电子热仿真与测试
 
能源效率案例学习:戴尔计算机数据中心

 

在增加一个新的高密度的计算区之前,仿真能准确预测冷通道气流遏制系统带来的好处,并且给我们指出改进的空间吗?

 

Ø  占地面积15480平方英尺.

Ø  共计消耗4MW的电力.

Ø  具有2.7MW冷却能力.

Ø  4,777IT设备单元消耗1.5MW.

Ø  每年在能源方面需花费230万美元.

Ø  散热方面的成本为96万美元.

Ø  IT设备的能源成本为130万美元每年.

 

您的冷却方案有多直接?

      一个数据交换中心最有效的散热方案应该是直接而且明确定义的。但是,最初在设计数据中心时,冷却方面通常被设想的过于简单,因为设计时IT设备的布局和构成通常是未知的。冷却方案在执行时通常与设计的初衷相背离。因此,在IT设备和负荷不断发展的同时,如何处理热能动力学上的改变所带来的未知后果也就成了一项挑战。

 

能源效率方面的挑战

      Dell管理层打算给位于德克萨斯州首府奥斯丁的占地15,480平方英尺的数据中心增加一块高密度的计算区。该数据中心配备了5772台橱柜,里面含有大约5,000网络和存储单元。数据中心的IT负载并不均匀,高密度的设备集中于一侧。尽管有25Leibert 740C  机房空调(CRAC)(可以冷却2.7MW的余热),仍然有少数服务器过热。站点的能源利用率(PUE)为1.86还算合理,但仍比可以被普遍接受的理想值1.6要高(PUE = 数据中心总设备能耗/IT设备能耗,PUE是一个比率,越接近1表明能效水平越好)。仿真能不能帮我们改造Dell数据中心以消除过热点,降低入口温度,提高效率同时增加计算能力?

 

解决方案的选择

      Dell决定在三种不同情况下使用Future Facilities公司的6SigmaDC数据中心仿真软件来模拟数据中心的热学属性:现有的“底线型”配置,要求做出低风险/低成本修改的底线型配置,具有冷通道气流遏制系统的战术型配置。这三种仿真中,数据中心的各方面都要考虑到,包括内部机柜、地板砖、结构化布线、平板下方的水滴槽的属性和配置。对于整个数据中心的空间而言,这种详细的建模可以提供一致的、给人深刻印象的85%90%的精确度。可以发现,之前IT设备的增加、移动和改变,导致了冷却路径出现了问题,使底线型配置的性能随着时间推移而恶化。从机房空调来的冷空气有56%从设备入口旁绕过,而54%的具有余热的空气又重新进入了设备入口。

通过一系列战术性改进方法的提出和模拟,包括给配电单元(power distribution units)增加护板,将机房空调后的孔洞密封,安装高容量的地板栅格。冷通道气流遏制系统的模拟则表明,减少机柜间的空隙、在冷道周围安装长条形的帘子可以减少不利于散热的余热再循环。

 

 

      CFD模拟可以让Dell的工程师们直观地看到从支路流出的气流并将它们重新引入到冷通道中。仿真结果表明,战术型的修改可以使重新进入设备入口的余热气流从54%减少到51%,使冷空气增加到17%,机柜的工作功率也可以从2.7kW增加到3.2kW。对冷通道气流遏制将使从支路逸出的气流从56%减少到46%,具有余热的气流通过再循环进入入口的几率也减少到40%。而战术型配置和冷通道气流遏制二者兼用,将使PUE(能源利用率)从1.86改善至1.77(越接近于1越好),整体的能源浪费则可以减少5%。另外,模拟结果还表明,如果气流增加的话各项指标还可以有更大的改进。

 

结论

Ø  冷却气流的浪费减少了12%,数据中心的电力浪费则减少了5%,从而每年可节省10万美元的花费。

Ø  每个机柜的功率可以从2.7kw提高到3.2kw

Ø  模拟结果表明(采取改进措施后)该数据中心仍然有能力增加一块高密度的计算区域(而正常运转)

 

Adam Greene ,来自Dell计算机公司,坦言:

“  IT设备的功率密度增加的很快,但是想改变数据中心的基础设施却很复杂并且需要花费昂贵的费用”。在重新布置您的数据中心之前,您最好先弄清楚您要做什么。6SigmaDC让昂贵的数据中心在不停工的情况下试验您的想法。”

 

6SigmaDC

      6SigmaDC提供了实体设备的一种详细的、3D化的表现方法,并且是管理设备的选址和负载增加的整体方法论的基础。6SigmaDC在预测改变设备操作所带的影响时是独一无二的。从产品的初始设计、构建、佣金到日常的运营,6SigmaDC能够弥补仅靠经验判断的不足,在管理关键设备的效率和回复性上具有科学上的精确性。

 

Dell电脑公司

      Dell计算机公司创建于1984年,总部位于德州圆石城,是电脑设备的设计和制造商,产品包括:PC,笔记本电脑,存储设备和智能手机。拥有100000名雇员,年收入500亿美元,全球最佳的销售和顾问厂商。在IT设备的内部运营方面,Dell有着非凡的需求。因此Dell从未停止过寻找新的途径来保证其IT的运营更有效和更易受控。