“北洋云”助力數(shù)據(jù)中心節(jié)能

文 本刊記者 陳向國

隨著大數(shù)據(jù)時代的到來，數(shù)據(jù)中心越建越多，越建越大。據(jù)統(tǒng)計，全球正在運行的服務(wù)器多達5500萬臺以上，最大的數(shù)據(jù)中心總功率達到100萬千瓦以上。其能耗越來越大，運行成本越來越高，因而數(shù)據(jù)中心節(jié)能被提上日程。數(shù)據(jù)中心節(jié)能的手段就是努力降低PUE值。PUE（Power Usage Effectiveness)是評價數(shù)據(jù)中心能源效率的指標，是數(shù)據(jù)中心消耗的所有能源與IT負載使用的能源之比。PUE=數(shù)據(jù)中心總設(shè)備能耗/IT設(shè)備能耗，PUE是一個比值，基準是2，越接近1表明能效水平越好。PUE值已經(jīng)成為國際上比較通行的數(shù)據(jù)中心電力使用效率的衡量指標。PUE值越接近于1，表示一個數(shù)據(jù)中心的綠色化程度越高。據(jù)我國2019年工信部、國家能源局和國家機關(guān)事務(wù)管理局三部委聯(lián)合發(fā)出的24號文件，要求新建大型數(shù)據(jù)中心PUE值不高于1.4。改造的數(shù)據(jù)中心PUE值不大于1.8。國際上都在探索各種降低數(shù)據(jù)中心PUE值的方法。比如，微軟把服務(wù)器扔到海里，說是真正的“水冷”；KOLOS則把全球第二大數(shù)據(jù)中心建在北極圈以北；聯(lián)想為北京大學建了一個水冷數(shù)據(jù)中心；許多單位把數(shù)據(jù)中心建在貴陽，利用貴陽的低溫空氣來降低PUE值；阿里云在浙江利用水庫底層的低溫水源做冷源，建造了據(jù)說PUE值達到1.1的數(shù)據(jù)中心……等等不一而足。以上為了降低PUE值，或者付出較大投資或者建造相當不易。有沒有一種成本低、易操作的方法可以實現(xiàn)PUE值明顯降低呢？日前，記者采訪了“北洋云”主創(chuàng)者——北京北洋華誠新能源科技發(fā)展有限公司陳慶洪董事長。他告訴記者，被命名為“北洋云”的一種用于存儲區(qū)塊鏈大數(shù)據(jù)的散熱機房已經(jīng)獲得國家知識產(chǎn)權(quán)局實用新型專利權(quán)證書。“北洋云”可以低成本、易操作降低PUE值。“不僅如此，還可以減少電子廢棄物，減少對環(huán)境的污染。鑒于‘北洋云’優(yōu)異的使用成效，我們建議修改機房空氣含塵量相關(guān)國際標準。”陳慶洪強調(diào)說。

節(jié)能原理

記者：請簡單介紹“北洋云”節(jié)能運行原理。

陳慶洪：“北洋云”可實現(xiàn)PUE值達到1.1以下。“北洋云”數(shù)據(jù)中心的結(jié)構(gòu)及節(jié)能原理是：先用密封機箱把服務(wù)器保護起來，再用風扇或自然風吹風冷卻，我們就可以做到PUE＜1.1。

普通云的冷卻過程為，經(jīng)過濾冷卻的冷風從進風口進入機房——經(jīng)風口進入機箱內(nèi)帶走熱量同時留下部分塵土——流出機箱——流出機房。

北洋云的冷卻過程為，室外空氣經(jīng)過紗窗被吸入機房——經(jīng)風扇吹至密封機箱表面帶走熱量同時留下部分塵土在機箱表面——被抽風機排出機房。

由此可見，普通云機房結(jié)構(gòu)降溫依靠的是風冷機箱服務(wù)器+密封機房，用空調(diào)（熱泵）把服務(wù)器熱量泵出去。北洋云機房結(jié)構(gòu)是密封機箱服務(wù)器+風冷機房，用風扇+自然風把服務(wù)器熱量帶走。

“北洋云”PUE值計算

記者：“北洋云”PUE值是如何測算出來的？

陳慶洪：以北洋云標配——裝10臺2U服務(wù)器，每個機柜標配3臺50瓦風扇，一個10瓦功率的LED照明燈為例。每臺服務(wù)器500瓦。主機總功率10×500=5000瓦。

輔機功率3×50+10=160瓦。PUE=5160/5000=1.032。剩余的0.068（340瓦）作為機房排風及濕度調(diào)節(jié)，安保系統(tǒng)用。北洋云機房的建設(shè)成本要比普通云低，普通云機房建設(shè)要100%保供電+100%保供水+空氣過濾。北洋云機房建設(shè)只需100%保供電。

記者：如果按照PUE值1.1標準改造全國數(shù)據(jù)中心的的話，能節(jié)約多少電？

陳慶洪：全國在使用的服務(wù)器有500萬臺，以平均功率500瓦/臺計，全國服務(wù)器總功率為500×0.5=250萬千瓦。如果PUE值從1.4降為1.1.則：250×0.3×8760=65.7億千瓦時。如以工業(yè)用電價1元/千瓦時計，全年可節(jié)省65.7億元。

“北洋云”實際運營測試數(shù)據(jù)

記者：請具體介紹一下“北洋云”實際運營測試數(shù)據(jù)。

陳慶洪：我們對多臺自冷密封機箱服務(wù)器實際工作的溫度進行了多次測試。每次測試都是每臺服務(wù)器都用魯太師測試軟件CPU加100%負載，測試CPU溫度。

實際運營測試情況說明，第一，在2～3m/s風速時，服務(wù)器密封機箱散熱已能滿足要求。此時，機箱內(nèi)空氣溫度在31～36℃之間，平均33.62℃。此時。機箱外表面平均溫度35℃左右。而所有CPU溫度都在75℃以下（在100%負載條件下）。

第二，機箱內(nèi)空氣平均溫度與室溫之間的溫度梯度約為8℃。這說明，即使在室外空氣溫度35℃的情況下，機箱內(nèi)空氣溫度亦只有35+8=43℃＜50℃。符合CPU的環(huán)境溫度要求。因為自然風隨處可得，使用自然風+風扇的冷卻方式是最經(jīng)濟的。

需要特別強調(diào)的是，上述做法的前提是必須使用具備散熱功能的密封機箱，才能避免塵土對服務(wù)器機芯的污染。而這正是“北洋云”所具有的核心技術(shù)。“北洋云”因為使用了自冷密封機箱技術(shù)，確保服務(wù)器機芯不會受到自然風中所含塵土的污染，節(jié)能效果顯著的自然風冷卻技術(shù)才能在數(shù)據(jù)中心機房中推廣應(yīng)用。

記者：有權(quán)威部門的檢測嗎？

陳慶洪：國家防爆產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心（天津）做了檢測，其檢驗結(jié)果是“根據(jù)客戶要求，測量機箱內(nèi)指定位置最高溫度為49.2℃。判定為‘合格’”。

“北洋云” 使電子固廢大幅度減少

記者：“北洋云”如何實現(xiàn)電子固廢減少？

陳慶洪：普通云現(xiàn)在流行使用的各種服務(wù)器都是風冷機箱，由于空氣塵土污染，5年折舊報廢，產(chǎn)生大量電氣固廢，污染環(huán)境。目前全球在用的服務(wù)器有6000萬臺以上，5年折舊報廢，平均每年產(chǎn)生1200萬臺服務(wù)器報廢。據(jù)我所知，IBM不舍得報廢價值上百萬的被塵土污染的計算機，用特種液體將計算機擦油泥后繼續(xù)使用。北洋云采用密封機箱結(jié)構(gòu)，服務(wù)器工作在超凈環(huán)境中，使用壽命可延長至30年以上。實際上，服務(wù)器可使用更長時間，比如美國1979年發(fā)射的旅行者號航天器，到現(xiàn)在已經(jīng)40年了，它的電腦系統(tǒng)還在工作。北洋云服務(wù)器的折舊可達10年以上。所以，北洋云產(chǎn)生的固廢要比普通云減少一半以上。

機房空氣含塵量標準要修改

記者：您建議修改的標準是什么？為什么建議修改？

陳慶洪：我們建議修改美國通信行業(yè)協(xié)會 TIA 942數(shù)據(jù)中心通信設(shè)施標準“A級和B級主機房的空氣含塵濃度，在靜態(tài)條件下測試，每升空氣中大于或等于0.5μm塵粒數(shù)應(yīng)少于18000粒”的規(guī)定。現(xiàn)在，這條規(guī)定成了推行以自然風冷卻機房節(jié)能技術(shù)的障礙。所以，我們建議修改標準。把上述標準從“要求”改為“建議”。或者，干脆取消。這樣，以后設(shè)計數(shù)據(jù)中心機房時，就可以不考慮機房空氣過濾的問題，因而可以節(jié)省大量投資。