日前，美國(guó)加利福尼亞州的嚴(yán)重干旱仍在持續(xù)。人們常年的擔(dān)憂的水資源可用性(尤其是在西方國(guó)家)終于引發(fā)了嚴(yán)重的問(wèn)題。對(duì)數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)商來(lái)說(shuō)，水資源在冷卻數(shù)據(jù)中心設(shè)施起著重要作用，但是企業(yè)如何解決這一問(wèn)題?如何避免使用液體冷卻技術(shù)并為數(shù)據(jù)中心冷卻?用于高性能計(jì)算機(jī)(HPC)的液體冷卻技術(shù)難道是唯一可行的選擇嗎?以下就來(lái)看看一些數(shù)據(jù)中心圍繞水資源的一些思考。

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水，無(wú)處不在，但卻…

水是一種豐富的資源，幾乎四分之三的地球表面被水覆蓋。然而問(wèn)題是，大部分是海水，使它不能飲用以及在其他情況下不可用。例如，腐蝕就是一個(gè)問(wèn)題。而且，即使數(shù)據(jù)中心可以使用海水，將它應(yīng)用到許多內(nèi)陸地區(qū)數(shù)據(jù)中心的成本也可能過(guò)高。在大多數(shù)情況下，人們的選擇是使用淡水，無(wú)論從河流或湖泊或從地面獲取，但這種形式的水是非常***的，其稀缺性正在為加利福尼亞州以及其他西方國(guó)家?guī)?lái)巨大的問(wèn)題。

當(dāng)然，還有一種用于制造飲用水的海水淡化的方法。然而，不幸的是，這個(gè)過(guò)程將耗費(fèi)大量的能量，重要的是人們要記住，最廣泛使用的能源生產(chǎn)形式(包括煤炭，天然氣和核能)都要使用大量的水。當(dāng)然，這通常并不意味著水資源就消失了，但它可能被污染或蒸發(fā)到大氣中。

使海水淡化可以更加經(jīng)濟(jì)，人們?yōu)榇诉M(jìn)行了一些創(chuàng)造性的努力，但他們?cè)诤艽蟪潭壬隙际×?，從而使研究此類?xiàng)目相關(guān)的費(fèi)用大大縮減。舉例來(lái)說(shuō)，一個(gè)方法是使用冷海水(其中包含更少的海洋生物)冷卻一個(gè)數(shù)據(jù)中心，使冷卻水溫度上升，這樣可以更加適合反滲透的海水淡化處理。詹姆斯•漢密爾頓表示，“冷水淡化效率很低，因此，大量水將需要泵來(lái)輸送，這大大增加了泵的電能費(fèi)用。如果水通過(guò)數(shù)據(jù)中心的冷卻熱交換器，在其***次運(yùn)行中，泵送電能損失非常小，數(shù)據(jù)中心可以得到冷卻，而且基本上是免費(fèi)的(只是循環(huán)冷卻裝置的成本)。另外還有一個(gè)額外的好處，海水溫度上升使海水淡化廠更加容易實(shí)施淡化處理，可以減少每年數(shù)百萬(wàn)美元的損失。這是一個(gè)非常好的解決方案。”

目前，一些數(shù)據(jù)中心已經(jīng)部署了可以使用海水的冷卻基礎(chǔ)設(shè)施。然而，直接使用海水或經(jīng)過(guò)某種形式的處理或海水淡化，這只適用于海洋附近的數(shù)據(jù)中心。其余的必須使用本地可用的淡水來(lái)冷卻。

數(shù)據(jù)中心與各種水資源

一些技術(shù)超前的設(shè)計(jì)小組總結(jié)了液體冷卻的效果：“許多數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)使用冷卻塔作為散熱裝置，結(jié)果他們通過(guò)用不同的方式消耗水資源：從公共水源中提取水，通過(guò)蒸發(fā)過(guò)程將水輸送回來(lái)。”

該公司列舉了三種可供選擇的數(shù)據(jù)中心冷卻水資源的方案。首先是前面提到的非飲用水，這種選擇可能是不切實(shí)際的，內(nèi)陸數(shù)據(jù)中心也使用不了海水，但還有一種可能就是中水，也就是說(shuō)使用過(guò)的水，其中不包含人的糞便或需要特殊處理其它雜質(zhì)(例如，進(jìn)入廚房水槽或排水管的洗滌用水)。這些大量的中水足夠數(shù)據(jù)中心冷卻使用，但是，這實(shí)施起來(lái)可能比較困難，雖然谷歌公司與當(dāng)?shù)刈詠?lái)水公司共同努力做到了這一點(diǎn)，然而規(guī)模較小的公司因?yàn)榭赡苋狈τ绊懥?以及必要的資金)，無(wú)法進(jìn)行此類交易。

另一種可能就是冷卻系統(tǒng)中不采用液體冷卻技術(shù)：即依賴于空氣制冷。Facebook公司(還有其他公司)的數(shù)據(jù)中心制冷都采用直接空氣節(jié)能設(shè)計(jì)，在室外吸入空氣，并提供給IT設(shè)備。在大多數(shù)情況下，這需要水“霧”被噴入氣流中，但用水量明顯少于傳統(tǒng)的冷卻塔設(shè)計(jì)。第三，數(shù)據(jù)中心可以采用“閉環(huán)冷卻器設(shè)計(jì)”，這樣可以減少(但不一定是消除)用水量。

當(dāng)需要水的時(shí)候該怎么辦

高密度部署的數(shù)據(jù)中心必須采用液體冷卻技術(shù)。超級(jí)計(jì)算機(jī)就是這樣的一種情況。只能在干旱的情況下采取一些普遍的措施，來(lái)提高用水效率。簡(jiǎn)單地減少能源消耗，效果也許最明顯：降低電力的熱量意味著降低冷卻要求。然而這樣做，只能作為權(quán)宜之計(jì)(例如，在發(fā)生干旱)，卻會(huì)影響數(shù)據(jù)中心性能，而不是有計(jì)劃的改善數(shù)據(jù)中心效率項(xiàng)目的一部分。

另一種可能性是保持較低的工作濕度。然而在數(shù)據(jù)中心，濕度的平衡是必要的：如果空氣太干燥，靜電可以成為一個(gè)令人討厭的問(wèn)題，靜電對(duì)于電子設(shè)備是致命的威脅。因此，有效的冷卻標(biāo)準(zhǔn)做法可以幫助工作人員采取簡(jiǎn)單和廉價(jià)的措施，如消除從計(jì)算機(jī)機(jī)房的雜波，方便控制空氣流量等。在設(shè)備保修指南指導(dǎo)下，提高數(shù)據(jù)中心工作溫度也是一種選擇，可以減少冷卻負(fù)擔(dān)。在令人關(guān)注的干旱地區(qū)(例如，加利福尼亞)應(yīng)該設(shè)計(jì)自己的數(shù)據(jù)中心，針對(duì)任何其他可能的不利條件進(jìn)行設(shè)計(jì)，以適應(yīng)這種情況。

計(jì)算機(jī)專家指出，超級(jí)計(jì)算機(jī)可以使用基于軟件的方法，在用水效率***的時(shí)間內(nèi)運(yùn)行工作負(fù)載。這不同于目前的節(jié)水辦法，其中主要集中在提高效率，但還是有一些局限性(如高昂的前期資本投資和適宜的氣候)?；谲浖姆椒ㄍㄟ^(guò)利用時(shí)空變化減少超級(jí)計(jì)算機(jī)用水量。因此，水冷卻效率的時(shí)空變化也非常適合超級(jí)計(jì)算機(jī)的工作量靈活性：工作負(fù)載高峰在用水效率更高的時(shí)段運(yùn)行。

在干旱的情況下，用卡車運(yùn)水是最差的選擇。對(duì)于消耗大量水資源的數(shù)據(jù)中心來(lái)說(shuō)，這種方法是昂貴的，甚至是不可能的。此外，當(dāng)?shù)卣拗朴盟€會(huì)產(chǎn)生其他的麻煩。

結(jié)論

加利福尼亞的干旱對(duì)耗水量巨大的數(shù)據(jù)中心來(lái)說(shuō)是一個(gè)嚴(yán)峻的提醒，那些建在干旱地區(qū)的數(shù)據(jù)中心應(yīng)該***限度地減少對(duì)水冷卻的依賴。而對(duì)于那些高密度的數(shù)據(jù)中心來(lái)說(shuō)，幾乎沒有其他的選擇。如今，使用非飲用水的努力已取得了一些成功，但其是否廣泛可行還是令人懷疑。因此，干旱對(duì)數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)的威脅是企業(yè)在設(shè)計(jì)和運(yùn)行數(shù)據(jù)中心設(shè)施時(shí)必須面對(duì)的難題。