我如何為數(shù)據(jù)中心供電?

克勞德·香農(nóng) (Claude Shannon ) 于 1948 年撰寫“通信的數(shù)學(xué)理論”時開始了這一切，他將信息的通信簡化為 1 和 0，本質(zhì)上是二進制數(shù)字。該理論導(dǎo)致了在現(xiàn)實世界充滿噪音的環(huán)境中無錯誤地傳輸數(shù)據(jù)的能力。香農(nóng)在 2016 年 4 月 30 日將滿 100 歲。

移動到未來 68 年(我已經(jīng)工作了將近 67 年，所以那是很長的時間!)，谷歌宣布他們和 Rackspace 正在開發(fā)一種新的服務(wù)器設(shè)計，Zaius POWER9 服務(wù)器，它將取代英特爾的 x86現(xiàn)有處理器，并用 IBM 的新 POWER9 處理器取而代之(盡管有一些非常好的新的 48V 直接轉(zhuǎn)換設(shè)計適用于英特爾處理器，您將在本文后面看到 ST Microelectronics 和 Intersil 列舉幾個電源參與者。) ，震撼了數(shù)據(jù)中心世界。電源效率是現(xiàn)在的主要推動力，因此谷歌甚至更進一步地展望未來，可能使用基于 ARM 的處理器來幫助節(jié)省更多能源。服務(wù)器架構(gòu)設(shè)計也將被重新設(shè)計。

此外，谷歌加入了 Facebook 的開放計算項目，并立即提出了一項新設(shè)計，以幫助云數(shù)據(jù)中心降低巨額能源費用。新的機架設(shè)計將直接向服務(wù)器提供 48V 電壓，以取代目前大多數(shù)服務(wù)器使用的 12V。谷歌聲稱電轉(zhuǎn)換損耗將減少30%。

因此，48V 將被傳送到主板并進一步轉(zhuǎn)換為 1V 或更低，以便為盡可能靠近該 IC 的處理器供電——哦，是的——并且沒有可能導(dǎo)致處理器錯誤的噪聲。

在我們進入服務(wù)器的電源管理解決方案之前，讓我們先來看看數(shù)據(jù)中心是什么樣的，以及隨著 5G 和物聯(lián)網(wǎng)的到來而導(dǎo)致的快速增長的互聯(lián)網(wǎng)使用需要克服的挑戰(zhàn)數(shù)據(jù)中心的云增長為每個數(shù)據(jù)中心增加了數(shù)十兆瓦甚至更多。

谷歌數(shù)據(jù)中心

讓我們首先看看 Google 的一個園區(qū)網(wǎng)絡(luò)機房、路由器和交換機內(nèi)部，這些機房使數(shù)據(jù)中心能夠相互通信。有無數(shù)光纖網(wǎng)絡(luò)將 Google 數(shù)據(jù)中心站點連接在一起，其運行速度比您的家庭互聯(lián)網(wǎng)連接快 200,000 倍。光纖電纜沿著黃色電纜橋架延伸，在這張圖片中可以在天花板附近看到。

冷卻數(shù)據(jù)中心的熱量

當我們查看服務(wù)器通道的后面時，我們會發(fā)現(xiàn)一個不太華麗的陣列，由數(shù)百個風(fēng)扇組成，它們將服務(wù)器機架中的熱空氣排入冷卻單元以進行再循環(huán)。

看在上帝的份上，把水喝了，Gunga Din!

巨大的儲水箱可容納多達 240,000 加侖(900,000 升)的水，用于冷卻數(shù)據(jù)中心的廢熱。隔熱水箱裝有水，水將流動并輸送到數(shù)據(jù)中心的核心進行冷卻。

許多其他數(shù)據(jù)中心使用冷卻器或空調(diào)裝置來冷卻機架。據(jù)谷歌稱，這種技術(shù)在能源使用方面會產(chǎn)生 30-70% 的開銷。谷歌的數(shù)據(jù)中心解決方案是將水作為一種節(jié)能的冷卻方式作為替代方案。

他們?yōu)樗麄兊姆?wù)器機架設(shè)計了定制的冷卻系統(tǒng)，稱為“ Hot Huts ”。這些系統(tǒng)用作熱空氣的臨時存儲，這些熱空氣將離開服務(wù)器的熱空氣與數(shù)據(jù)中心地板的其余部分隔離開來。每個 Hot Hut 單元的頂部都有風(fēng)扇，它們將通過水冷盤管從服務(wù)器后面抽出熱空氣。離開 Hot Hut 的冷空氣返回到數(shù)據(jù)中心的環(huán)境空氣中，服務(wù)器可以在此高效循環(huán)中將冷空氣吸入其中以冷卻它們。蒸發(fā)冷卻在 冷卻塔中效果很好。當來自數(shù)據(jù)中心的熱水通過加速其蒸發(fā)的材料流下塔時，一些水將變成蒸汽。風(fēng)扇將這種蒸汽吹起，從而帶走過程中的多余熱量。然后，塔可以將冷卻水返回數(shù)據(jù)中心。

在谷歌位于哈米納的數(shù)據(jù)中心設(shè)施中，芬蘭 海水用于冷卻，無需冷卻器。他們選擇這個位置是因為它的寒冷氣候和它在芬蘭灣的位置。設(shè)計的冷卻系統(tǒng)將冷水從海中泵入設(shè)施，通過熱交換器將熱量從它們的操作轉(zhuǎn)移到海水中，然后冷卻這些水，然后再將其返回海灣。這種高效的方法提供了全年所需的所有冷卻，而無需安裝任何機械冷卻器。像這樣的服務(wù)器樓層需要大量空間和高效的電源來為全球運行全系列的 Google 產(chǎn)品。在芬蘭的哈米納，谷歌選擇翻新一家舊造紙廠，以利用該建筑的基礎(chǔ)設(shè)施以及靠近芬蘭灣冷卻水域的優(yōu)勢。

此外，為了更好地節(jié)約用水，兩個數(shù)據(jù)中心采用 100% 循環(huán)水供電，并收集雨水冷卻三分之一。這個想法很簡單：他們不使用飲用水(或飲用水)進行冷卻，而是使用不可飲用的水源并對其進行足夠的清潔，以便可以用于冷卻。

懸停在愛荷華州康瑟爾布拉夫斯的地板上方，可以在圖 6 中看到數(shù)據(jù)中心的龐大規(guī)模。服務(wù)器上方的這個空間是配電系統(tǒng)的主要空間，無論是交流還是 400V?，F(xiàn)在，這將我們帶到了本文電源解決方案部分的技術(shù)視圖。