? ? ?Google將其數(shù)據(jù)中心技術(shù)作為一個核心競爭力,很少對外公布其技術(shù)細(xì)節(jié),因此搜索巨人的數(shù)據(jù)中心一直是個謎.根據(jù)谷歌公布其數(shù)據(jù)中心能耗發(fā)展的圖表,在圖表中顯示近年來谷歌在能耗控制方面有了明顯的進(jìn)步。　　
　　本文針對Google數(shù)據(jù)中心的特點,介紹Google位于歐洲的三個不同實現(xiàn)自然冷卻方式的機(jī)房,這些機(jī)房都實現(xiàn)了100%自然冷卻,都是沒有chiller(制冷機(jī)組)的典型應(yīng)用案例,分別是比利時水側(cè)自然冷數(shù)據(jù)中心、愛爾蘭空氣側(cè)自然冷數(shù)據(jù)中心和芬蘭海水直接冷卻數(shù)據(jù)中心。　　
　　當(dāng)然本文提到的這些數(shù)據(jù)中心技術(shù)與機(jī)房所在當(dāng)?shù)氐臍夂颉⒄摺①Y源等相關(guān),且屬于完全定制的數(shù)據(jù)中心,不好為國內(nèi)直接移植和借用,但思路和創(chuàng)新精神非常值得國內(nèi)同行學(xué)習(xí)借鑒。

1 比利時數(shù)據(jù)中心

關(guān)鍵詞:水側(cè)自然冷

　
　　Google比利時的數(shù)據(jù)中心位于Saint-Ghislain,該數(shù)據(jù)中心的第一階段在2008年初投入,并于2011年Q1完成全部階段設(shè)計。2011年Q1的PUE值可以低達(dá)1.09,而全年平均PUE值可達(dá)到1.11。該數(shù)據(jù)中心采用蒸發(fā)冷卻系統(tǒng),從附近的工業(yè)運河抽取用水。“我們設(shè)計并制作了一個站內(nèi)的水處理廠,”Kava說道,“這樣我們就不用使用供應(yīng)城市的可飲用水”。該數(shù)據(jù)中心利用運河的冷水來帶走熱量,并自己修建水處理廠,再將處理后的運河水給數(shù)據(jù)中心提供冷量,只采用冷卻塔來散熱,無chiller,實現(xiàn)了100%水側(cè)自然冷機(jī)房,是谷歌的第一個完全自然冷卻的數(shù)據(jù)中心。
　　
　　距離數(shù)據(jù)中心大約400m外的工業(yè)運河,Google建設(shè)了現(xiàn)場的水處理工廠,直接從運河中抽取河水。由于運河的水質(zhì)比較糟糕,必須過濾處理并凈化到工業(yè)用水標(biāo)準(zhǔn),但Google也不會將河水過濾處理到非常干凈的水平,只要可用于制冷散熱即可。然后用水泵將凈化后的冷水輸送到模塊化儲冷大水罐,再供給到各個冷卻塔,用于后續(xù)蒸發(fā)冷卻。這個過程結(jié)果不僅冷卻了服務(wù)器,還清潔了水源,當(dāng)?shù)氐牟块L也稱贊Google,說這是一次雙贏的合作。
　　
　　整個水處理廠的污水處理過程如圖1所示。
　　
　　Google在比利時的數(shù)據(jù)中心中采用了模塊化的無chiller自然冷卻系統(tǒng),通過圖2中的熱交換器熱交換原理,將室內(nèi)的熱量通過存于水箱中溫度較低的、處理過的運河水從冷卻塔帶走,實現(xiàn)無需機(jī)械制冷的目的。
　　
　　比利時的氣候幾乎可以全年支持免費的冷卻,平均每年只有7天氣溫不符合免費冷卻系統(tǒng)的要求。Kava指出,機(jī)房溫度不需要像以前那樣低。在2008年的時候,美國加熱冷凍及空調(diào)工程師協(xié)會(ASHRAE)建議數(shù)據(jù)中心的溫度應(yīng)保持在20～25℃之間--但Google建議將其保持在27℃以上。“構(gòu)建一個高效的數(shù)據(jù)中心的第一步就是簡單的提高它的溫度,”Kava說,“機(jī)器、服務(wù)器、存儲陣列、任何東西在比一般數(shù)據(jù)中心保持的溫度高得多的地方都能很好的運行。對我而言,任何數(shù)據(jù)中心在18或20℃以下運行都是相當(dāng)可笑的。”
　　
　　在比利時,有時候會熱的連服務(wù)器都不能運行,這時Google就會將這里的工作移交給其他數(shù)據(jù)中心負(fù)責(zé)。Kava沒有給出任何細(xì)節(jié),但他表示這種數(shù)據(jù)中心之間的工作交接涉及到一個叫做Spanner的軟件平臺。這個Google設(shè)計的平臺曾在2009年10月的一個談?wù)摃嫌兴峒?但是這是Google第一次公開確認(rèn)Spanner確實有在使用。
　　
　　根據(jù)Google在2009年的討論會上的陳述，Spanner是一個“存儲及計算系統(tǒng)，遍及他們所有的數(shù)據(jù)中心，并基于限制及使用特點來自動轉(zhuǎn)移和增加數(shù)據(jù)和計算的副本。”這包括涉及帶寬、丟包率、能源、資源及“失敗模式--比如當(dāng)數(shù)據(jù)中心內(nèi)部出現(xiàn)錯誤的時候。
　　

2 愛爾蘭數(shù)據(jù)中心

關(guān)鍵詞:空氣側(cè)自然冷

　　Google愛爾蘭的數(shù)據(jù)中心位于都柏林,是已退役建筑--市長大廈翻新改造而成的,由于Google在歐洲沒有足夠的運維人員,所以希望將該數(shù)據(jù)中心設(shè)計成空氣檢測的自然冷卻機(jī)房。該數(shù)據(jù)中心實現(xiàn)了100%的空氣檢測自然冷卻,采用直接蒸發(fā)制冷技術(shù),并且定制了熱回收單元,全部工程完成于2010年上半年,是Google在歐洲的第二個無chiller數(shù)據(jù)中心(見圖2)。
　　
　　都柏林具有非常好的氣候條件,一年絕大多數(shù)時間天氣都非常不錯,由于該數(shù)據(jù)中心受已有建筑結(jié)構(gòu)和散熱供水等的限制,沒法安裝大型的冷卻塔,因此采用了模塊化的AHU(AirHandlerUmits,組合式空調(diào)箱)方案(圖3)。
　　
　　從室外取自然空氣送入到混風(fēng)室跟機(jī)房內(nèi)回風(fēng)混合,經(jīng)過濾和加濕等環(huán)節(jié),用AHU風(fēng)扇送到直接蒸發(fā)盤管進(jìn)行冷卻,最后通過送風(fēng)管道進(jìn)入機(jī)房。進(jìn)入機(jī)房的冷空氣經(jīng)IT設(shè)備加熱后,采用熱通道封閉方案隔離熱氣流,部分參與回風(fēng),部分則直接排放到室外。直接蒸發(fā)制冷技術(shù)在夏天用于調(diào)峰,比如在高溫天氣冷卻室外熱空氣,也可以在干燥的冬天用于機(jī)房濕度調(diào)節(jié)。
　　

3 芬蘭海水制冷數(shù)據(jù)中心

關(guān)鍵詞:海水直接冷卻

　　　　
　　在2009年的二月份,Google耗資5200萬美元購買了一座位于芬蘭Hamina(哈米納)的廢棄的造紙廠,他們認(rèn)為這座擁有56年歷史的建筑是建設(shè)其眾多服務(wù)于大量網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的大規(guī)模計算設(shè)施之一的理想場所。Google和DLB公司一起將其進(jìn)行改造設(shè)計成數(shù)據(jù)中心,目前已經(jīng)完成第一階段的測試和運行。圖4為海水利用示意圖。
　　
　　這個數(shù)據(jù)中心的獨特之處在于采用了100%的海水散熱。Google利用該造紙廠已有建筑,包括造紙廠原有水下通道,并采用模塊化制冷單元和閉式的內(nèi)循環(huán)冷凍水(淡水)對開式的外循環(huán)冷卻水(海水)的熱交換器傳熱,然后將升溫后的海水送到室外的溫度調(diào)節(jié)房,這個房間的主要作用是將送出的熱水和進(jìn)入的新鮮海水進(jìn)行混合。在回到海中之前,Google會用更多的海水來冷卻它。“當(dāng)我們將水排出到海灣的時候,它的溫度和灣內(nèi)海水溫度會很相似,”Kava說,“這就將對環(huán)境的影響降低到最小。”雖然這個數(shù)據(jù)中心供回水的DeltaT和取得的PUE值Google暫時沒有透露,但相信應(yīng)該是非常低的水平。圖5為海水冷卻示意圖。
　　
　　根據(jù)Kava所說,公司的環(huán)境許可并沒有要求控制水溫。“這讓我自己感覺很好,”他說,“我們不是只做我們被要求做的。我們?nèi)プ瞿切┪覀冋J(rèn)為對的事情。”這是一個關(guān)于Google很平常的消息。但是Kava指出那些ISO認(rèn)證說明這家公司正在不斷努力達(dá)到它的目標(biāo)。“當(dāng)局者迷,局外者清。這時第三方的加入就非常必要。”
　　
　　當(dāng)然采用海水來散熱有很多技術(shù)上的挑戰(zhàn),需要做熱仿真,包括各個季節(jié)海水的不同溫度、水垢帶來的影響,以及海水對管路的腐蝕性等。比如在Hamina數(shù)據(jù)中心中Google采用了玻璃纖維材料的水管用于防止海水腐蝕,并在熱交換器上采用了鍍鈦的板換疊片等技術(shù)。雖然這些技術(shù)在數(shù)據(jù)中心行業(yè)中也許還比較新,但海水散熱在其他行業(yè)中也有較多應(yīng)用,因此可以從相關(guān)行業(yè)學(xué)習(xí)這些經(jīng)驗和教訓(xùn)。
　　
　　為了保障設(shè)計可行,在概念設(shè)計階段,Google做了很多熱仿真工作。采用CFD技術(shù),驗證了風(fēng)向和風(fēng)強(qiáng)等對海水溫度的影響,以及不同時間海水的潮汐效應(yīng)。另外還需要考慮芬蘭灣水位高低、海水溫度變化和鹽度大小以及海藻等對機(jī)房散熱的影響。
　　
　　Google還根據(jù)該地區(qū)過去三十年海水溫度的數(shù)據(jù),來確定管道從哪里取水和哪里排水,以及進(jìn)出水口安裝水面下面多深的地方等。
　　
　　采用海水來冷卻還有一些需要考慮的地方,由于不好直接采用化學(xué)過濾等,因此海水換熱器的設(shè)計就非常關(guān)鍵了。Google在Hamina的設(shè)計中采用了四重的海水過濾系統(tǒng),分別是粗效過濾、沿途過濾、藥劑過濾和高效過濾器環(huán)節(jié),并為了長期維護(hù)方便,現(xiàn)場建設(shè)了可更換的CIP(clean in place)過濾環(huán)節(jié)。
　　
　　此外還有需要注意的地方是大型海水冷卻泵的水擊(waterhammer)作用導(dǎo)致的損壞,該損壞主要來自閥門快速關(guān)閉時對管路帶來的強(qiáng)烈沖擊,產(chǎn)生的原因是關(guān)閉閥門后水被抽走導(dǎo)致的管內(nèi)真空,從而管內(nèi)外壓力差很大。而用于防止海水腐蝕采用的玻璃纖維材料的水管強(qiáng)度不夠高,在水擊發(fā)生時的壓力下容易造成管路爆裂,為此Google專門設(shè)計了個空氣輸入閥門,來控制壓力差變化并緩沖其帶來的沖擊。總之海水冷卻并不適合于所有人,設(shè)計中需要專業(yè)的工程學(xué)知識和技術(shù),需要考慮很多東西,并且前期投入較大,因此對于小規(guī)模的數(shù)據(jù)中心建設(shè)并不劃算,但應(yīng)用在大體量的數(shù)據(jù)中心會帶來非常多的益處。“對于某些規(guī)模較小的數(shù)據(jù)中心運營商/用戶來說,(新型海水冷卻系統(tǒng))可能不具有經(jīng)濟(jì)效益，但它卻有社會效益。它可以提供一個可靠的熱源--芬蘭海灣每年都會結(jié)凍,”Kava說道。還有，海水由于常年溫度變化小且可預(yù)計，是非常穩(wěn)定可靠的冷源，且可以幾乎沒有傳統(tǒng)空調(diào)水系統(tǒng)帶來的水消耗問題，并可以得到非常低的PUE值。
　　

4 結(jié)束語?

　　
　　綜上所述,谷歌的三個數(shù)據(jù)中心采用了完全不一樣的方式,但都實現(xiàn)了100%的自然冷卻,達(dá)到了高效率的制冷方式,并實現(xiàn)了簡單可靠的設(shè)計。因此自然冷卻可以有很多種方式,但相互之間沒有絕對的優(yōu)劣。實現(xiàn)方式和當(dāng)?shù)氐母鞣N條件關(guān)系非常大,比如地理位置、氣候等,因此不要局限于某一種固定的解決方案,而應(yīng)該考慮長期的TCO。

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的Google全球三大数据中心自然冷却方案剖析的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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