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超大規模計算的力量

責任編輯:cres 作者:Marc Cram |來源:企業網D1Net  2018-06-26 10:44:57 原創文章 企業網D1Net

如今,云計算和IT采用的增長仍然持續不減。云計算服務提供商市場格局將由來自美國和中國的少數公司主導,這些公司部署了公司擁有的超大型數據中心。
 
在可預見的將來,由于許多企業決定放棄擁有自己的數據中心,并將應用程序遷移到云平臺,這些少數公司將會占據云計算市場的大部分增長。圖1顯示了2020年的超大規模數據中心的預計增長,以及預期在這些數據中心駐留的服務器的百分比。到2020年,預計大規??蛻魧捎盟惺鄢龅姆掌鞯?7%。對于諸如惠普和戴爾這樣的傳統硬件提供商來說,這種情況預示著更窄的客戶群,同時將擁有更高的技術敏銳度和更密切的關注底線。HPE和戴爾將看到他們為超大規模客戶提供的服務器超過了“無名”白盒供應商,并可以更好地提供客戶需要的產品。標準的服務器配置并不再適合所有客戶。越來越多的人將開放式計算作為一種降低成本和提高效率的途徑。
 
 
新的網絡拓撲將為超大規模數據中心的南北向流量和東西向流量帶來更高的帶寬。 Facebook公司已經公開了基于商品交換機設計的規范,并向全世界展示了軟件定義網絡(SDN)和網絡功能虛擬化(NFV)的諸多優勢。
 
對于超大規模數據中心運營商來說,電力輸送和冷卻新方法的創新使其設施中的機架功率密度得以提高,同時提高整體基礎設施的效率,從而產生極低的PUE。以下討論了電力基礎設施在使超大規模數據中心盡可能可靠和高效運行方面發揮的作用。
 
誰是超大規模廠商?
 
當今網絡上最強大的廠商名字是互聯網熱潮期間在20世紀80年代和90年代開始發展的超大規模廠商。微軟公司成功打造成了當今超過900億美元的龐然大物,其產品從全球數據中心足跡推動的操作系統和辦公軟件包轉向SaaS(Office 365)和PaaS(Azure)。亞馬遜公司于1994年開始從一家在線書商成為了一個價值1700億美元的電子商務巨頭,并且還成為全球規模最大的云計算服務提供商。
 
Facebook公司是全球最大的社交媒體企業,在全球各地擁有眾多大型數據中心。阿里巴巴是中國規模最大的電子商務商,并且正在將其數據中心覆蓋范圍擴展到國外。谷歌在20世紀90年代開始時是從一個研究項目發展起來,并迅速成長為互聯網上最大的搜索提供商。該公司也依賴多個地區的海量數據中心來提供用戶在搜索網絡時所期望的快速性能。其他大型且快速增長的超大規模數據中心運營商還包括蘋果、騰訊、百度、eBay等。
 
大多數超大規模數據中心的建設者都擁有自己的基礎設施。超大規模數據中心運營商原本采用HPE、Dell EMC、思科等公司制造的硬件,如今轉向采用臺灣和中國ODM廠商(如廣達、英業達、富士康、超微、浪潮等)提供的低成本、專用定制和“開放式”計算和網絡解決方案。
 
功率密度和冷卻對超大規模設計的影響
 
在過去的幾十年中,數據中心行業的機架功率密度與計算和存儲密度相應地增長。如今在單一機架中的服務器和硬盤比以往任何時候都要多。而一個典型的IT機架的軸功率為1-3千瓦,如今20到40千瓦的負載在單個機柜中也是常見的。美國國家可再生能源實驗室報告表明,每機架30千瓦的部署普遍存在。
 
谷歌公司的全球基礎設施負責人Joe Kava表示,該公司在2015年使用了5.7兆瓦的能源。其中數據中心的能耗占了絕大多數,這也是谷歌公司為其云計算園區采購可再生能源獲得領先地位的原因。
 
基于英特爾、AMD、NVIDIA和ARM的最新芯片技術提供的新服務器每秒可提供更高的運算速度和每瓦操作性能。與此同時,數據中心房地產的成本在大多數市場上漲,導致運營商尋求更高的IT機柜來更有效地利用空間。有的運營商甚至采用一個裝滿IT設備的高大圓柱,但密集的部署將會產生大量散熱問題,數據中心架構師必須采用空氣或水作為冷卻介質。有一些數據中心設施同時部署這兩種冷卻方式。
 
高效的空氣冷卻措施需要遵守各種設計原則:
 
•更改設備的部署方向,以創建自然的熱通道和冷通道。
 
•在空置的機架空間使用盲板以確保冷空氣不會泄漏到熱通道中。
 
•實行熱通道或冷通道遏制。
 
•自然對流可以通過精心設計的設施流動空氣,冷空氣下沉到地板上,熱空氣上升到天花板。因此,對冷通道采用高架冷空氣設計,并在機架背面提升天花板或煙囪,以驅動空氣通過IT系統。
 
絕熱冷卻依賴于通過體積膨脹引起的氣壓變化來減少熱量的過程。在數據中心中使用絕熱過程以促進有效利用水和電的“自然冷卻”方法。
 
液體冷卻非常適合機柜功率和熱密度超過以合理速度流動的空氣的冷卻能力(高達幾百CFM)的應用。液體冷卻有多種形式:冷卻門、冷凍擱板、直接噴霧冷卻到芯片上等等。 “在高性能計算領域,其制冷方案都將轉向液體冷卻。”Eurotech公司技術總監Paul Arts說,“在我們的設想中,擴張是唯一的途徑。我們認為這是新一代高性能計算的開始,擁有巨大的力量。我們正處于革命的開始階段。”
 
最終,冷卻決策將取決于數據中心將運行的參數:維護/維修的頻率、可用技術人員的數量、維修的允許時間、期望的功率效率水平等等。
 
推動超大規模數據中心的未來需求
 
許多論文記錄了數據中心行業在21世紀初日益增長的電力需求。如果摩爾定律和服務器虛擬化對行業沒有幫助,電力需求的增長可能會超過美國總發電量的10%。相反,IT行業在監管自身方面發揮了領導作用,使IT系統更加節能。英特爾公司和AMD公司致力于減少服務器芯片(CPU)的功耗,并且隨著每代CPU的產生,他們改進了每個周期的指令,并減少了每條指令的功率,同時保持在給定的功率范圍內。
 
 
展望未來,許多超大規模數據中心運營商正致力于為其數據中心設施提供可再生能源。首先通過購買可再生能源證書和電力抵消(從當地公用事業購買水力發電等綠色能源的電能),現在許多超大規模數據中心都使用燃料電池或太陽能陣列的電能。蘋果公司和Facebook公司已經有多個數據中心采用太陽能的電力。微軟公司在懷俄明州夏延擁有沼氣發電廠,并從Pilot Hill Wind購買風力發電,并在全球各地建設大量太陽能發電設施。亞馬遜公司在德克薩斯州建立了一個253兆瓦的風力發電場,而谷歌公司所有的數據中心在2017年全部采可再生能源。
 
“我們是全球最大的可再生能源企業購買者。”谷歌公司技術基礎設施高級副總裁Joe Kava說。
 
IT行業也有許多關于最適合超大規模數據中心的電力基礎設施的建議。在早期,Facebook公司的機架設備采用了480V/277V交流電源,而機架上IT負載采用12V 直流電源。谷歌公司提出了采用48V直流電為服務器供電,直接轉換負載點電源以48V運行到主板運行CPU、內存等所需的工作電壓和電流。在谷歌公司實施的項目中,從電源到機架的電力為480/277的交流電(或400V/230V交流電),通過三相整流器將交流電轉換為直流電為機架設備供電。微軟公司最近的開放計算項目采用了480/277V 交流電源為機架設備供電,而服務器采用277V電源,服務器機箱中帶有兩個三相電源,并支持與機架服務器配套的基本(非智能)PDU。
 
對于那些尋求采用發電設備運行數據中心的公司來說,在現場生產直流電源并將其輸送到機架上是很有意義的。在這種情況下,將380V直流電源引入機架,并通過DC-DC轉換器轉換到48V是一種選擇?;蛘呱踔量梢詫?8V直流電源輸入到機架上,這取決于與電源的距離。
 
每個數據中心都是為了實現功能、等待時間、正常運行時間、成本和價值目標而構建的。電力傳輸基礎設施的選擇與這些目標密切相關,并由數據中心運行的軟件棧的穩健性和靈活性所緩解。未來的超大規模數據中心可能會從虛擬機遷移到容器,并提供“無服務器”計算模式。而人們有關數據中心采用交流電源和直流電源的爭論將會持續下去,而部署機架上的燃料電池等新技術也將越來越受歡迎,為數據中心業主和運營商提供可再生能源以支持超大規模數據中心將成為一種強制性要求。人們需要了解有關超大規模計算的更多信息。

關鍵字:云計算

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超大規模計算的力量

責任編輯:cres 作者:Marc Cram |來源:企業網D1Net  2018-06-26 10:44:57 原創文章 企業網D1Net

如今,云計算和IT采用的增長仍然持續不減。云計算服務提供商市場格局將由來自美國和中國的少數公司主導,這些公司部署了公司擁有的超大型數據中心。
 
在可預見的將來,由于許多企業決定放棄擁有自己的數據中心,并將應用程序遷移到云平臺,這些少數公司將會占據云計算市場的大部分增長。圖1顯示了2020年的超大規模數據中心的預計增長,以及預期在這些數據中心駐留的服務器的百分比。到2020年,預計大規??蛻魧捎盟惺鄢龅姆掌鞯?7%。對于諸如惠普和戴爾這樣的傳統硬件提供商來說,這種情況預示著更窄的客戶群,同時將擁有更高的技術敏銳度和更密切的關注底線。HPE和戴爾將看到他們為超大規??蛻籼峁┑姆掌鞒^了“無名”白盒供應商,并可以更好地提供客戶需要的產品。標準的服務器配置并不再適合所有客戶。越來越多的人將開放式計算作為一種降低成本和提高效率的途徑。
 
 
新的網絡拓撲將為超大規模數據中心的南北向流量和東西向流量帶來更高的帶寬。 Facebook公司已經公開了基于商品交換機設計的規范,并向全世界展示了軟件定義網絡(SDN)和網絡功能虛擬化(NFV)的諸多優勢。
 
對于超大規模數據中心運營商來說,電力輸送和冷卻新方法的創新使其設施中的機架功率密度得以提高,同時提高整體基礎設施的效率,從而產生極低的PUE。以下討論了電力基礎設施在使超大規模數據中心盡可能可靠和高效運行方面發揮的作用。
 
誰是超大規模廠商?
 
當今網絡上最強大的廠商名字是互聯網熱潮期間在20世紀80年代和90年代開始發展的超大規模廠商。微軟公司成功打造成了當今超過900億美元的龐然大物,其產品從全球數據中心足跡推動的操作系統和辦公軟件包轉向SaaS(Office 365)和PaaS(Azure)。亞馬遜公司于1994年開始從一家在線書商成為了一個價值1700億美元的電子商務巨頭,并且還成為全球規模最大的云計算服務提供商。
 
Facebook公司是全球最大的社交媒體企業,在全球各地擁有眾多大型數據中心。阿里巴巴是中國規模最大的電子商務商,并且正在將其數據中心覆蓋范圍擴展到國外。谷歌在20世紀90年代開始時是從一個研究項目發展起來,并迅速成長為互聯網上最大的搜索提供商。該公司也依賴多個地區的海量數據中心來提供用戶在搜索網絡時所期望的快速性能。其他大型且快速增長的超大規模數據中心運營商還包括蘋果、騰訊、百度、eBay等。
 
大多數超大規模數據中心的建設者都擁有自己的基礎設施。超大規模數據中心運營商原本采用HPE、Dell EMC、思科等公司制造的硬件,如今轉向采用臺灣和中國ODM廠商(如廣達、英業達、富士康、超微、浪潮等)提供的低成本、專用定制和“開放式”計算和網絡解決方案。
 
功率密度和冷卻對超大規模設計的影響
 
在過去的幾十年中,數據中心行業的機架功率密度與計算和存儲密度相應地增長。如今在單一機架中的服務器和硬盤比以往任何時候都要多。而一個典型的IT機架的軸功率為1-3千瓦,如今20到40千瓦的負載在單個機柜中也是常見的。美國國家可再生能源實驗室報告表明,每機架30千瓦的部署普遍存在。
 
谷歌公司的全球基礎設施負責人Joe Kava表示,該公司在2015年使用了5.7兆瓦的能源。其中數據中心的能耗占了絕大多數,這也是谷歌公司為其云計算園區采購可再生能源獲得領先地位的原因。
 
基于英特爾、AMD、NVIDIA和ARM的最新芯片技術提供的新服務器每秒可提供更高的運算速度和每瓦操作性能。與此同時,數據中心房地產的成本在大多數市場上漲,導致運營商尋求更高的IT機柜來更有效地利用空間。有的運營商甚至采用一個裝滿IT設備的高大圓柱,但密集的部署將會產生大量散熱問題,數據中心架構師必須采用空氣或水作為冷卻介質。有一些數據中心設施同時部署這兩種冷卻方式。
 
高效的空氣冷卻措施需要遵守各種設計原則:
 
•更改設備的部署方向,以創建自然的熱通道和冷通道。
 
•在空置的機架空間使用盲板以確保冷空氣不會泄漏到熱通道中。
 
•實行熱通道或冷通道遏制。
 
•自然對流可以通過精心設計的設施流動空氣,冷空氣下沉到地板上,熱空氣上升到天花板。因此,對冷通道采用高架冷空氣設計,并在機架背面提升天花板或煙囪,以驅動空氣通過IT系統。
 
絕熱冷卻依賴于通過體積膨脹引起的氣壓變化來減少熱量的過程。在數據中心中使用絕熱過程以促進有效利用水和電的“自然冷卻”方法。
 
液體冷卻非常適合機柜功率和熱密度超過以合理速度流動的空氣的冷卻能力(高達幾百CFM)的應用。液體冷卻有多種形式:冷卻門、冷凍擱板、直接噴霧冷卻到芯片上等等。 “在高性能計算領域,其制冷方案都將轉向液體冷卻。”Eurotech公司技術總監Paul Arts說,“在我們的設想中,擴張是唯一的途徑。我們認為這是新一代高性能計算的開始,擁有巨大的力量。我們正處于革命的開始階段。”
 
最終,冷卻決策將取決于數據中心將運行的參數:維護/維修的頻率、可用技術人員的數量、維修的允許時間、期望的功率效率水平等等。
 
推動超大規模數據中心的未來需求
 
許多論文記錄了數據中心行業在21世紀初日益增長的電力需求。如果摩爾定律和服務器虛擬化對行業沒有幫助,電力需求的增長可能會超過美國總發電量的10%。相反,IT行業在監管自身方面發揮了領導作用,使IT系統更加節能。英特爾公司和AMD公司致力于減少服務器芯片(CPU)的功耗,并且隨著每代CPU的產生,他們改進了每個周期的指令,并減少了每條指令的功率,同時保持在給定的功率范圍內。
 
 
展望未來,許多超大規模數據中心運營商正致力于為其數據中心設施提供可再生能源。首先通過購買可再生能源證書和電力抵消(從當地公用事業購買水力發電等綠色能源的電能),現在許多超大規模數據中心都使用燃料電池或太陽能陣列的電能。蘋果公司和Facebook公司已經有多個數據中心采用太陽能的電力。微軟公司在懷俄明州夏延擁有沼氣發電廠,并從Pilot Hill Wind購買風力發電,并在全球各地建設大量太陽能發電設施。亞馬遜公司在德克薩斯州建立了一個253兆瓦的風力發電場,而谷歌公司所有的數據中心在2017年全部采可再生能源。
 
“我們是全球最大的可再生能源企業購買者。”谷歌公司技術基礎設施高級副總裁Joe Kava說。
 
IT行業也有許多關于最適合超大規模數據中心的電力基礎設施的建議。在早期,Facebook公司的機架設備采用了480V/277V交流電源,而機架上IT負載采用12V 直流電源。谷歌公司提出了采用48V直流電為服務器供電,直接轉換負載點電源以48V運行到主板運行CPU、內存等所需的工作電壓和電流。在谷歌公司實施的項目中,從電源到機架的電力為480/277的交流電(或400V/230V交流電),通過三相整流器將交流電轉換為直流電為機架設備供電。微軟公司最近的開放計算項目采用了480/277V 交流電源為機架設備供電,而服務器采用277V電源,服務器機箱中帶有兩個三相電源,并支持與機架服務器配套的基本(非智能)PDU。
 
對于那些尋求采用發電設備運行數據中心的公司來說,在現場生產直流電源并將其輸送到機架上是很有意義的。在這種情況下,將380V直流電源引入機架,并通過DC-DC轉換器轉換到48V是一種選擇。或者甚至可以將48V直流電源輸入到機架上,這取決于與電源的距離。
 
每個數據中心都是為了實現功能、等待時間、正常運行時間、成本和價值目標而構建的。電力傳輸基礎設施的選擇與這些目標密切相關,并由數據中心運行的軟件棧的穩健性和靈活性所緩解。未來的超大規模數據中心可能會從虛擬機遷移到容器,并提供“無服務器”計算模式。而人們有關數據中心采用交流電源和直流電源的爭論將會持續下去,而部署機架上的燃料電池等新技術也將越來越受歡迎,為數據中心業主和運營商提供可再生能源以支持超大規模數據中心將成為一種強制性要求。人們需要了解有關超大規模計算的更多信息。

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