2023年數(shù)據(jù)中心存儲(chǔ)冷卻最新技術(shù)
隨著物聯(lián)網(wǎng)、視頻、人工智能等不斷涌現(xiàn)的數(shù)據(jù)流，預(yù)計(jì)到2025年我們每天會(huì)生成463艾字節(jié)的數(shù)據(jù)，這一點(diǎn)也不奇怪。
我們?cè)L問(wèn)數(shù)據(jù)和與數(shù)據(jù)交互的方式不斷變化，并將對(duì)數(shù)據(jù)的處理和存儲(chǔ)產(chǎn)生真正的影響。預(yù)計(jì)在短短幾年內(nèi)，全球數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量將超過(guò)200ZB，其中一半存儲(chǔ)在云端。
這對(duì)超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心及其存儲(chǔ)基礎(chǔ)設(shè)施提出了獨(dú)特的挑戰(zhàn)。云數(shù)據(jù)中心選擇大容量硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器(HDD)來(lái)存儲(chǔ)90%的EB數(shù)據(jù)。HDD是經(jīng)過(guò)試驗(yàn)和測(cè)試的技術(shù)，通常采用3.5英寸外形尺寸。他們繼續(xù)為數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)商提供經(jīng)濟(jì)高效的大規(guī)模存儲(chǔ)。目前的頂級(jí)HDD容量為20TB。到本世紀(jì)末，這一數(shù)字預(yù)計(jì)將達(dá)到120+TB，所有這些都是在現(xiàn)有的3.5英寸尺寸下實(shí)現(xiàn)的。
這表明需要改進(jìn)的熱冷卻解決方案。更多的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)意味著更多的磁盤(pán)旋轉(zhuǎn)、更高速度的電機(jī)、更多的執(zhí)行器，所有這些都意味著更多的電力使用。隨著磁盤(pán)功率的增加，它們產(chǎn)生的熱量也會(huì)增加。其次，在過(guò)去十年中，隨著氦氣被引入硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器，性能不僅因磁盤(pán)上的阻力減少而得到提高，而且單元現(xiàn)在已被密封。
還需要考慮ESG合規(guī)性。由于數(shù)據(jù)中心消耗的電力占全球電力需求的1%，而冷卻電源占數(shù)據(jù)中心總能耗的35%以上，數(shù)據(jù)中心所有者面臨著減少這種消耗的壓力。
傳統(tǒng)上，數(shù)據(jù)中心環(huán)境使用空氣冷卻技術(shù)。使用空氣冷卻方法去除熱量的主要方法是通過(guò)設(shè)備機(jī)箱引入越來(lái)越多的氣流。通常，機(jī)架后面有一個(gè)熱通道，機(jī)架前面有一個(gè)冷通道配置，通過(guò)熱空氣與冷空氣交換來(lái)散熱?？諝饫鋮s已被廣泛部署并廣為人知。它也深深植根于世界上幾乎每一個(gè)數(shù)據(jù)中心。然而，隨著數(shù)據(jù)量的發(fā)展，空氣冷卻越來(lái)越有可能不再能夠?yàn)槟芰棵芗膇t設(shè)備確保適當(dāng)?shù)牟僮鳝h(huán)境。
事實(shí)證明，液體冷卻等技術(shù)是消除IT設(shè)備熱量的更有效方法。例如，精密液體冷卻使少量介電流體在服務(wù)器表面循環(huán)，幾乎100%地消除了電子元件產(chǎn)生的熱量。沒(méi)有性能限制熱點(diǎn)，沒(méi)有前到后的空氣冷卻，也沒(méi)有罐解決方案中存在的從下到上的浸泡限制。雖然精密液冷的最初應(yīng)用是在密封的機(jī)箱中冷卻服務(wù)器組件，但考慮到HDD的功率需求增加，存儲(chǔ)設(shè)備也是一個(gè)理想的應(yīng)用。
高密度存儲(chǔ)需求
對(duì)于高密度HDD，傳統(tǒng)的空氣冷卻將空氣從前向后拉過(guò)系統(tǒng)。在這種環(huán)境中，通常會(huì)發(fā)生的情況是前面的磁盤(pán)比后面的磁盤(pán)溫度低得多。當(dāng)冷空氣進(jìn)入并穿過(guò)JBOD設(shè)備時(shí)，空氣變得更熱。這可能會(huì)導(dǎo)致設(shè)備正面和背面的光盤(pán)之間出現(xiàn)20°C或更高的溫差，具體取決于硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器的容量。
對(duì)于任何數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)商來(lái)說(shuō)，一致性是關(guān)鍵。當(dāng)磁盤(pán)前后溫度變化近20°C時(shí)，驅(qū)動(dòng)器上的磨損不一致，從而導(dǎo)致不可預(yù)測(cè)的故障。機(jī)架高度的差異也是如此，因?yàn)檩^低的設(shè)備往往會(huì)消耗來(lái)自地磚的較冷氣流。
用于存儲(chǔ)的液體冷卻
雖然任何數(shù)據(jù)中心環(huán)境中總會(huì)出現(xiàn)差異和不同的容差，但液體冷卻可以減輕這些差異并提高一致性。研究發(fā)現(xiàn)，精密液體冷卻是一種更有效的HDD機(jī)架冷卻方式，結(jié)果如下：
無(wú)論JBOD內(nèi)的位置如何，所有HDD的溫度變化僅為3°C
DD系統(tǒng)可以在高達(dá)40°C的機(jī)架進(jìn)水溫度下可靠運(yùn)行
系統(tǒng)級(jí)冷卻功率不到總功耗的5%
減輕聲學(xué)振動(dòng)問(wèn)題
雖然一致性是一個(gè)關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)，但以更高的水溫冷卻所有磁盤(pán)也很重要。這意味著數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)商不需要向設(shè)備提供冷凍水。減少資源消耗，例如電力、水、空間、可聽(tīng)到的噪音等，都可以進(jìn)一步降低總體擁有成本，并提高ESG合規(guī)性，這兩者都是當(dāng)今數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)商的主要優(yōu)勢(shì)。
隨著數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的需求不斷升級(jí)，超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心提供商有效冷卻設(shè)備所需的解決方案也將不斷升級(jí)。事實(shí)證明，高密度存儲(chǔ)的液體冷卻是一種可行的替代方案，因?yàn)樗梢砸愿恢碌臏囟壤鋮s驅(qū)動(dòng)器，并消除風(fēng)扇振動(dòng)，從而降低總體終端功耗并提高ESG合規(guī)性。在數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)商面臨越來(lái)越大的降低能源消耗、提高可持續(xù)性指標(biāo)的壓力之際，這項(xiàng)技術(shù)可能不僅有利于地球，也有利于商業(yè)。
實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)系統(tǒng)的創(chuàng)新
如今的硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器在設(shè)計(jì)時(shí)就考慮到了強(qiáng)制風(fēng)冷，因此空氣冷卻在短期內(nèi)將繼續(xù)發(fā)揮作用是理所當(dāng)然的。縱觀未來(lái)的技術(shù)趨勢(shì)，不斷增加機(jī)架上的風(fēng)扇功率，并不是一個(gè)長(zhǎng)期可持續(xù)的解決方案。
數(shù)據(jù)大廳并沒(méi)有變得更大，而冷卻機(jī)架的成本卻在增加。對(duì)更大密度、更大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量的需求呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。專(zhuān)為精密液體冷卻而設(shè)計(jì)的存儲(chǔ)將更小，使用更少的貴重材料和組件，性能更快，并且故障更少。在相同的立方空間內(nèi)提供更具成本效益的HDD存儲(chǔ)解決方案的能力，不僅可以帶來(lái)總體擁有成本(TCO)優(yōu)勢(shì)，還可以帶來(lái)更大的ESG價(jià)值。
提高當(dāng)今技術(shù)的效率并消除新的、改變游戲規(guī)則的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方法的限制因素，可以幫助我們應(yīng)對(duì)所面臨的全球挑戰(zhàn)，也是邁向更美好未來(lái)的一步。
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