我如何為數(shù)據(jù)中心供電?

克勞德·香農(nóng) (Claude Shannon ) 于 1948 年撰寫(xiě)“通信的數(shù)學(xué)理論”時(shí)開(kāi)始了這一切，他將信息的通信簡(jiǎn)化為 1 和 0，本質(zhì)上是二進(jìn)制數(shù)字。該理論導(dǎo)致了在現(xiàn)實(shí)世界充滿(mǎn)噪音的環(huán)境中無(wú)錯(cuò)誤地傳輸數(shù)據(jù)的能力。香農(nóng)在 2016 年 4 月 30 日將滿(mǎn) 100 歲。

移動(dòng)到未來(lái) 68 年(我已經(jīng)工作了將近 67 年，所以那是很長(zhǎng)的時(shí)間!)，谷歌宣布他們和 Rackspace 正在開(kāi)發(fā)一種新的服務(wù)器設(shè)計(jì)，Zaius POWER9 服務(wù)器，它將取代英特爾的 x86現(xiàn)有處理器，并用 IBM 的新 POWER9 處理器取而代之(盡管有一些非常好的新的 48V 直接轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)適用于英特爾處理器，您將在本文后面看到 ST Microelectronics 和 Intersil 列舉幾個(gè)電源參與者。) ，震撼了數(shù)據(jù)中心世界。電源效率是現(xiàn)在的主要推動(dòng)力，因此谷歌甚至更進(jìn)一步地展望未來(lái)，可能使用基于 ARM 的處理器來(lái)幫助節(jié)省更多能源。服務(wù)器架構(gòu)設(shè)計(jì)也將被重新設(shè)計(jì)。

此外，谷歌加入了 Facebook 的開(kāi)放計(jì)算項(xiàng)目，并立即提出了一項(xiàng)新設(shè)計(jì)，以幫助云數(shù)據(jù)中心降低巨額能源費(fèi)用。新的機(jī)架設(shè)計(jì)將直接向服務(wù)器提供 48V 電壓，以取代目前大多數(shù)服務(wù)器使用的 12V。谷歌聲稱(chēng)電轉(zhuǎn)換損耗將減少30%。

因此，48V 將被傳送到主板并進(jìn)一步轉(zhuǎn)換為 1V 或更低，以便為盡可能靠近該 IC 的處理器供電——哦，是的——并且沒(méi)有可能導(dǎo)致處理器錯(cuò)誤的噪聲。

在我們進(jìn)入服務(wù)器的電源管理解決方案之前，讓我們先來(lái)看看數(shù)據(jù)中心是什么樣的，以及隨著 5G 和物聯(lián)網(wǎng)的到來(lái)而導(dǎo)致的快速增長(zhǎng)的互聯(lián)網(wǎng)使用需要克服的挑戰(zhàn)數(shù)據(jù)中心的云增長(zhǎng)為每個(gè)數(shù)據(jù)中心增加了數(shù)十兆瓦甚至更多。

谷歌數(shù)據(jù)中心

讓我們首先看看 Google 的一個(gè)園區(qū)網(wǎng)絡(luò)機(jī)房、路由器和交換機(jī)內(nèi)部，這些機(jī)房使數(shù)據(jù)中心能夠相互通信。有無(wú)數(shù)光纖網(wǎng)絡(luò)將 Google 數(shù)據(jù)中心站點(diǎn)連接在一起，其運(yùn)行速度比您的家庭互聯(lián)網(wǎng)連接快 200,000 倍。光纖電纜沿著黃色電纜橋架延伸，在這張圖片中可以在天花板附近看到。

冷卻數(shù)據(jù)中心的熱量

當(dāng)我們查看服務(wù)器通道的后面時(shí)，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)一個(gè)不太華麗的陣列，由數(shù)百個(gè)風(fēng)扇組成，它們將服務(wù)器機(jī)架中的熱空氣排入冷卻單元以進(jìn)行再循環(huán)。

看在上帝的份上，把水喝了，Gunga Din!

巨大的儲(chǔ)水箱可容納多達(dá) 240,000 加侖(900,000 升)的水，用于冷卻數(shù)據(jù)中心的廢熱。隔熱水箱裝有水，水將流動(dòng)并輸送到數(shù)據(jù)中心的核心進(jìn)行冷卻。

許多其他數(shù)據(jù)中心使用冷卻器或空調(diào)裝置來(lái)冷卻機(jī)架。據(jù)谷歌稱(chēng)，這種技術(shù)在能源使用方面會(huì)產(chǎn)生 30-70% 的開(kāi)銷(xiāo)。谷歌的數(shù)據(jù)中心解決方案是將水作為一種節(jié)能的冷卻方式作為替代方案。

他們?yōu)樗麄兊姆?wù)器機(jī)架設(shè)計(jì)了定制的冷卻系統(tǒng)，稱(chēng)為“ Hot Huts ”。這些系統(tǒng)用作熱空氣的臨時(shí)存儲(chǔ)，這些熱空氣將離開(kāi)服務(wù)器的熱空氣與數(shù)據(jù)中心地板的其余部分隔離開(kāi)來(lái)。每個(gè) Hot Hut 單元的頂部都有風(fēng)扇，它們將通過(guò)水冷盤(pán)管從服務(wù)器后面抽出熱空氣。離開(kāi) Hot Hut 的冷空氣返回到數(shù)據(jù)中心的環(huán)境空氣中，服務(wù)器可以在此高效循環(huán)中將冷空氣吸入其中以冷卻它們。蒸發(fā)冷卻在 冷卻塔中效果很好。當(dāng)來(lái)自數(shù)據(jù)中心的熱水通過(guò)加速其蒸發(fā)的材料流下塔時(shí)，一些水將變成蒸汽。風(fēng)扇將這種蒸汽吹起，從而帶走過(guò)程中的多余熱量。然后，塔可以將冷卻水返回?cái)?shù)據(jù)中心。

在谷歌位于哈米納的數(shù)據(jù)中心設(shè)施中，芬蘭 海水用于冷卻，無(wú)需冷卻器。他們選擇這個(gè)位置是因?yàn)樗暮錃夂蚝退诜姨m灣的位置。設(shè)計(jì)的冷卻系統(tǒng)將冷水從海中泵入設(shè)施，通過(guò)熱交換器將熱量從它們的操作轉(zhuǎn)移到海水中，然后冷卻這些水，然后再將其返回海灣。這種高效的方法提供了全年所需的所有冷卻，而無(wú)需安裝任何機(jī)械冷卻器。像這樣的服務(wù)器樓層需要大量空間和高效的電源來(lái)為全球運(yùn)行全系列的 Google 產(chǎn)品。在芬蘭的哈米納，谷歌選擇翻新一家舊造紙廠，以利用該建筑的基礎(chǔ)設(shè)施以及靠近芬蘭灣冷卻水域的優(yōu)勢(shì)。

此外，為了更好地節(jié)約用水，兩個(gè)數(shù)據(jù)中心采用 100% 循環(huán)水供電，并收集雨水冷卻三分之一。這個(gè)想法很簡(jiǎn)單：他們不使用飲用水(或飲用水)進(jìn)行冷卻，而是使用不可飲用的水源并對(duì)其進(jìn)行足夠的清潔，以便可以用于冷卻。

懸停在愛(ài)荷華州康瑟爾布拉夫斯的地板上方，可以在圖 6 中看到數(shù)據(jù)中心的龐大規(guī)模。服務(wù)器上方的這個(gè)空間是配電系統(tǒng)的主要空間，無(wú)論是交流還是 400V?，F(xiàn)在，這將我們帶到了本文電源解決方案部分的技術(shù)視圖。