《企業網D1Net》10月29日訊

對于拒絕云服務外包的公司來說，數據中心設計和運營工作的展開將變得十分困難，尤其是面對與日俱增的預算壓力和需求，還有有限的資源，如地面空間。主機托管供應商也面臨著同樣的挑戰——最大限度地提高客戶的服務價值以及回報。數據中心設計中的一個重要趨勢就是提高功率密度。由于空間限制，需要更高效的運作，以應對上升的電力需求和成本，因此，每個機架上投入更多資源是一個顯而易見的解決方案。不過雖然該方案帶來諸多益處，數據中心運營者也必須解決隨之而來的一系列挑戰。

提高功率密度的趨勢

低功率密度往往等同于效率低下。較少的IT資源卻占據了大多數的空間（按每秒鐘運作的數量算，或類似的計算標準），通常，應該為更多的設備保留空間。總部位于Santa Clara的高密度主機托管服務供應商Colovore的CFO及聯合創始人Ben Coughlin指出，“雖然15至20千瓦的耗電量在處理密集型應用程序（如大數據分析）中比較常見，但典型的數據中心每個機架的耗電量為8至12千瓦。在海灣及美國大部分地區，數據中心每個機架的耗電量為4至5千瓦（這是10年前制定的標準）。”

在主機托管空間中，只支持低功率密度機架的空間價格較高，全租用機架空間會因為沒有足夠的電力支持，而無法使用。盡管機架上已放滿設備，但無法配合相應電力需求。“基于現有的服務器基礎設施，用戶很容易給每個機架分配8至10千瓦的耗電量，但由于大部分數據中心僅支持4至5千瓦耗電量，所以用戶不得不將設備轉移到半滿機架上。另外，這些機架也無法進行冷卻。而用戶為一半的使用空間卻支付了全額費用，這是一種浪費。”

無論是公共設施還是備用電源供電，功率密度的限制之一是配電基礎設施。公用設備供應的每一瓦特電力，數據中心都必須有足夠的不間斷電源以及柴油發電機容量，以保證在停電時數據中心正常運作。當然，這些都不包括布線、配電單元（PDU）等專為機架供電的設備。Coughlin還表示，“大多數數據中心都沒有足夠的電力供應其設備運作，所以運營者可能依靠公用設施供電，并花費巨額資金用于數據中心的核心基礎設施（電氣和機械基礎設施，發電機，配電等），只為配合供電量。因此，獲得更多電力和成本是兩個重要的變量。”

但是另一個更迫切的需求也許是制冷：設備消耗的每一瓦特就是一瓦特余熱，必須進行冷卻以維持操作所需的溫度。這也就是提高功率密度面臨的最大挑戰，特別是對無法承受高密度功率的設備而言。“當您增加機架密度時，服務器產生大量的熱量，也就需要更多的冷氣，”Coughlin說道，“制冷基礎設施非常昂貴，但最大的困難可能是改造舊數據中心。這些舊數據中心的天花板大多很低，很難提高密度，除非直接拆毀整個數據中心——這根本不可能做到，尤其是還有用戶在場的情況下。”

不幸的是，對于擁有傳統數據中心的企業而言，除了等待摩爾定律發生，改善半導體性能，否則，更高密度的改造支出就意味著該設施已經基本沒有擴大計算能力的可能性。但要提升半導體性能，就必須購買新的IT設備，利用其更高效更精細的處理技術，但是不斷發展的摩爾定律卻可能在10年后就會停止。Coughlin指出，在這種情況下，“主機托管供應商僅僅是停止‘分散負載’，或迫使用戶將自己的基礎設施擺滿所有的半滿機架。這并不是個可持續的方式，最終，空間、電力、制冷三者全都耗費完后，用戶只能重新更新服務器了。”

集成基礎設施提高功率密度

    提高功率密度的辦法可以概括為集成基礎設施：基本上來說，就是盡可能地縮小計算資源的體積，例如虛擬化和使用刀片服務器，還有微服務器等現有的數據中心發展趨勢。集成設施“對企業提高運營效率有非常積極的作用，”Coughlin說，“因為IT部署的設備尺寸越小，IT經理需要管理的機架也就越少，可以減少服務器30至50%的電力消耗。”

這種方法旨在通過增加機架功率降低數據中心總功率，也降低了制冷需求。“事實上，按照一臺服務器來算，電力需求是大大增加了，但總體而言，總功率下降了，因為不需要那么多的服務器。這也是高功率密度數據中心如此重要的原因——是集成基礎設施的關鍵所在。當今的服務器在每個機架上的功率為500至1000瓦！”

高功率密度=制冷問題

理所當然地，高功率密度的結果就是高效運營，所有人都會盡可能的填滿機架來節省開支、地面空間和減少管理問題。但就像事情有得必有失：在這種情況下，就是上述提高制冷問題。低密度空間部署通常是用空氣冷卻設備，在大部分地區，一年當中只有一部分時間有免費制冷的可能性（取決于設備操作所需的條件）。但當功率密度上升后，空氣制冷費用的昂貴令人望而卻步——如果提高功率密度可行的話。

發熱問題的解決方案是更接近于單點輸送而并非平均分布，也就是將冷氣直接輸送到熱量來源：無論是機架、服務器還是處理器。“服務器的芯片處理能力似乎在持續增長，但在某些時候，如果熱量過多時，芯片需要內部冷卻或立即轉移到有冷卻系統的服務器附近。”空氣制冷可能可以滿足某些需求，但水（或其他液體）提供更強大制冷能力——當然，代價就是執行困難，例如需要用來輸送冷水的基礎設施以及需要將水與電子設備完全隔離。

部署液體制冷方案可能會產生問題，尤其是對于年代久遠的數據中心，必須改造現有的基礎設施。而對于那些支持高功率密度的新設施而言，液體制冷能讓水流向需要冷卻的位置，比起冷卻整個機房，從而使服務器周圍的空間溫度夠低要好多了。如冷熱通道這樣的做法能為空氣制冷騰出一些空間，但有很大的局限性。最終，功率密度還是會提高，發展浸入式制冷技術是必須的。目前，有些公司的產品里能將將服務器浸沒到不導電的液體中，或將液體輸送到服務器外殼周圍。

提高功率密度帶來的回報

對用戶而言——無論他們是主機托管服務用戶，又或者是由企業運營數據中心——高功率密度為用戶帶來重要而豐厚的回報。援引主機托管用戶的說法，Coughlin表示，“當一家企業能夠將其IT設施整合到虛擬化刀片服務器上，如果以每機架耗電量為4至5千瓦來計算，就可以立即節省20%至30%的運營成本。這很可能是由于減少了每月用于收納服務器的機架租用費（是繼電費后，托管用戶支出最多的項目），還有降低了交叉互連成本和柜頂的交換機的使用。”對于主機托管用戶和數據中心運營者來說，意味著能夠進一步擴大現有的機架空間，并且為建立新的數據中心省去了麻煩和開支，帶來的回報遠超直接可衡量的成本節約。

不論是自己保管IT設備還是采用托管服務的公司，就像能源價格和IT服務的需求在增長那樣，對提高效率和節省地面、機架空間的需求也在不斷增長。這就是提高功率密度的趨勢，同樣也是挑戰：在機架內放入更多設備需要建立配電和備用基礎設施，以及制冷能力，以保持操作溫度可控性。雖然使用液體制冷在數據中心中還不是一個普遍的趨勢，但會隨著高功率密度流行起來，因為空氣制冷變得既不實用又昂貴。然而， 不論從空氣制冷轉變到液體制冷的時間有多長，只要企業希望最大限度地利用自己的資源，就會持續提高功率密度。