空间和电力：真正限制数据中心容量的因素

　　近几十年来，世界对数字服务的需求不断增加。疫情爆发以来，这种需求不断增长，在封锁和隔离时期，它们不仅是一种福利，而且是许多人的生命线。

　　随着我们走出疫情，工作方式也永远改变了，越来越多的人寻求远程工作，无论是在家还是在不同的地区。

　　这与不断发展的商业模式和数字化转型相结合，需求进一步增长，边缘计算等新需求激增。

　　所有这些都推动了数据中心的增长，但也增加了满足需求的压力。这些压力使得空间、密度和功率在某些情况下成为人们关注的限制因素。

　　增长规模

　　为了了解近几十年来数字服务的增长规模，数据量是一个关键指标。

　　根据Statista的数据，自2010年以来，创建、捕获和消费的数据量已从2泽字节增长到2022年的97泽字节，预计2025年这一数字将达到181泽字节。

　　根据国际能源署的数据，尽管能源需求呈指数级增长，但自2010年以来，能源需求仅从194太瓦时(TWh)增长到2022年的200太瓦时出头。

　　这两个对比鲜明的数字表明，自那时以来，在计算能源效率方面取得了非凡的进步，特别是在纯处理能力方面。

　　随着摩尔定律在这一时期的生效，其好处是显而易见的。不过现在，英伟达(Nvidia)首席执行官黄仁勋(Jensen Huang)等人担心，摩尔定律效应可能即将终结。虽然这是有争议的，但毫无疑问，处理器可能会变得越来越强大，同时在这个过程中产生更多的热量。

　　为了满足2025年及以后的需求，很可能会遇到数据中心的限制，其中空间是主要的。

　　空间与电力

　　空间通常被视为数据中心的主要限制之一。 空间是根据给定测量单位为设备供电的能力来描述的，例如每平方英尺或平方米的瓦特数。

　　这是规范和设施设计的有用经验法则。 建筑师将根据这些措施来规划冷却和电力。 在这种方法下，数据中心逐渐变得更热，使用更多的电力，以提供更高水平的处理。

　　在风冷数据中心中，这需要泵入越来越多的空气，这意味着每消耗一瓦特，用于计算的空气就会越来越少。 结果，20 世纪 90 年代和 2000 年代初的数据中心在提供数据处理方面的效率变得越来越低。

　　随着芯片功率通过多种不同的技术发展不断提高，以及对性能的需求不断增加，数据中心运营商发现自己需要越来越多的冷却量和流量，直到遇到成本、复杂性和管理方面的障碍。

　　许多人都经历了一个门槛，他们根本无法仅仅泵入一个充满空气的房间来冷却这些芯片，这使得许多已经部署的技术变得越来越不可行。

　　设备管理

　　管理也成为一个问题。 通常，随着数据中心的发展，设备会因故障而升级或更改、移动或更换。 间隙、空间和扩展通常意味着，即使是精心实施的方法(例如热通道/冷通道系统)也无法正常工作，因为在权宜之计和需求的需要中，气流管理指南经常被忽视。

　　当考虑新项目或服务时，这可能会增加空间限制的印象，而事实上，如果管理得当，设施可能需要更多空间才能达到泵送空气冷却不可避免的极限。

　　由此可以清楚地看出，虽然良好的管理和设计是确保物理空间不成为满足数据中心数字服务需求的限制的关键，但空气冷却现在和将来都将越来越如此。

　　随着边缘计算等其他架构的出现，如果要满足服务需求、物理空间、能源效率和可持续性需求，将需要新的冷却解决方案。

　　为了满足可预见的未来对数字服务的新兴需求，数据中心运营商将需要考虑空气冷却、液体冷却和直接芯片冷却的混合，利用每种冷却的具体特征，适当地、按比例地提供那种 冷却，使密度能够可靠且经济地部署。

　　低效介质

　　在冷却方面有一个明显的现实：从产生热量的地方捕获热量越近，过程就越高效。

　　与此相关的是，空气是一种效率非常低的介质。 水基流体或其他介电液体是捕获和传递热量的更有效的介质。

　　即使采用热通道和冷通道布局、后门和行内冷却器、盲板和高效布线，空气效率仍然低下。 虽然这些措施可能在未来几年仍是许多运营商组合的一部分，但必须考虑其他方法。

　　与空气冷却相比，液体冷却解决方案可以提供更大的能力来适应设备密度，通过液体冷却捕获的热量可以更有效地从设备的直接环境中去除，并带来潜在的再利用机会，而无需改变状态。

　　目前液体冷却和直接芯片冷却方面的发展不仅可以满足当今的密度需求，缓解物理空间限制，还可以提供关键的升级路径，使数据中心运营商能够转向更高效的方法。

　　这一点至关重要，因为在持续的通胀趋势和持续的全球不确定性的情况下，预算也面临压力。

　　优势和目的

　　有了这些新的冷却技术和系统，这不是一种一刀切的方法。每种技术和系统都有其特定的优势和特点，必须考虑这些优势和特点以确保按照要求提供正确的性能。

　　机架式、排式或直接精密液体冷却都提供了不同的应用和优势，以实现整体密度和性能目标。始终确保有助于实现可持续发展目标的效率。

　　数据中心运营商的设计和运营目标必须得到值得信赖的技术合作伙伴的支持，该合作伙伴不仅拥有深入的知识，而且拥有广泛的解决方案组合来满足每种需求。

　　了解更好管理的空气冷却可以保留在哪里，可以采用液体冷却，并利用直接到芯片的冷却，是控制当前需求的关键，同时构建通往未来能力的道路。

　　改进和前进道路

　　通过适当检查真实或感知的数据中心空间限制，数据中心运营商可以确定如何最好地满足其密度需求。更高效、精确和可控的冷却解决方案将是这项工作的关键部分。

　　效率是可持续发展努力的核心，空气、液体和直接冷却技术的混合系统可以为数据中心冷却建立一条更有效的途径，缓解空间压力，同时满足需求并为未来增长提供强大的基础。

　　一个值得信赖的技术合作伙伴，拥有广泛的知识和投资组合资源，可以指导运营商最明智、最恰当地使用这些现已验证的技术，以可持续的方式实现其商业抱负。

　　作者：Markus Gerber