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高密度机柜的散热方法

发表日期：2020年2月16日人气：1016 录入：admin

随着数据中心机房内高密度机柜的不断添加，设备的集成度越来越高，散热问题已成为数据中心机房办理的首要难题。该文中讲述了五种应对高密度机柜散热问题的战略，总结了运用高密度核算的最佳散热战略，最终介绍了进步冷却功率和冷却才能以及进步现有数据中心密度的具体办法。
　　1、导言
　　在数据中心装置最新的IT设备，如刀片式服务器，有着很多的长处。可是，这些设备的能量消耗量每一机柜为现有机柜的2至5倍，即“高密度”机柜，高密度机柜的功率一般都超越5kW，相应的散热量也会加大，这一点已成为停机的潜在原因。为有效地防止设备故障和不明原因的速度缓慢，并延长设备的运用寿命，拟定合理和优化的散热战略至关重要，以保证数据中心可以在其峰值功率下平稳运转。本文首先剖析了五种应对高密度机柜散热问题的战略，并总结了运用高密度核算的合理并且最佳的散热战略，最终，介绍了进步冷却功率和冷却才能以及进步现有数据中心密度的具体办法。
　　2、散热战略
　　运用高密度机柜的散热战略有五种根本办法：涣散负载、依据规矩的散热才能转借、辅佐散热、设定专门的高密度区以及全房间制冷。下面依次对这些办法进行探讨。
　　2.1涣散负载
　　涣散负载是目前数据中心选用高密度设备最常用的解决办法。其目的是将负载超越平均值的机柜中的服务器涣散到多个机柜中，完成整个机房的电力和散热功用的负载平衡。
　　经过将设备涣散装置在多个机柜中，任何一个机柜都可以不超出规划的功率密度，因而散热功用是可猜测的。例如可以将1U服务器和刀片服务器涣散装备在多个机柜中。在多个机柜中涣散装备设备会使机柜内有相当大的未被运用的笔直空间。有必要用隔板封填充这些空间，防止散热功用下降。随了散热外，其它一些要素也常常会要求高密度设备在多个机柜中涣散装置。高密度装备下，为机柜供给所需的电力或数据或许不行行或不切实际，在高密度装备1U服务器的状况下，机器后部很多的线缆或许会严峻阻止空气的流转，甚至后门都无法封闭。因而，在必要的状况下，也需求将服务器等设备涣散放置。
　　2.2依据规矩的散热才能转借
　　依据规矩的散热才能转借这种解决方案，是希望经过选用一定的规矩，来允许高密度机柜借用邻近的其它运用率不高的冷却才能。
　　数据中心中总有一些机柜的功耗相对比较低，其散热才能和回流才能运用率相对不高，这些机柜的散热才能可以让邻近的其它机柜运用。此外，还可以选用一些更杂乱的规矩，使机柜可以为两倍于规划的平均功率值供给牢靠和可猜测的散热才能。可以经过以机柜级监控功耗来确认这些规矩和办法。
　　2.3辅佐散热
　　辅佐散热战略，是希望经过运用辅佐散热设备为功率密度超越机柜规划平均值的机柜供给所需的散热才能。这种办法一般需求事前对核算机的装置进行规划，以便在需求的时刻和地点运用辅佐散热设备。
　　可以用多种办法对机柜进行辅佐散热，包含：装置特制的地板砖或电扇增强机房专用空调对机柜的冷空气供给；装置特制的回流管道或电扇从机柜中排出热空气，使机器排出的热空气回流到机房专用空调体系；以及装置专门的机柜或机架式散热设备直接为机柜供给所需的散热才能等等。
　　2.4设定专门的高密度区
　　设定专门的高密度区散热战略，是指在数据中心机房内设定一个有限的专门区域供给强散热才能，将高密度机柜约束在这一区域内。
　　运用这种散热战略，一般需求对高密度机柜部分以及将这些机柜隔离到一个特定区域的才能提早有所了解，在这些限制状况下可以达到最佳的空间运用率。当一个专门的高密度区被确认后，用户可以在这个区域选用专门的高密度技能，以便为该区域供给可猜测的功率和散热密度。当功率密度超越每个机柜10kW时，由于气流的不行猜测性，需求选用缩短散热体系和机柜间的气流途径的办法。该体系的关键运转原则便是经过封闭热通道来操控IT设备排出的一切热空气，然后立即用核算机机房空调体系对这些热空气进行冷却。操控热空气再加上较短的气流途径使得体系可以为很高的功率密度进行冷却，一起使得体系体现出高功率。
　　2.5全房间制冷
　　全房间制冷，为机房内每个机柜供给希望达到的电力功率峰值和散热的才能。从概念上讲，这是最简略的解决方案，但并不实用，因为数据中心每个机柜的功率会有很大的不同，这种解决方案的成果会形成极大的糟蹋和极高的本钱。此外，每个机柜的全体机柜功率密度超越6kW的数据中心进行规划需求极杂乱的工程规划和剖析。这种办法只要机房功率密度较低的状况下才是合理的。
　　3最佳散热战略
　　结合数据中心高密度机柜(http://www.yizhoujigui.com/)的五种散热战略，综合考虑机房常见的装置状况，总结出以下四点运用高密度核算设备时优化散热的最佳实用战略。
　　1)忽略IT设备的物理体积，把关注的焦点放在功耗上。这是使占地面积和总体具有本钱最小化的有效途径。
　　2)对体系进行规划，使之允许今后装置辅佐散热设备。这使得用户在今后需求的时候在所需的地方装置辅佐散热设备，以应日后之需。
　　3)当部分高密度负载很高并且可猜测时，在数据中心内设定一个专门的高密度区。当事前了解到需求建立一个高密度区并且涣散负载不行行时选用这种办法。
　　4)确认政策和规矩，这样可以依据机柜的位置和相邻的负载确认任何机柜允许运用的电力供给，并将不能按这些规矩进行装置的设备分隔。这样的规划可以削减热点，有助于保证散热的冗余性，一起进步体系的散热功率，下降电力损耗。
　　4进步散热功率的具体办法
　　4.1施行定时查看与维护
　　对数据中心的定时查看和维护，查看冷却基础设施的潜在问题，使其可以在最佳功率上运转。这些查看应该包含：查看核算机室空调单元，保证丈量温度（供给和返回）和湿度的读数和规划值共同；查看冷却水／冷凝器回路的状况；丈量地板通风孔的空气速度；机架内部的温度等等。
　　4.2在机架中装置挡板
　　如果机架柜内存在着没有运用的纵向空间，则从设备流出的热空气可经过“短路”返回到设备的进口。这种没有操控的热空气循环形成了设备的不必要发热。对机架一切空白面板要用挡板填充以形成U型空间。装置挡板可以保证适当的气流，防止冷却空气绕过服务器上的进口，并防止热空气循环。运用没有挡板的机架会导致冷却不妥，形成热丢失。
　　4.3铲除下地板障碍物和密封地板
　　数据中心的高架地板用作分配管道或导管来作为冷却空气的路经，使冷却空气从机房空调单元流到机架前的带孔地板砖或地板栅门。如果缆线从地板下经过，要保证有满足的空间，使得空气可以流到带孔砖或地板栅门，为设备的冷却供给满足的风量。在理想状况下，电缆架应该是在地板下“上级水平”行走，使得“下级水平”能自由地作为冷却分配管道。
　　缺失的地板砖要及时补上，以消除任何缝隙。地板上缆线开孔是形成空气走漏的首要原因。因而，对电缆的周围要进行密封。
　　4.4施行热／冷通道安置
　　施行热／冷通道安置
　　绝大多数机架装置服务器的规划为从前面吸入空气，从后边排出空气。如果机架都朝向一个方向，则第一排机架排出的热空气在通道中将和供给空气或室内空气相混合，然后进入到第二排机架的前面。图1显示的是在高架地板环境中的这种安置。由于空气接连经过各排机架，IT设备的进口空气注定是较热的。如果一切各排机柜的安置使得各个服务器的空气进口都朝向同一方向，则设备的功用难免会不正常。
　　最好的作法是使得“热”通道和“冷”通道设备交替成排安置，如图2所示。冷通道将包含地板栅门在内，使得服务器的前面（空气进口）朝向冷通道。热空气将被排放到不含有地板栅门的热通道中。这种热／冷通道安置也相同适用于一般地板环境。
　　4.5对齐机房空调单元
　　机房空调单元的空气排放管有必要正确对齐，以优化到地板栅门的冷却空气路经。机房空调单元太接近冷通道，将形成此通道的气流绕过地板通风孔。为使得沿通道的气流更好，机房空调单元应与热通道对齐。从常规考虑动身，会以为要将它们安置在冷通道中，以便为冷通道中的地板通风孔供给气流。但实践表明，在返回到机房空调进口时，热通道的热空气进入冷通道，形成热空气和冷空气相混，从而进步了机架前面（进口）供给空气的温度。因而，应该在装置机房空调单元时，要进行初步的流体动力学剖析，正确摆放空调位置，进步散热功率。也随着时刻越来越紧迫，因而在体系履行的过程中，等待任务随时或许会抢占当时履行的任务。LLF算法形成任务之间频频切换或称为波动(thrashing)现象较为严峻。波动现象增大了体系的开销，使得LLF的实用性大为下降，约束了LLF算法的运用。
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