在不斷提高計算能力這一要求的推動下，數據中心的功耗也在急劇攀升。今天，在一個典型的數據中心中，可能有 60-70% 的功率都被“浪費”在為設備提供動力和數據中心冷卻。
設計日益復雜的半導體需要計算能力的快速增長，而英特爾數據中心則需要為這一快速增長提供支持。與此同時，我們也在盡力減少數據中心的功耗和運營成本。
卻成本的一個潛在方式。空氣節能器只是將熱空氣排出室外并吸入室外空氣來冷卻 IT 設備，而不是像傳統空調那樣將服務器排出的熱空氣加以冷卻再循環利用。
當前，業界假定空氣節能器的有效性受到一定限制，即需要以相對較低的溫度供應冷卻空氣。其含意即空氣節能器只能在室外空氣溫度相對較低時才能使用。此外還有對濕度變化的顧慮，因為室外空氣的濕度可能會迅速變化。第三點顧慮則是室外空氣中的微粒數量。
為了挑戰業內有關數據中心冷卻的既定假設，我所在的英特爾IT部門進行了一次大膽的概念驗證(PoC)測試：使用一臺空氣節能器，全部利用溫度高達32 攝氏度的室外空氣來冷卻生產服務器。借助此方案，我們即可使用節能器來提供幾乎所有的數據中心冷卻，從而極大地降低了功耗。對于一個 10 兆瓦特(MW)的數據中心來說，借此每年可潛在降低高達 287 萬美元的運營成本。
概念驗證測試在一個 1000 平方英尺(SF)的拖車上進行(最初安裝拖車是為了進行臨時的額外計算)，拖車被分成兩個室，每個室約 500 平方英尺。為了最大限度減少概念驗證的成本，我們使用了低成本、倉庫級的直接膨脹式(DX)空調設備，并且每個室內均安裝有傳感器，以監測室內的溫度與濕度條件。
其中一室采用傳統方法冷卻，始終使用直接膨脹式設備進行熱空氣再循環和冷卻。而另外一室基本上也使用相同的空調設備，但是經過改裝后能夠作為空氣節能器運行：將熱空氣排出室外，并吸入 100% 的室外空氣用于冷卻。
由于我們的目標之一是測試運行溫度的允許極限，我們對空氣節能器室中的冷卻設備進行了配置，使其能夠提供18-32攝氏度的空氣。并且我們還對系統進行了設計，在供給空氣溫度超過32攝氏度的最高限度之前，只能使用空氣節能器;空氣溫度超過32攝氏度時，開始使用冷卻器將空氣冷卻至32攝氏度。如果溫度降到18攝氏度以下，則將供給空氣與來自服務器的回流熱空氣混合進行加熱。
我們未嘗試對濕度進行控制。此外我們還想要測試空氣質量的限度，因此我們僅對進入的空氣進行了最低限度的過濾：使用標準的普通空氣過濾器僅僅將進入空氣中的大顆粒除去，但允許留有微塵。
每個房間里有八個機架。每個機架包含四臺刀片服務器，每臺服務器帶有 14 塊刀片，這樣每個室共有 448 塊刀片。這就表示每平方英尺 200 多瓦(WPSF)的功率密度。在概念驗證測試期間，我們使用這些服務器運行大批量生產的芯片設計工作負載，結果服務器的使用率高達約 90%。
我們測定了每個室內的服務器故障率，并將其與同一段時期內，在我們位于同一地點的主數據中心內測定的故障率進行比較。
讓我們高興的是，節能器室內的溫度和濕度變化很大，且空氣質量也較差;然而服務器故障并沒有明顯增加。如果隨后的調查能夠證實這些喜人的結果，那么我們便有望在未來的高密度數據中心中使用這一方案。
如果一個數據中心采用空氣節能器，每年平均可節省多少能源?為此，我們使用了數據中心地點的歷史天氣數據。數據分析表明：平均每年溫度低于最高限度32 攝氏度的時間占總時間的 91%。
如果在概念驗證測試期間使用空氣節能器時功耗降低 74% 的基礎上，再假設每年 91% 的時間能夠使用空氣節能器，那么與傳統的數據中心冷卻方案相比，我們每年可在冷卻方面潛在節省約 67% 的總功率。而在假設數據中心 60% 的功率用于機械冷卻系統的基礎上，整個數據中心功耗可轉換成約 3, 500 千瓦時(KWH)。
這樣一來，按每千瓦時電費 0.08 美元計算，預計一個 500千瓦 的小型數據中心每年可降低成本約 143,000 美元。而對于一個 10兆瓦 的大型數據中心，預計每年可降低成本約 287 萬美元。
此外，由于需要的冷卻設備更少，新的數據中心還可節省一定的資本支出。甚至當室外空氣溫度超出了供給空氣溫度上限時，我們也僅需將空氣冷卻到指定的溫度上限，而不是傳統數據中心方案中的 20 攝氏度。通過降低冷卻系統的復雜性和成本，還可進一步減少故障模式的數量，提高整體靈活性。
空氣節能器似乎特別適合于空氣濕度較低的溫帶氣候。配備有空氣節能器的數據中心，通過降低功耗和用水量即可大幅減少英特爾對環境的影響。在干燥的氣候條件下，配有空調裝置的傳統數據中心通常采用蒸發冷卻法，利用水塔進行預先冷卻。而借助空氣節能器，就可不再使用水塔，這樣一個 10 兆瓦數據中心每年可潛在節省高達近3萬噸的水。
我們計劃利用服務器老化分析，將空氣節能器室、空調室和主數據中心內使用的系統進行比較，進一步測試以期發現可能的硬件老化。如果隨后的調查能夠證實這些喜人的概念驗證結果，我們期望將空氣節能器融入到未來的數據中心設計當中。下一步則可能建立一座 1 兆瓦特的示范數據中心，使用專為概念驗證測試設計的設備。
如同大多數其他公司一樣，目前英特爾也面臨著日益增長的對運算資源的需求。結果，我們的運算成本和這些需求同步上升。所有這些問題促使我們嚴格地審視我們的數據中心戰略，找出可以提高效率的地方。
值得說明的是，我們這次概念驗證屬于英特爾 IT 部門的“八年數據中心效率策略”的一部分。該策略的目標是轉變我們全球的數據中心環境，在大幅降低成本的同時，進一步提高效率和業務響應能力。
隨著策略的推進，我相信會有更多讓人驚喜的消息和大家分享。
京ICP備10200025號