大數(shù)據(jù)需要降溫
2019-02-26 來源：多智時代
無論雙11那天你搶到了幾多心儀的商品，有一點你或許應(yīng)該慶幸：至少“全民秒殺”時，系統(tǒng)沒有崩壞。 今年，淘寶和天貓的成交額又創(chuàng)新高，11月11日凌晨剛過28秒，其交易額就沖破了100億元。作為信息資源集散地，阿里巴巴的數(shù)據(jù)中心是最先的見證者。
全球所有的互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)都不敢怠慢數(shù)據(jù)中心：Google花費210億美元，用于其基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)；Facebook把數(shù)據(jù)中心建到了瑞典，緊挨著“天然空調(diào)”北極圈。后者每天要處理3.5億張照片、45億個“贊”和100億條消息。
數(shù)據(jù)中心除了要比拼處理能力，也對自然環(huán)境的忍耐度提出考驗�！度A爾街日報》曾估算過，一個中等規(guī)模的數(shù)據(jù)中心每年大約需要耗費3億升到5億升的水，非常于3家醫(yī)院或2個18洞高爾夫球場的用水量。這些水常常用于數(shù)據(jù)中心的制冷。機房機器的功率密度越高，運轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的熱量越多，需要不間斷的空調(diào)供冷，設(shè)備才不至于因過熱而宕機。
不少企業(yè)發(fā)現(xiàn)，為數(shù)據(jù)中心交的電費甚至比服務(wù)器硬件還貴。相比通訊、儲存、配電、消防和監(jiān)控系統(tǒng)，制冷系統(tǒng)的耗能占整個數(shù)據(jù)中心的30%以上。
削減數(shù)據(jù)中心的能耗，一般的方法是盡可能多地選取新能源。而阿里巴巴近年找到了一個新方法：把數(shù)據(jù)中心建在湖邊，讓湖水給設(shè)備降溫。
位于浙江淳安縣的千島湖，水質(zhì)純凈，年平均氣溫17攝氏度，深層湖水水溫常年恒定。今年9月正式啟用的阿里巴巴水冷數(shù)據(jù)中心就建在湖邊，它是全球首個選取湖水直接自然冷卻的數(shù)據(jù)中心，建筑面積約3萬平方米。雖然這里有5萬臺設(shè)備，但多數(shù)時間都能夠不依賴湖水之外的制冷能源。
普通數(shù)據(jù)中心在制冷方面選取電制冷方式。由電機驅(qū)動壓縮機，帶動冷水機組或精密空調(diào)為數(shù)據(jù)中心制冷。而千島湖數(shù)據(jù)中心用水泵直接將湖水送入數(shù)據(jù)中心。但如何利用自然環(huán)境，又不造成負(fù)面影響，是整個過程中的難點。
數(shù)據(jù)中心的泵站，連接著數(shù)百米長的密封PE管。PE管會在湖面合適的位置伸入水下至幾十米深處。這個深度位于千島湖的中間層，水質(zhì)基本無雜質(zhì)，在該處取水既能避免湖底的泥沙，也能排除湖面浮游生物的影響。為了盡量削減對湖水水流的干擾，數(shù)據(jù)中心的設(shè)計團隊利用虹吸作用，讓水通過管道直接流出。同時，寬平的取水頭也能讓水流保持在每秒0.2米左右的緩慢速度上，從而削減湖水?dāng)_動和雜質(zhì)含量。
為了保證制冷可靠性，千島湖數(shù)據(jù)中心還設(shè)計了一個數(shù)千立方米的蓄冷水池，一池水的容量能滿足數(shù)據(jù)中心運營30分鐘左右。湖水經(jīng)過PE管流入數(shù)據(jù)中心的蓄水池，泵站再將蓄水池的水送入數(shù)據(jù)中心內(nèi)部。
泵站的位置也有講究。泵的位置要比湖水水面低一些，否則水會漫至泵站發(fā)電處。考慮到水位的變化，團隊除了搜集分析了千島湖20多年水位和水溫的參數(shù)，還就實際水位變化監(jiān)測了一年�！暗鹊剿粴v史處于最低點時，施工團隊連夜趕工四五天，才將管路鋪好、封閉�！眲⑺鷮Α兜谝回斀�(jīng)周刊》說。他是阿里巴巴技能保障基礎(chǔ)架構(gòu)專家，同時也是千島湖數(shù)據(jù)中心項目經(jīng)理。
經(jīng)過泵站的水通過物理過濾裝置后，選取直接制冷的方式進入機房。間接制冷會在數(shù)據(jù)中心外做一級換熱，而直接自然制冷不需要，湖水能直接進入機房的末端空調(diào)，因此能源利用效率更高。為了避免湖水不能用的意外，數(shù)據(jù)中心也設(shè)計了一套冷凍水制冷設(shè)施作為備用，湖水和冷凍水能夠相互切換，也能夠同時運行。
數(shù)據(jù)中心的機房里，除了空調(diào)上有監(jiān)測作用的溫濕度傳感器，每臺服務(wù)器上也分布了傳感器。利用溫度和功率等數(shù)據(jù)，變成智能算法模型，實時調(diào)整送風(fēng)量和水閥的開度，盡量做到精確的按需制冷。
而用于降溫后的回水，并不會直接排放到湖水中，而是經(jīng)由一條2.5公里長的中軸溪，被引流到城內(nèi)的其他建筑，讓余熱為這些建筑提供采暖和制冷。數(shù)據(jù)中心的回水由于和空氣充分地?zé)峤粨Q，最后流回千島湖時會與湖水表面溫度一致�！拔覀�?yōu)榇嘶顺^兩年的時間論證、評估，并對比分析了各種方案�！眲⑺f。
目前，千島湖數(shù)據(jù)中心年平均PUE（能源效率目標(biāo)，數(shù)值越接近1表示越節(jié)能）低于1.3，中國一般的數(shù)據(jù)中心PUE值平均在1.8以上。這意味著，相比一般數(shù)據(jù)中心，它每年可節(jié)電數(shù)萬萬度，削減非常于燃燒一萬多噸煤的碳排放量。由于選取閉循環(huán)，整個制冷循環(huán)中湖水量也不會蒸發(fā)削減，而傳統(tǒng)的選取冷卻塔的方式散熱制冷，需要蒸發(fā)大量的水。
一般情況，阿里巴巴這座數(shù)據(jù)中心并不需要太多的事務(wù)人員。因為現(xiàn)場的制冷、供電、安防都配備了自動化的抑制系統(tǒng)。只是在雙11這樣特殊的時候，運維人員也需要做一些籌備事務(wù)，除了測試備用電源，供應(yīng)商還會為設(shè)備做巡檢和保養(yǎng)。比如阿里巴巴會主動模擬演練斷電等故障，啟動柴油發(fā)電機組等備用電源測試等。今年雙11訂單每秒達(dá)到14萬單，每秒有8.5萬多筆支付交易，千島湖數(shù)據(jù)中心也分擔(dān)了局部流量。
16年前，阿里巴巴最早的服務(wù)器，僅僅是杭州湖畔花園里的一臺普通電腦。如今，云端數(shù)據(jù)越來越多，服務(wù)器的功率密度也在不時提高。在千島湖數(shù)據(jù)中心，服務(wù)器的余熱將被回收用做辦公區(qū)采暖。劉永旺表示，未來湖水資源還能有更廣泛的用途，比如引入水力發(fā)電裝置，利用排水時產(chǎn)生的落差發(fā)電、回供數(shù)據(jù)中心等等。
現(xiàn)在，互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，已徹底改變了我們的生活方式：書寫不用紙，購物不用去超市，溝通也省去了來回見面的交通成本。一個平板電腦、一部手機就能滿足人們的日常所需。但實際上，那些資源能耗都集中到了數(shù)據(jù)中心，我們所有的云端行為都依賴著它。
細(xì)想一下，這樣的承載量有些可怕。越來越依賴數(shù)據(jù)和網(wǎng)絡(luò)的我們，確實該想想平安又環(huán)保的方法，讓它與自然和平相處了。
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