描述(shu)的年(nian)度CPU性能增(zeng)長(chang)的速率已(yi)經呈現出大(da)幅放緩的趨勢。部分的原因(yin)是由(you)于(yu)加速器處理器(主(zhu)要是GPU)，以及FPGA和專(zhuan)用(yong)ASIC正越來越多(duo)地(di)進入(ru)企(qi)業數據中心。
GPU驅動的(de)機器學(xue)習可能(neng)是(shi)除HPC(高性能(neng)計(ji)算(suan))領域之外最為(wei)常見的(de)硬(ying)件加速(su)(su)使用(yong)案例。然而，在(zai)(zai)由市場調研機構451 Research最近(jin)所(suo)進(jin)行的(de)一項調查(cha)中，大約有三分(fen)之一的(de)IT服務(wu)提供(gong)商表示說，他們所(suo)在(zai)(zai)的(de)企業計(ji)劃在(zai)(zai)在(zai)(zai)線數據挖掘、分(fen)析、工程模擬、視頻、其他實時(shi)媒體、欺(qi)詐檢測、負載平衡以及類似(si)延遲(chi)敏感(gan)的(de)服務(wu)中采用(yong)該加速(su)(su)系(xi)統。
硬(ying)件加速器具有比CPU高(gao)得多的(de)熱設計點(dian)(TDP，thermal design points)，通常需(xu)要消耗200W或更多的(de)功(gong)率(lv)來(lai)對其(qi)實(shi)施冷(leng)卻;而(er)添加高(gao)性(xing)能服務器CPU，那么您企業(ye)數據中(zhong)心的(de)一(yi)款單一(yi)的(de)系(xi)統就將需(xu)要超(chao)過1kW的(de)功(gong)率(lv)來(lai)對其(qi)實(shi)施冷(leng)卻。
英特(te)爾公司也在積極的(de)突破其傳統設計的(de)服務器處(chu)理器的(de)150W功(gong)率的(de)限制。“越(yue)來(lai)越(yue)多的(de)企業(ye)客戶想要更強大的(de)芯片產品(pin)(pin)，我們開始(shi)看到這些(xie)芯片產品(pin)(pin)所消(xiao)耗(hao)的(de)功(gong)率瓦特(te)數量正在逐(zhu)漸上升。”來(lai)自Uptime Institute的(de)執行董事安迪(di)勞倫斯(Andy Lawrence)表示(shi)說。
當(dang)前企業數(shu)據中心服務器的(de)機(ji)架(jia)密(mi)(mi)度正在(zai)不斷上(shang)升。大多數(shu)數(shu)據中心正常運(yun)行軌道(dao)上(shang)現在(zai)至少有一些(xie)超過10kW的(de)機(ji)架(jia)，而(er)20%的(de)機(ji)架(jia)上(shang)甚至還有30kW或更高功率密(mi)(mi)度的(de)機(ji)架(jia)。但這些(xie)工(gong)作(zuo)負載并不被視為高性能計算(suan)。“他們只(zhi)是表示他們的(de)工(gong)作(zuo)負載有更高密(mi)(mi)度的(de)機(ji)架(jia)而(er)已。”勞倫(lun)斯表示說。
“如果將GPU與英特(te)爾處理器放在(zai)一起，他們的功率(lv)密度(du)可能(neng)會達(da)到以(yi)前的三(san)倍。”他說。液(ye)體冷(leng)(leng)卻(que)方(fang)案顯(xian)然非常適合這些加(jia)速器，特(te)別是(shi)浸(jin)入式冷(leng)(leng)卻(que)方(fang)案，可以(yi)冷(leng)(leng)卻(que)GPU和CPU。
2、冷卻高密度存儲
隨(sui)著當前企業數據(ju)中心(xin)的(de)(de)(de)存儲密度(du)的(de)(de)(de)持續增加，可(ke)能(neng)(neng)會使(shi)得有效的(de)(de)(de)冷卻存儲變(bian)得更加困(kun)難。數據(ju)中心(xin)所安裝的(de)(de)(de)大部分(fen)存儲容量都是由(you)非密封(feng)的(de)(de)(de)硬盤驅(qu)動器所組成的(de)(de)(de)，不能(neng)(neng)采用(yong)液體冷卻方案(an)。然(ran)而，較新的(de)(de)(de)技術在這(zhe)方面則為業界的(de)(de)(de)企業用(yong)戶們(men)帶來了希望。例如(ru)，固態的(de)(de)(de)驅(qu)動器可(ke)以使(shi)用(yong)全浸(jin)入式的(de)(de)(de)解決方案(an)進行冷卻。此外，在最新一(yi)代(dai)的(de)(de)(de)存儲硬件中創建支持高密度(du)，高速(su)讀/寫(xie)頭的(de)(de)(de)氦氣要求密封(feng)單元(yuan)，使(shi)其適用(yong)于液體冷卻方案(an)。
正如在451 Research所發布的報告中所指出的那樣，固態硬盤和充滿氦氣的硬盤驅動器的組合意味著無需將空氣冷卻存儲與工業冷水機組液(ye)體冷卻處(chu)(chu)理方(fang)式(shi)分開(kai)。硬盤(pan)驅動器(qi)(qi)的(de)(de)可靠性的(de)(de)提(ti)升還帶(dai)了一大益處(chu)(chu)，即：在冷卻液(ye)中浸入驅動器(qi)(qi)可以(yi)有助于減少熱(re)量和濕度(du)對組件的(de)(de)影(ying)響(xiang)。
3、網絡邊緣計算
減少當前(qian)和(he)未(wei)來應用(yong)程序延遲的(de)(de)需(xu)求(qiu)(qiu)進一(yi)(yi)步(bu)的(de)(de)推(tui)動了對網絡邊緣新一(yi)(yi)代數(shu)據中心(xin)的(de)(de)需(xu)求(qiu)(qiu)。這些可(ke)以是在無線(xian)塔、工(gong)廠操作車間或(huo)零(ling)售店中所部署的(de)(de)高密度的(de)(de)遠程設(she)施(shi)。而(er)且這些設(she)施(shi)可(ke)能會越來越多(duo)地托(tuo)管(guan)高密度的(de)(de)計算硬件，例(li)如(ru)用(yong)于機器(qi)學習的(de)(de)GPU打包集群。
雖(sui)然并非所(suo)有(you)(you)的(de)邊(bian)(bian)緣(yuan)數(shu)據中(zhong)(zhong)(zhong)心(xin)都是采用(yong)的(de)液體(ti)冷(leng)卻的(de)方案(an)，但許多邊(bian)(bian)緣(yuan)數(shu)據中(zhong)(zhong)(zhong)心(xin)將被設計用(yong)于支持在(zai)無法使(shi)用(yong)傳(chuan)統冷(leng)卻方案(an)的(de)密閉空(kong)間中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)繁重工作負載(zai)，或者在(zai)沒有(you)(you)使(shi)用(yong)傳(chuan)統的(de)先決條(tiao)件的(de)新部署環境中(zhong)(zhong)(zhong)實施冷(leng)卻。由(you)于降低了能耗，液體(ti)冷(leng)卻方案(an)使(shi)得在(zai)沒有(you)(you)大容(rong)量供電的(de)地方更容(rong)易(yi)部署邊(bian)(bian)緣(yuan)站點。
而根據(ju)勞倫斯(si)的(de)預(yu)計介(jie)紹(shao)，多達20%的(de)邊緣數據(ju)中心可以使用液體冷卻方案。他設想遠程(cheng)的(de)微模(mo)塊化高密度數據(ju)中心站(zhan)點支(zhi)持每臺機架(jia)40kW。
4、高頻交易和區塊鏈
許(xu)多現代金融服務行(xing)業企(qi)業的工作負載都是(shi)計算密(mi)集型的，需要(yao)高性(xing)能的CPU以(yi)及GPU。這些工作負載包(bao)括高頻交易系統和基于區(qu)塊鏈的應用程序(xu)，如(ru)智能合約和加密(mi)貨幣(bi)。
例如，綠色革命工業冷水機組冷(leng)卻技術公(gong)(gong)司(si)(GRC，Green Revolution Cooling)的某(mou)家企業客戶便是一(yi)家高(gao)頻交易公(gong)(gong)司(si)，該企業客戶公(gong)(gong)司(si)正在(zai)測試其浸入式冷(leng)卻解決(jue)方案。當綠色革命冷(leng)卻技術公(gong)(gong)司(si)推出(chu)了用于加密貨幣(bi)采礦的浸入式冷(leng)卻產品，同(tong)時比特幣(bi)的價格也從2017年底(di)開始飆升時，該公(gong)(gong)司(si)也經(jing)歷了有(you)史以來最(zui)大幅度(du)的銷(xiao)售飆升。
GRC的首席(xi)執行(xing)官Peter Poulin告(gao)訴(su)記者說，GRC公司的另(ling)一家位于(yu)特立(li)尼(ni)達和多巴哥的企業客(ke)戶(hu)正在(zai)以每臺(tai)機架100kW的功率運行(xing)加密貨幣服務，并(bing)將一個(ge)溫水(shui)冷(leng)卻(que)回路連接到蒸(zheng)發塔。由于(yu)溫水(shui)冷(leng)卻(que)比(bi)冷(leng)水(shui)冷(leng)卻(que)方(fang)案(an)(an)更加節(jie)能，因此(ci)該冷(leng)卻(que)方(fang)案(an)(an)可以在(zai)沒(mei)有機械冷(leng)卻(que)器(qi)的熱帶環境(jing)條件下正常運行(xing)。
5、傳統冷卻方案的成本費用昂貴
當基于空氣的冷卻系統無法處理高密度的冷卻需求時，工業冷水機組液(ye)體冷卻方(fang)案便(bian)開始凸(tu)顯出其意義(yi)了。
例如(ru)，地球(qiu)科學(xue)公司CGG使用(yong)了GRC的(de)(de)浸(jin)入式(shi)液(ye)體冷(leng)卻系統，以便為其位于休斯(si)頓的(de)(de)數(shu)據中心提(ti)供冷(leng)卻降溫，CGG在該數(shu)據中心主要進(jin)行(xing)地震相關數(shu)據的(de)(de)處理分析工作，他們在商用(yong)服務(wu)器上(shang)使用(yong)的(de)(de)是(shi)功能強大(da)的(de)(de)GPU，每臺(tai)機架消耗高(gao)達(da)23kW的(de)(de)功率。這種功率密(mi)(mi)度(du)是(shi)相對較高(gao)的(de)(de)，但這種密(mi)(mi)度(du)通常采用(yong)的(de)(de)是(shi)空氣冷(leng)卻方(fang)案。CGG的(de)(de)高(gao)級(ji)系統部門經理Ted Barragy表(biao)示說(shuo)(shuo)：“我(wo)們將沉(chen)重的(de)(de)計算服務(wu)器放(fang)入沉(chen)浸(jin)式(shi)水箱(xiang)進(jin)行(xing)冷(leng)卻。但事實上(shang)，與其說(shuo)(shuo)是(shi)此舉是(shi)為了滿足應用(yong)程序的(de)(de)工作負載(zai)，還不如(ru)說(shuo)(shuo)沉(chen)浸(jin)液(ye)體冷(leng)卻方(fang)案更(geng)符合成本經濟。
在其升級過程中(zhong)，浸(jin)入式的(de)液體冷(leng)卻方案取(qu)代(dai)了(le)CGG公(gong)司(si)舊數據(ju)(ju)中(zhong)心(xin)(xin)過去所(suo)采用的(de)傳統冷(leng)卻設備。根(gen)據(ju)(ju)Barragy的(de)介紹，由于(yu)進行了(le)升級，該團隊恢復(fu)了(le)幾兆瓦(wa)的(de)電力容量。“即使(shi)在添加了(le)服(fu)務器和(he)沉浸(jin)式水箱(xiang)幾年之后，我們仍然(ran)擁有半(ban)兆瓦(wa)的(de)電力資源尚未使(shi)用。”他說。“這是一(yi)個(ge)老舊的(de)傳統數據(ju)(ju)中(zhong)心(xin)(xin)，其大約(yue)有一(yi)半(ban)的(de)功率(lv)消耗都用于(yu)低(di)效(xiao)的(de)空(kong)氣冷(leng)卻系統。”
Barragy還表示，浸入(ru)式冷(leng)卻數據(ju)中心(xin)的(de)PUE值大約為(wei)1.05。這比該公司位于休斯頓的(de)另(ling)一處新建(jian)的(de)、但卻采用(yong)的(de)是空(kong)氣冷(leng)卻方案的(de)數據(ju)中心(xin)的(de)冷(leng)卻效率更高，后(hou)者的(de)PUE值為(wei)1.35。
“很多人(ren)認為這種液體冷卻僅(jin)僅(jin)只是適合于每(mei)臺機架的(de)計算功率密(mi)度真正達(da)到60kW至100kW的(de)高密(mi)度的(de)冷卻解決方案，但對于我(wo)們的(de)主流企(qi)業客戶(hu)來說(shuo)，該(gai)方案還(huan)有(you)其他方面的(de)顯著優勢，”Poulin說(shuo)。
來自(zi)Uptime Institute的(de)首(shou)席(xi)技術官克里斯布朗(Chris Brown)表(biao)示說，他們目前已經(jing)看到業(ye)界對于液體冷卻(que)方案的(de)興趣(qu)的(de)普遍增加。而這(zhe)正是由當前企業(ye)數據(ju)中(zhong)心迫(po)切要求實現(xian)更高的(de)能(neng)效(xiao)和更低的(de)運營(ying)成本所推動的(de)。
“工業冷水機組液體(ti)冷卻方案這方面的(de)(de)(de)重(zhong)點不再是(shi)圍繞著超(chao)高密度，而是(shi)一般的(de)(de)(de)企(qi)業級數據中心(xin)的(de)(de)(de)運營管理人員們可(ke)以用于冷卻任(ren)何(he)IT資(zi)產的(de)(de)(de)方案。”他說(shuo)。“該方案目前正在進入更常見的(de)(de)(de)密度解決方案和更多普通的(de)(de)(de)數據中心(xin)。” |
