数据中心低PUE技术研究

摘要

近年来，数据中心产业进入了大规模的建设和发展阶段。为了解决由此产生的高能耗和重污染问题，节能、节水、绿色、低碳成为数据中心新的发展方向和目标。应运而生的耗电衡量指数——电源使用效率(PUE)，得到了国内外越来越多的数据中心重视。浸没式矿物油制冷技术，简称油冷技术，是近几年新兴的一种低PUE制冷方案。它是指将服务器完全浸没在导热性能好、绝缘性强、沸点高的矿物油中，利用矿物油与服务器进的冷热交换，为数据中心制冷降温。由于其绿色环保、导热性能好、PUE值低、无尘、无噪声、无腐蚀且区域适应性强，得到了一些先进企业的青睐。据谷歌报道，油冷技术可将PUE值降低到1.02～1.03的超低水平，可以称其为“低PUE技术”。
　　然而关于油冷技术的文献资料甚少，企业的有关数据也处于严格保密状态，恰逢本校正在搭建高能物理计算中心，需要对已有机房的制冷技术进行改进。因而本文设计了一系列实验，初步研究浸没式矿物油制冷技术的制冷方案和制冷性能。在油冷系统中，服务器的温度会随着功耗的增大而升高，如果产热芯片附近的矿物油温度也能随之快速升高，即服务器与矿物油的温差越小，那么通过矿物油的循环机制，服务器就会被降温制冷。因此，服务器与矿物油之间的温度差是油冷技术的一项重要性能指标，温差越小，油冷系统的制冷效果越好。
　　基于对这一指标的监控，本文展开了对油冷技术的实验研究。在对数据中心的油冷机制进行理论研究后，本文首先运用COMSOL软件模拟仿真CPU附近温度场，对实验结果进行预期;然后设计并搭建测试平台，编写相关控制程序;接着设计并进行了实验;最后对相关测试结果进行数据处理和研究。研究结果表明油冷技术的稳定性能良好，在循环状态下制冷效果优良。本文的研究为浸没式矿物油制冷技术的推广有积极的促进作用，同时为数据中心的制冷方案设计提供了参考。

目录

声明

摘要

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外的发展现状

1．3 本文主要工作及章节安排

第二章 数据中心的相关介绍

2．1 数据中心PUE的概念

2．2 数据中心的能耗结构

2．3 数据中心的制冷技术发展

2．3．1 风冷时代

2．3．2 水冷时代

2．4 本章小结

第三章 温度场仿真

3．1 仿真与分析软件介绍

3．2 模型建立

3．2．1 确立仿真情景

3．2．2 建立几何结构

3．2．3 设立物理特征

3．3 数值求解与分析

3．4 本章小结

第四章 测量分析平台

4．1 测试系统总体设计方案

4．2 矿物油温度测量系统

4．2．1 测量装置的设计与搭建

4．2．2 温度传感器的介绍

4．3 矿物油循环加速系统

4．3．1 矿物油循环系统的设计与搭建

4．3．2 流速测量设备的介绍

4．4 数据处理系统

4．4．1 油温读取系统的介绍

4．4．2 服务器数据监控系统

4．4．3 数据分析处理系统

4．5 本章小结

第五章 系统性能研究

5．1 稳定性检验

5．2 矿物油静止状态下的制冷性能研究

5．2．1 耗能突变情形的制冷性能研究

5．2．2 服务器连续运行状态的制冷性能研究

5．2．3 矿物油液面深度的性能研究

5．3 矿物油流动状态的性能研究

5．3．1 非制冷循环状态的单项加速影响研究

5．3．2 非制冷循环状态的多项加速影响研究

5．3．3 循环制冷状态的多项加速影响研究

5．4 本章小结

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

附录

致谢