绿色数据中心先进适用技术

作者:兰洋科技    浏览量:4242    时间:2023年03月08日    标签: 绿色数据中心 液冷技术 节能减排 PUE

根据《绿色数据中心先进适用技术产品目录》收录的各类技术,摘取一些有典型性和代表性的技术进行简要介绍:

绿色数据中心先进适用技术

1. 智能微模块数据中心技术

模块化数据中心作为未来发展的重要趋势,主要有以下几点优势:

  • 设计简单,部署快速,可实现时间与空间两个维度按需增长。

智能微模块沿袭和继承模块化数据中心的优势,将复杂的数据中心系统分解为多个可独立支撑业务的标准功能单元,并根据业务需要配置不同数量的模块,实现按需投资。

  • 前瞻性运维,更可靠、更值得信赖

智慧微模块的通过自动化管理,依靠数字化技术颠覆传统部件监控模式,实现器件级精准管理,让设备可视、可监、可管让运维质量测点和标准更易懂,将极大的提高数据中心可靠性。

  • 可实现高效运营的智能管理系统

智慧微模块将提供高效运营,智慧数据中心的高效运营实现最佳绿色数据中心、最佳资产管理以及最佳容量匹配。最佳绿色数据中心是指智慧微模块管理系统能够帮助客户节能降耗,实现数据中心多层级、精细化能耗管理,通过多种报表精确定位能源额外损耗点,基于大数据分析,输出节能优化方案,构建绿色数据中心。最佳资产管理是对于全网资产的生命周期管理,从资产自动入库,到资产变更信息同步,再到资产日常维护,最后到资产生命周期结束,通过标准化的流程管理机制,实现资产信息的闭环管理,保证数据及时刷新,及时管理。最佳容量匹配是对数据中心配电、制冷、空间的实时监控,从大楼级容量到机柜级容量,实现精确管理。

智能微模块数据中心技术

2.基于 ARM64 位架构低功耗服务器技术

基于 ARM64 位架构进行定制化设计,利用其单颗 CPU 的多核低成本优势,与业务应用环境充分结合,设计开发双路服务器。计算性能:同配置下,对比 X86 机型实现计算性能提升 1 倍或 2 倍;功耗效能:同性能需求配置下,单节点功耗节省 40W,实现 TCO 收益提升 35%。另外,该方案需满足储存温度、运行环境温度、海拔、相对湿度等运行环境要求。

3.基于 GPU 加速的异构计算技术

深度挖掘及调优 GPU/FPGA/AI 加速芯片的异构加速性能,基于高速总线互联架构将计算解耦,将GPU/FPGA/AI 加速卡池化设计,实现 1 机单卡,1 机多卡,多机单卡和多机多卡灵活资源配置。计算性能:通信带宽提升 2~4 倍,延时缩小 1 倍,使用相同数量的 GPU,相比传统 GPU 服务器性能提升 30%;功耗效能:对比传统 GPU 服务器,功耗降低 7% 以上,TCO 优化 5% 以上。另外,该方案需满足储存温度、运行环境温度、海拔、相对湿度等运行环境要求。

4.磁光电融合大容量光盘库

采用磁光电多级存储融合和全光盘库虚拟化存储机制,实现新型光存储数据组织技术,同时利用新型固态存储、磁盘等作为光盘库的高速缓存,提供适合数据中心应用的存取接口。2U 机柜能够最大容纳12240张光盘,裸存储容量超过1.2PB;可实现数据中心级无缝扩展;可实现99.99%的I/O操作时间小于1秒,峰值存取吞吐率≥ 1GByte/s,单库容量≥ 0.5PByte,峰值功耗≤ 1 千瓦;单盘丢失不造成数据丢失。

5.整机柜服务器技术

整机柜服务器是将服务器的各个组件按照功能进行模块化重新组合,实现使用功能集中化、设计模块化,这类服务器可降低对机房环境的温度要求,提高送风精度,降低传输损耗,便于集中供电或者散热,提高整体效率。

整机柜服务器的发展可以追溯到 2008 年,基于互联网企业务需求开始研究对服务器进行模块化的可能性,到 2010 年“天蝎计划”的启动加速了国内对整机柜服务器的研究步伐,逐步通过提出统一标准的设计规范实现低成本的可靠灵活扩展。由于该类服务器的市场的实际市场需求非常大,众多服务器厂商和主要服务器用户相继开始进行这类产品的开发和使用,一方面是大型数据中心对于这种模块化服务器的需要,可以实现空间有效利用、便捷管理等传统服务器产品无法实现的优势,另一方面是这类服务器可以通过结构的调整整合实现一定的用能节省。与我国的天蝎计划接近,美国也有针对整机柜服务器的产业联盟 OPEN19。

整机柜服务器在最早的产品形态中先是实现了机架模块化设计,分为机柜模块、网络模块、供电模块、服务器节点、集中风扇散热模块、集中管理模块共六部分组成,并对网络模块和供电模块进行了集成设计,在后来的发展中,陆续实现节点热插拔维护、混插互换、机柜顶部扩展,以及集中散热和整个服务器的集中管理等,并给其他散热方式留下了应用的可能。当前,整机柜服务器内形成了共用的电源模块、散热模块和管理模块,这些基础架构模块设计标准化,保证通用性,不会受节点类型变化的影响。节点则可以有多种配置和类型,从而适应不同应用下对处理、存储、互连的需求。不同类型的计算节点,与整机柜服务器的管理模块、供电模块、散热模块之间的互联接口均是标准化设计,从而保证灵活的组合和配置。目前随着技术的发展以及云计算人工智能、大数据等对于服务器的需求,对于 GPU、存储模块进行整合也成为一个技术发展方向。

整机柜服务器产品思路的形成也是互联网行业追求绿色节能的必然结果,从结构上讲,整机柜服务器不但实现了对于各个模块的结构化设计、并有效提高了各个模块的可维护性、可扩展性以及兼容性,这些特点使得它更有利于大规模数据中心运维,所有服务器节点、电源、风扇和管理模块等都可以单独进行维护,无需停机。从产品形态上讲,整机柜设计技术在技术上实现了对传统服务器设计的突破,具有高收益、交付时间短等特点。

当前整机柜服务器的突出优势有以下几个方面:

首先,这类服务器的电源模块一般可同时支持交流和直流供电,集中化 AC 电源功能,电源数量可以减少到传统服务器的十分之一;并满足多节点供电需求的同时,均衡负载输出,使整个设备满负载时工作在电源半载最佳效率点;简化 PDU 和配套电源线,机柜后部零线缆,更易于运维。

其次,集中散热模块可以减少单点故障并简化运维,模块设计标准化,通用性好,另外配合冷热通道隔离可以增加制冷效率,并且由于散热模块的统一部署给新型制冷技术的使用提供了结构设计可行性。

第三,更加有效利用机房场地空间,可有效配合数据中心的空间合理布局,有效增加机架空间利用率。这一点对于在传统数据中心改造也具有突出优势。

第四,节点热插拔维护、混插互换等特点在数据中心运维中优势显著。

我国的整机柜服务器也是微模块数据中心的产业基础,微模块数据中心是在大量整机柜服务器已经进入市场后结合我国机房的实际特点形成的按需部署方案,在应用在微模块数据中心设计的时候,网络设备及存储设备也采用了整机柜设计方式。

目前该类产品在我国的大型数据中心中已经获得广泛应用,其快速部署的特点,及运维优势都更加适合当前数据中心内对于 IT 设备的需求,尤其在互联网数据中心的应用覆盖率更高。

6.市电直供 +UPS/HVDC 高可靠节能供电技术

新建数据中心负荷率大部分偏低,会导致供电系统效能偏低,市电直供可以很好的解决低负载率的供电效率问题,即使是很低的负载率,供电效率也可以接近最优水平;市电直供还可以节约初期设备投资,基于以上多种因素,市电直供技术最近几年应用比例越来越高。“市电 +UPS/HVDC”供电方案,为IT 设备的 1 个电源模块采用市电直接供电,另 1 个电源模块采用 UPS 或 HVDC 供电。该技术可以将整体供电效率提高到 95~97%。某数据中心投入运行以来,采用“市电 +UPS”供电技术,与传统的双路 UPS供电方案相比,年节电约 200 万度,至今运行近 6 年。

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7.分布式光伏并网发电技术

分布式光伏发电特指在用户场地附近建设,运行方式以用户侧自发自用、多余电量上网,且在配电系统平衡调节为特征的光伏发电设施。分布式光伏发电遵循因地制宜、清洁高效、分散布局、就近利用的原则,充分利用当地太阳能资源,替代和减少化石能源消费。分布式光伏发电特指采用光伏组件,将太阳能直接转换为电能的分布式发电系统。它是一种新型的、具有广阔发展前景的发电和能源综合利用方式,它倡导就近发电,就近并网,就近转换,就近使用的原则,不仅能够有效提高同等规模光伏电站的发电量,同时还有效解决了电力在升压及长途运输中的损耗问题。

该技术将太阳能组件产生的直流电经过并网逆变器转换成与市电同频率、同相位的正弦波电流,直接接入公共电网。该方案光伏组件转换效率:≥ 19%;并网逆变器最大效率:98.9%;总谐波失真: ≤ 3%;并网逆变器防护等级:IP65。随着组件价格的进一步下降,未来 5 年的推广前景进一步向好。

8.通信用 240V/336V 直流供电技术

通信用 240V/336V 直流供电技术,也称高压直流 (HVDC) 技术,是数据中心一种新型的不间断电源技术。其系统包括交流部分、整流部分和直流配电部分。系统监控可采用分散控制、集中管理的监控模式。系统功率因数达到 0.99,输入功率转化无需零线,转化稳定高效;系统实时监控,经济模式运行,可将不运行的整流模块关机,当运行模块无法承担负载的时候,开启整流模块,提高系统运行的经济性和可靠性;整流模块效率达到 95%,整流模块的并机均流为软件均流,不依赖监控和其他辅助方式;该技术具备多种自保护程序,如过压关机,限流功能等,保护整流模块自身运行的稳定性和可靠性。依照客户负载上架率,节能效率不同。上架率 50% 以下,可节电约 10%-20%;上架率 50% 以上,可节电约10%;服务器可节电约 1%-2%。该方案需要考虑部分服务器的兼容问题。

9.高效模块化不间断电源

用户在预计 UPS 容量时,时常会出现低估或高预计等情况,模块化 UPS 电源有效的解决以上问题,帮助用户在未来发展方向尚不明确的情况下分阶段进行建设和投资。当用户负载需要增加时,只需根据规划阶段性的增加功率模块。模块化 UPS 采用标准的结构设计,每套系统由功率模块、监控模块、静态开关组成。其中功率模块可并联,平均分担负载。如遇故障自动退出系统,由其它功率模块来承担负载,既能水平扩展,又能垂直扩展。独特的冗余并机技术使设备无单点故障,以确保电源的最高可用性。所有的模块可以实现热拔插,可以实现在线更换,维修是最安全的电源保护方案。通过设计具备完整 UPS功能的功率模块,配合标准化模块化的系统结构,构成标准化的高性能模块化 UPS。输入电流谐波:≤ 3%;安全使用带载率:≥ 80%;输入功率因数:≥ 0.99;整机效率:≥ 95%。该方案需满足储存温度、运行环境温度、海拔、相对湿度等运行环境要求。

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10.数据中心浸没式液冷技术

将 IT 设备完全浸没在冷却液中直接散热,冷却液通过小功率变频泵驱动,循环到板式换热器与水循环系统换热,水循环系统再将换取的热量带到冷却塔进行冷却。通过液体的沸点的不同,可以分为两种形式,相变和非相变。相变是散热过程中液体从液态到气态再到液态的一种转换;非相变表现形式和相变有一些差异,在热交换过程当中,液体的形态是没有发生变化的。该技术可以极大的降低数据中心的电能利用效率,是非常绿色环保的技术手段。

11.热管背板冷却技术

热管背板冷却技术是利用工质相变实现热量快速传递的一项传热技术,该技术采用“自然冷源”或“自然冷源 + 强制制冷”的方式,通过小温差驱动热管系统内部工质形成自适应的动态气液相变循环,把数据中心内 IT 设备的热量带到室外,实现室内外无动力、自适应平衡的冷量传输。热管背板冷却技术可实现数据中心机柜级按需供冷和低能耗供冷,具有系统安全性高、空间利用率高、换热效率高、可扩展性强、末端 PUE 值低、可维护性好等特点。与传统精密空调系统相比,空调系统可节电约 30%。该产品采用自然冷源节能效果好,但受环境条件限制;采用自然冷源 + 强制冷源适用范围更广,但节能效果不及自然冷源。

12.废旧电池无害化处理技术

国际上通行的废电池工业回收和处理方式大致有固化深埋、存放于废矿井和回收利用三种。固化深埋和存放于废矿井实际上只是解决了废旧电池的存放地点问题,不仅对土壤的污染严重,而且花费大,造成资源的浪费,并没有根本解决废旧电池的处置问题。

本技术以废旧二次电池为主要原料,采用高温焙烧、物理分选、湿法冶金等联合工艺,回收废旧二次电池中的有价元素。该方案可以达到钴回收率 97.90%;镍回收率 98.46%。该技术需符合当地环保要求。


附《绿色数据中心先进适用技术产品目录》节选

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本文标题:绿色数据中心先进适用技术

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