高能效數據中心的服務器機架策略

除了基本功能、氣流和機架本身的前期成本之外，許多數據中心歷來并沒有更多地考慮部署服務器機架。如今，高密度應用的廣泛采用正在引起主要的熱點問題和容量問題。這些因素以及高昂的能源成本，需要充分了解您的服務器機架部署與整體服務器機房和數據中心效率戰略的緊密程度。

IDC（國際數據公司）估計，每在新數據中心硬件上花費 1.00 美元，就會在電源和冷卻上額外花費 0.50 美元。降低運營成本是所有 CTO 和數據中心經理最關心的問題。運行數據中心的最大能源成本是冷卻，因此擁有完善的服務器機架策略對您的整體數據中心能耗和運營成本至關重要。未來幾年，大多數大中型組織將采用虛擬化和更高密度的服務器。隨著能源成本持續上升以及數據中心的增長和擴展，公司將尋求其設施和數據中心經理的合理戰略，以最好地解決這些不斷上漲的能源成本。

在 Uptime Institute 進行的一項調查中，企業數據中心經理回應說，他們中的 39% 預計他們的數據中心將在未來 12-24 個月內耗盡冷卻能力，21% 聲稱他們將在 12 個月內耗盡冷卻能力-60 個月。冷卻數據中心 IT 設備所需的電力遠遠超過運行該設備所需的電力，因此，數據中心的整體電力正在快速達到容量。在同一正常運行時間調查中，42% 的這些數據中心經理預計將在 12-24 個月內耗盡電力容量，另有 23% 聲稱他們將在 24-60 個月內耗盡電力容量。更加關注能源效率和消耗至關重要。

服務器機柜是數據中心的主要組成部分。盡管有許多不同的制造商，但服務器機柜的構成保持一致：折疊和焊接鋼，配置為保護服務器、交換機和連接性 - 任何按需組織的命脈。外殼有多種尺寸（高 x 寬 x 深），通常可根據用戶的個人需求進行定制，并提供電纜管理和 PDU 安裝。常見的 42U 服務器機架尺寸，請參見。

在最簡單的層面上，服務器機箱是一個精心設計的盒子。也許數據中心中沒有任何配件比它更重要，因為它擁有的設備和它保護的數據。雖然它不消耗電力并且不包含移動部件，但外殼方向對數據中心成為節能企業的能力有重大影響。

熱通道/冷通道服務器機架布局

由 Uptime Institute 的 Robert Sullivan 提出，熱通道/冷通道是公認的數據中心機柜布局最佳實踐。該設計使用空調、風扇和活動地板作為冷卻基礎設施，重點是入口冷空氣和排出熱空氣的分離。

在這個方案中，櫥柜被連接成一系列的行，放在活動的地板上。由于大多數 IT 設備從前到后散熱，每一排的前面都變成了冷通道。位于房間周邊的空調將冷空氣推到高架地板下并通過冷通道，在那里被服務器吸入。當空氣通過服務器時，它會被加熱并最終消散到熱通道中。然后排出的空氣被送回空氣處理器。

早期版本的服務器機箱，通常帶有“煙熏”或玻璃前門，隨著熱通道/冷通道的采用而過時；穿孔門是工作方法所必需的。出于這個原因，穿孔門仍然是大多數現成服務器機柜的標準，盡管經常有關于有效冷卻所需的穿孔面積的爭論。

雖然門很重要，但外殼的其余部分在保持氣流方面起著重要作用。機架附件不得阻礙空氣進出。盲板與側面“氣壩”或擋板一樣重要，因為它們可以防止任何廢氣返回設備進氣口（盲板安裝在未使用的機架安裝空間中，而氣壩垂直安裝在前 EIA 導軌的外側）。這些額外的部分必須與任何電纜管理方案或用戶認為必要的任何補充機架附件共存。

帶有機玻璃門的服務器機架與穿孔門

規劃并不僅僅停留在配件層面。熱通道/冷通道迫使數據中心工作人員對間距進行特別細化——調整每個通道的尺寸以確保最佳的冷卻和散熱。為了保持間距，最終用戶必須建立一致的機柜占地面積，特別注意機柜深度。傳統服務器機箱通常很淺，深度從 32 英寸到 36 英寸不等。隨著設備和需求的增長，服務器機箱也隨之增長。42" 深度在當今的數據中心中已經很普遍，許多制造商也提供 48" 深的版本。在容納更深的服務器的同時，這個額外的空間可以容納前面提到的電纜管理產品、機架附件和基于機架的 PDU。

盡管熱通道/冷通道部署在世界各地的數據中心，但其設計并非萬無一失。事實證明，這種布局很難實現中到高密度的安裝，因為它通常缺乏精確的空氣輸送。即使在外殼上有諸如盲板和氣壩之類的措施，旁路空氣和熱空氣再循環也很常見。因此，更多的冷空氣被噴射到服務器上以抵消空氣路徑的混合，從而需要風扇和冷卻器級別的額外能量。

盡管熱通道/冷通道存在這種限制，但其分離的前提已被廣泛接受。一些機柜制造商正在進一步考慮這個前提，使數據中心空間完全空氣分離（或遏制，如果你愿意）的目標成為現實。

冷通道封閉 (CAC)

冷通道封閉通過封閉冷通道來增強熱通道/冷通道的布置。然后過道變成了一個獨立的房間，用金屬、塑料或有機玻璃制成的屏障密封。這些屏障可防止熱廢氣再循環，同時確保冷空氣停留在服務器入口處所需的位置。通過排除等式，用戶可以將恒溫器設置得更高，并將非常溫暖的廢氣返回空氣處理機。

隨著現有設施中熱通道/冷通道的流行，冷通道遏制力圖利用這種安排。已經裝滿設備并可能固定在地板上的機柜不應需要移動或更改。大部分活動將集中在創建遏制的零件上。它們必須相應地調整大小并牢固地連接到行的末端和外殼的頂部。

熱通道封閉 (HAC)

熱通道封閉采用相反的方法。現在同樣的屏障包圍了熱通道，希望將盡可能溫暖的空氣返回到空調，空調的形式和位置都發生了變化。這些空氣處理器更緊湊，現在嵌入在實際的機柜行中。空調從這個位置收集排出的空氣，將其冷卻，然后將其返回到冷通道，在那里重復該過程。在這種情況下，效率與距離有關。排出的空氣和冷空氣都沒有遠行。

部署的復雜性取決于設施。實際的服務器機箱不應在形式和功能方面發生變化。然而，HAC 設計基于行式空調的使用。新設施可以從一開始就規劃這種配置。具有熱通道/冷通道的現有設施將不得不在假天花板中創建管道系統或重新加工整排以合并空調。這項工作可能涉及將新的冷凍水管連接到行位置。

緊密耦合冷卻

憑借緊密耦合的機柜方向，在同一機柜占地面積內，熱通道和冷通道都已完全進化。機柜與行式空調（冷凍水式）相鄰，與熱通道封閉式設計一樣，通過接近來實現效率。不同之處在于：緊密耦合冷卻幾乎從方程式中消除了空間。服務器機柜和空調都單獨工作。沒有空氣，熱的或冷的，被引入空間。接近和隔離的組合允許每機架約 35kW 的極其密集的安裝。

與熱通道封閉一樣，綠地數據中心可以提前規劃緊耦合冷卻，確保冷凍水管道和必要的基礎設施到位。具有機械容量的現有數據中心可以使用該產品進行熱中性擴展 - 例如，在隔離的集群中部署新的高密度刀片。這種新設備不會對現有的冷卻設備造成壓力。

對于沒有基礎設施或空間來擴展的現有空間，幾乎沒有辦法使用已經組裝好的機柜和緊耦合冷卻。

對于那些擁有基礎設施和空間的人來說，緊密耦合冷卻的效率提升是引人注目的 - 最顯著的是在機械冷水機組和使用水側節能器進行自然冷卻的潛力。

結論

服務器機箱曾經是數據中心規劃中的一個事后考慮，現在已經成為一個相關的話題，因為沒有它，任何冷卻策略都無法存在。許多數據中心主管部門強調，新的冷卻方法對于實現能源效率至關重要。根據 The Green Grid 的說法，該過程始于氣流管理 - 了解空氣如何繞過、進入和穿過服務器機箱。

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以下是幫助計算熱負荷和選擇機架式空調的公式：

將每個設備的瓦數相加并將其轉換為 BTU（設備手冊通常會列出其瓦數）。您還可以使用以下公式確定瓦數（瓦特=伏特 X 安培）。(5) 請記住，1,000 瓦特=1kW。

如果將使用機架式空調，則每消耗 1 kW，請考慮生成 3412.14 BTU。空調具有不同的 BTU 等級。