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数据中心的能源消耗:空气冷却与液体冷却

最后更新 Jun 10, 2024 |发表于 7 月 28, 2023 日

数据中心的能源需求不断增长

对数字服务(包括云计算人工智能和其他数据密集型技术)的需求不断增长,正在增加全球数据中心的能源消耗。根据国际能源署(IEA)的数据,数据中心在2022年消耗了大约200太瓦时的电力,预计到2030年将增长到400太瓦时。随着数据中心行业的不断发展和应对不断增长的能源消耗挑战,投资者有机会支持和利用创新和提高可持续性的节能技术的进步。
全球数据中心能源需求:各数据中心类型2010-2022

数据中心的冷却和能耗

麦肯锡公司估计,冷却占数据中心总能耗的近40%,强调了实施高效冷却实践以减少能耗和提高整体能源效率的重要性。

数据中心能耗的40%用于冷却

数据中心使用称为电源使用效率 (PUE) 的通用指标来衡量能源效率,该比率将数据中心消耗的总能源与仅 IT 设备消耗的能源进行比较。

PUE = 整个设施消耗的能源 / IT 设备消耗的能源

PUE 为 1.0 意味着数据中心非常高效,而 PUE 为 2.0 意味着设施基础设施消耗的电力是 IT 设备的两倍。数据中心运营商测量PUE以满足效率计划并确定需要改进的领域。2022年报告的平均年度用电效率(PUE)为1.55,比2021年的平均1.57略有改善,但与边际PUE收益的趋势一致 正常运行时间研究所 自 2014 年以来每年观察一次。

数据中心的目标是将PUE减少到1个,最大限度地提高能源消耗的计算性能,但目前平均为1.55
正常运行时间研究所-PUE-进度

但是,与PUE值大于1.6的其他设施相比,最高效的大型超大规模设施的PUE值为1.2,这意味着对于用于IT任务的每千瓦功率,又消耗了600 W来为冷却和其他基础设施设备供电。

按数据中心空间划分的 PUE

按数据中心空间类型划分的 PUE

数据中心使用每千瓦,冷却IT设备需要200-600W。

通过创新的冷却技术提高能源效率

高效的冷却实践在实现较低的PUE方面起着至关重要的作用。通过实施创新的冷却技术,如液体冷却、冷热通道遏制或优化的气流管理,数据中心减少了冷却基础设施的能耗,从而提高了能源效率。由于液体冷却能够提供比空气冷却更高效和有效的冷却,尤其是高密度 IT 机架,因此在数据中心采用液体冷却的势头正在增强。

与风冷相比,节能液体冷却可降低PUE

美国机械工程师协会(ASME)发布的高密度空液混合冷却数据中心的PUE分析研究了从100%风冷到25%空冷-75%液冷的逐渐过渡。该研究观察到PUE值随着液体冷却百分比的增加而降低。在75%的液冷情况下,整个数据中心站点的设施功耗降低了27%,整个数据中心站点的功耗降低了15.5%。

即使是从空气冷却到液体冷却的部分 75% 过渡,也会减少 27% 的设施用电量

PUE 指标不考虑 IT 或网络设备效率,而是提供基准来评估数据中心设施内随时间推移的效率提升,而不是将一个设施与另一个设施进行比较。无论如何,它仍然是衡量和比较数据中心能源效率的事实标准。尽管存在缺点,但PUE为评估和提高设施的基础设施效率提供了有用的基线。

液体冷却在提高 IT 设备性能和减少冷却所需的能源方面非常有效,它淘汰了行业的 PUE 指标

数据中心行业继续研究新的指标,以更准确地衡量其能源效率。TUE 就是这样一个指标,它考虑了 IT 设备、冷却系统的效率以及影响数据中心能耗的其他因素。

TUE = (整个设施消耗的能源) / (IT 设备消耗的能源 + 冷却设备)

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