取瓢東江水 “澆”出我國(guó)最節(jié)能數(shù)據(jù)中心

曾 文 本報(bào)記者 俞慧友

湖南，郴州資興市，有一個(gè)美麗的“地上水庫(kù)”——東江湖。這里獨(dú)特小氣候環(huán)境形成的“霧漫小東江”等奇景，吸引著世界各地的攝影愛(ài)好者。

產(chǎn)好魚(yú)、有美景的東江湖，近兩年又給人們帶來(lái)了新驚喜：“養(yǎng)”出了我國(guó)最節(jié)能的數(shù)據(jù)中心。

“我們用東江湖水作為冷源，采用與湖南大學(xué)聯(lián)合研發(fā)的‘熱管高效換熱技術(shù)’，降低數(shù)據(jù)中心在散熱上的能耗，PUE(能源效率指標(biāo))控制在1.05—1.16范圍內(nèi)。目前，東江湖大數(shù)據(jù)中心能耗和運(yùn)行成本可降低40%左右，是全國(guó)最節(jié)能的數(shù)據(jù)中心之一�！遍L(zhǎng)沙麥融高科股份有限公司董事長(zhǎng)、首席專家廖曙光對(duì)科技日?qǐng)?bào)記者說(shuō)。

悠悠東江水 帶走數(shù)據(jù)中心熱量

“互聯(lián)網(wǎng)+”和大數(shù)據(jù)技術(shù)的迅猛發(fā)展，讓承擔(dān)技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)設(shè)施大數(shù)據(jù)中心，變得越來(lái)越龐大，所對(duì)應(yīng)的能耗也逐年驟增。數(shù)據(jù)中心能耗，主要來(lái)自IT設(shè)備運(yùn)行及設(shè)備散熱這兩大部分。其中，用于散熱的冷卻系統(tǒng)能耗，占到了機(jī)房總能耗的30%—50%。

在業(yè)內(nèi)，有一種衡量能源使用效率的指標(biāo)，即PUE。這一數(shù)值越接近1，則代表著散熱的能耗越低，也就越節(jié)能。在我國(guó)，數(shù)據(jù)中心的平均PUE值徘徊于2.0—3.0，遠(yuǎn)高于發(fā)達(dá)國(guó)家。

“衡量數(shù)據(jù)中心運(yùn)轉(zhuǎn)水平的指標(biāo)，有服務(wù)范圍、運(yùn)算速度、存儲(chǔ)可靠性等。要優(yōu)化這些指標(biāo)并不算難。但要降低散熱能耗，卻是大難題�！睌�(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)維護(hù)方、湖南云巢信息科技有限公司董事長(zhǎng)雷建軍說(shuō)。

除了數(shù)據(jù)中心諸多設(shè)備散熱難，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，CPU體積越來(lái)越小、熱密度越來(lái)越高，也極易因過(guò)熱引起“熱失效”，造成機(jī)器宕機(jī)。高效散熱，也是CPU技術(shù)亟須解決的瓶頸難題。

如何破？業(yè)內(nèi)刮起了“自然風(fēng)”。利用自然冷源，如空氣、水等，冷卻數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)，能耗低、能源利用效率高，廣受歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家的關(guān)注。雅虎“雞窩”式數(shù)據(jù)中心、Facebook的數(shù)據(jù)中心和微軟柏林等地的數(shù)據(jù)中心，均直接利用了室外空氣對(duì)服務(wù)器進(jìn)行冷卻。谷歌比利時(shí)數(shù)據(jù)中心則利用運(yùn)河水帶走服務(wù)器熱量，PUE值在1.1到1.3之間。

受此啟發(fā)，東江湖不可復(fù)制的冷水資源被團(tuán)隊(duì)“瞄”上了。東江湖水面面積160平方公里，正常蓄水量81.2億立方米，其下游的小東江水溫常年保持在8—13℃，水質(zhì)清澈，年徑流量達(dá)15億立方米。

根據(jù)對(duì)東江湖歷年水位和水溫的調(diào)查，及實(shí)地考察，專家推算出，在東江湖可利用自然冷源的時(shí)間，有望占據(jù)數(shù)據(jù)中心總運(yùn)行時(shí)間的99%，能大幅降低數(shù)據(jù)中心能源消耗和運(yùn)行成本。

2016年4月，東江湖大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)園建設(shè)啟動(dòng)。麥融高科股份有限公司成為了數(shù)據(jù)中心冷卻技術(shù)的系統(tǒng)集成、產(chǎn)品技術(shù)、工程技術(shù)實(shí)施者。一年后的6月下旬，自帶“冷庫(kù)”的東江湖大數(shù)據(jù)中心開(kāi)業(yè)，年均PUE值控制在1.15以內(nèi)，年節(jié)約用電5000萬(wàn)度以上。資興市政府相關(guān)負(fù)責(zé)人表示，預(yù)計(jì)整個(gè)東江湖大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)園投入運(yùn)營(yíng)后，年節(jié)約用電量有望高達(dá)50億度。

巧“取”豪“奪” 最節(jié)能數(shù)據(jù)中心這樣煉成

聽(tīng)起來(lái)“輕松”的方案，實(shí)施起來(lái)，卻依靠著團(tuán)隊(duì)的巧“取”豪“奪”，才最終成就了這座中國(guó)最節(jié)能的數(shù)據(jù)中心。

取水，是第一個(gè)技術(shù)活。湖南大學(xué)教授張泉介紹，取水點(diǎn)選在離東江湖發(fā)電水壩大約10公里的位置。從水壩流出，到取水點(diǎn)，水溫穩(wěn)定在12攝氏度左右�！八畨紊钏畢^(qū)水溫在4—5攝氏度左右，但基于在散熱過(guò)程中不產(chǎn)生冷凝水的需求，選擇了12攝氏度水溫點(diǎn)取水。”同時(shí)，在分析了東江湖20年左右的水文資料后，進(jìn)行了取水點(diǎn)的“蓄水房”的判斷定位，以確保取水成功。

張泉透露，為數(shù)據(jù)中心散熱，節(jié)能是目標(biāo)，但安全卻是第一要?jiǎng)?wù)�！懊垮礄C(jī)一次，按全球造成的損失賠償平均價(jià)格看，在240萬(wàn)美元左右。數(shù)據(jù)中心必須確保24小時(shí)不間斷工作�！�

怎么辦？必須有“備胎”。團(tuán)隊(duì)準(zhǔn)備了“雙電源”備用，并搭配了蓄電電池、柴油機(jī)發(fā)電，及兩個(gè)可儲(chǔ)存360立方水的蓄冷罐，多“備胎”確保數(shù)據(jù)中心不宕機(jī)。

此外，他們還將來(lái)自航空航天的熱管技術(shù)“移植”到數(shù)據(jù)中心，用于熱交換。別看熱管技術(shù)早在上世紀(jì)就有，可在具體應(yīng)用時(shí)，工質(zhì)的“配方”、熱管結(jié)構(gòu)等，都屬于“秘方”級(jí)技術(shù)。最終，數(shù)據(jù)中心充分利用了微通道熱管的高效潛熱換熱進(jìn)行機(jī)柜冷卻，常年可實(shí)現(xiàn)無(wú)動(dòng)力運(yùn)行。運(yùn)行中，還實(shí)現(xiàn)了無(wú)冷凍水進(jìn)入機(jī)房，大大降低了冷凍水可能帶來(lái)的泄漏等安全隱患，提高了服務(wù)機(jī)架的利用率。

廖曙光總結(jié)，團(tuán)隊(duì)為項(xiàng)目規(guī)劃了兩套制冷系統(tǒng)：一套為湖水直供系統(tǒng)，深層湖水經(jīng)換熱器制取冷凍水為服務(wù)器降溫，換熱后的湖水經(jīng)密閉管道排放至東江湖下游，全程對(duì)湖水水質(zhì)無(wú)影響。另一套為集中式冷凍水系統(tǒng)，配置4臺(tái)高壓離心式水冷機(jī)組及配套設(shè)施作為備用， “我們致力于打造趕超世界先進(jìn)水平的數(shù)據(jù)中心�！彼�說(shuō)。

“一般數(shù)據(jù)中心PUE值能做到1.5，就很不錯(cuò)。東江湖數(shù)據(jù)中心的PUE值保持在1.05至1.16之間�！崩捉ㄜ娬f(shuō)。截至目前，數(shù)據(jù)中心共有350個(gè)機(jī)柜、3000多個(gè)服務(wù)器運(yùn)行，比采用空調(diào)制冷的普通數(shù)據(jù)中心節(jié)能高達(dá)30%以上。

熱管技術(shù)為核心 將精準(zhǔn)降溫進(jìn)行到底

安全可靠節(jié)能，東江湖數(shù)據(jù)中心獲得了國(guó)家最高等級(jí)的A級(jí)機(jī)房認(rèn)證，成為了我國(guó)最綠色節(jié)能的互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心。該節(jié)能案例，還被寫(xiě)入了我國(guó)首部數(shù)據(jù)中心節(jié)能技術(shù)教材——《數(shù)據(jù)中心節(jié)能技術(shù)與應(yīng)用》。

然而，這只是起點(diǎn)。麥融高科股份有限公司和湖南大學(xué)的聯(lián)合團(tuán)隊(duì)，還有著更多的夢(mèng)想：要以熱管技術(shù)為核心，不斷衍生出新生代技術(shù)和產(chǎn)品。

目前，團(tuán)隊(duì)正著力研發(fā)“靶向冷卻技術(shù)”。該技術(shù)可改變以往對(duì)房間級(jí)制冷、行間級(jí)制冷的“套路”，直接瞄準(zhǔn)“元件級(jí)制冷”，對(duì)需要冷卻的芯片等核心元件進(jìn)行精準(zhǔn)制冷。這一研究，已獲國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃支持，并已在我國(guó)超級(jí)計(jì)算原型機(jī)上進(jìn)行了“初體驗(yàn)”。

針對(duì)集中蓄冷，存在的占用面積大等問(wèn)題，團(tuán)隊(duì)則擬利用相變儲(chǔ)能材料，結(jié)合三元雙向換熱技術(shù)，研究分布式蓄冷產(chǎn)品和系統(tǒng)。

“熱管技術(shù)早在上世紀(jì)就有了。但仍有很多核心技術(shù)需進(jìn)行深入研究。我們?cè)谶M(jìn)行理論研究的同時(shí)，還在進(jìn)行大量的實(shí)驗(yàn)認(rèn)證，解決這些技術(shù)在應(yīng)用上的關(guān)鍵難點(diǎn)。”廖曙光說(shuō)。