哪些因素会影响数据中心单机柜功率密度?

发布时间:2022-09-06 14:20:03 作者:CDCC阅读:0

[导读]:影响单机柜密度因素:维度1,政策指引《上海数据中心建设导则(2021版)》指出,新建大型数据中心单项目规模不应低于3000个标准机架,平均机架设计功率密度不低于6kW。《内蒙古和林格尔新区招商引资优惠...

影响单机柜密度因素:

维度1,政策指引

《上海数据中心建设导则(2021版)》指出,新建大型数据中心单项目规模不应低于3000个标准机架,平均机架设计功率密度不低于6kW。《内蒙古和林格尔新区招商引资优惠政策》,也提出了平均机柜设计功率不低于6kW的要求。其他各地也有针对机柜功率密度的限制要求。

值得关注的是,今年上海出台了一个指引文件,《新型数据中心“算力浦江”行动计划(2022-2024年)》指出新建数据中心单体机柜功率不低于6kW。这里从平均改为单体,一词之差,意义完全不同,这给未来新建数据中心的机柜密度规划了一个方向,未来新建数据中心将会倾向于更加集中化、高密、绿色方向发展。

维度2,能效因素

哪些因素会影响数据中心单机柜功率密度?

据英特尔官网报告,可以看出PUE与单机柜功率密度的关系,以水冷系统为例,冷冻水温控制在8摄氏度的情况下,5.5kW功率密度,PUE值达到1.45,如果水温不变,功率密度提升到10kW时,PUE值将下降到1.35。10kW以后的曲线相对比较平滑。据此得出,在供冷不变的情况下,功率密度越高,PUE值则会降低,高到一定程度以后,下降曲线就会变缓。密度增加,为何PUE值会下降呢?主要因为换热效率增加了,热损失更小,所以换热效率会更高。

换一个维度,假设功率不变,冷冻水温度提升到16摄氏度,水温上升后PUE值也会下降,同样也可以起到节能的效果。

从功率密度变化与PUE值变化带来的影响看,在设计、建设数据中心之初就需要考虑上述两个维度。假设功率固定,设计水温如果参照当地的环境,再结合自身条件,水温设置越高(需要考虑业务冷量需求),PUE值表现就会越好。另外一个维度如果选址在环境温度较冷,自然采冷时间比较长,冷源比较固定的情况下,功率密度越高相对会节能一些,例如乌兰察布、张北等北方城市。(仅供参考)

维度3,企业效益

哪些因素会影响数据中心单机柜功率密度?

据CDCC调研数据显示,数据中心95%上架率,80%外电负载率下的TCO来算,IT电费与非IT电费合计占比超60%,机电折旧、维保、资金占用、土地等反映了数据中心密度的建设跟土地有相应的关系,低密机柜建设越多,占地面积相对越大,尤其在北上广深等寸土寸金的一线城市,高密机柜的建设可以相对减少土地成本和建筑物成本。

维度4,业务需求

哪些因素会影响数据中心单机柜功率密度?

据CDCC统计数据显示,2021年新增机柜超53万架,第三方(IDC)和互联网企业占比较多,IDC新增增量以定制类客户为主,主要包括互联网新的独角兽,像字节、快手、美团等,短视频和新兴的互联网公司。以上客户均是高功率需求,导致高密机柜增量较快。后疫情时代,包括政策引导,激发了互联网进一步的发展,导致了功率密度的上升,促进了机柜的增量。

维度5,IT设备升级

哪些因素会影响数据中心单机柜功率密度?

服务器主要功率能耗来自于CPU和GPU。据英特尔官方数据显示,从最初8353H型号,单个功率密度150w,到现在8380HL型号提升到250w,单个SKU的功率提升了100w,功率增长66.7%。随着未来效率的增加,功率将继续呈上升的趋势,这也将促进单功率的变化。

以上五个因素影响了数据中心单机柜的密度选择。

单机柜功率密度的上升或下降对于未来设计、建设、运维的影响主要看以下方面:

维度1,过度追求高功率并不可取

哪些因素会影响数据中心单机柜功率密度?

高密机柜的需求大多都是互联网与云业务,并不代表所有的行业需求。目前很多已建成的数据中心,上架率并不高,大概只有30%~50%甚至更低。CDCC的调研数据显示,目前已建成数据中心的综合上架率仅在55%左右,也就是存在45%的空置率。不算设备提前投入的折旧成本分摊,仅就数据中心机柜或上架率不高来看,将导致数据中心变压器建设完成后容量占用费会有较大的浪费,将会造成整个电力的过度消耗与资源的过度浪费。

从运营角度分析,如果空置率较高,密度越高成本浪费也会越高,所以在设计之初,要充分考虑未来业务需求的因素。

维度2,对运维工作提出更高要求

哪些因素会影响数据中心单机柜功率密度?

先从冷却角度看,机柜密度上升后,IT服务器的CPU和GPU功率相对增加,导致散发更多的热量,所以需要在固定空间内提供更多的冷量为其降温,从而使其稳定运行。

如图所示,横轴是冷却失效的时间/min,纵轴是机柜平均进风温度/℃,以冷冻水为例,功率密度4kW以下如果冷却失效,为IT服务器正常运行提供的所需冷量足以支撑25分钟甚至以上。功率密度增加到7kW时,冷却失效,为IT服务器正常运行提供的所需冷量可以支撑15分钟,如果功率密度增加到12kW或以上的情况下,为IT服务器正常运行提供的所需冷量仅能支撑6~7分钟,甚至更短。以目前技术,以空气换热方式最大极限只能做到20kW左右。所以20 kW以上的IT功率需求,基本都会选择液冷,这是目前比较好的制冷方式。冷却失效以后,功率密度越高,温升越快,运维人员做出应急响应的时间也就越短,对于运维人员的能力、技术要求、应急措施/预案,包括对整个制冷结构和架构的要求极高,对于运维人员和运维团队是一个巨大的挑战。

维度3,基础设施和IT设备生命周期的匹配

哪些因素会影响数据中心单机柜功率密度?

数据中心主体建设的整个生命周期为30~50年,柴发和高压供配电设备生命周期基本是20年左右,冷机、精密空调、水冷精密空调、低压设备与交直流设备等生命周期为15年左右,UPS、锂电池、风冷空调、辅助设备等大约是10年左右,目前UPS里的电容等生命周期约为5年,但IT设备的生命周期仅3~5年。从数据中心生命周期中价值较高的大型设备维度看,例如柴发和高压供配电设备,20年的周期里,IT设备很可能更新了4~6代,设备仅更新到2~3代,这么长的周期下,市场有什么样的需求变化,可能都是未知数。面对这种情况的应对方式,只有在建设时选择模块颗粒度更小的架构,包括现在很多采取预留空白的做法,把主体设施做好,来应对未来的需求变化和IT设备的技术革新。

设计者、建设者需要注意的是,数据中心在设计规划时,在选择基础设施系统与架构时,就要综合考虑IT业务需求功率密度,包括需求的用量,从而更好地满足它,才能更好地应对未来的不确定性。

总结:在新的数据中心拐点上,从数据中心整体单功率密度呈上升趋势。

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