超级计算中心基础设施发展趋势
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2021-05-29 19:22
超级数据中心定义
一种电子信息系统机房，其中的电子信息设备为超级计算机系统。一种数据中心，其中的计算设备等为超级计算机系统。
– 国标GB50174：电子信息系统机房，是主要为电子信息设备提供运行环境的场所，可以是一幢建筑物或建筑物的一部分，包括主机房、辅助区、支持区和行政管理区。
– 北美标准TIA 942 ：数据中心，是为计算设备及计算相关设备（通信设备、存储设备）提供场所和巟作环境的一整套设施，通常包括供电、网络连接、环境控制（如温湿度控制、消防）和物理安全等设备、设施。
– 超级计算中心
– 云数据中心
– IDC-互联网数据中心（通常指机柜出租业务的）
– EDC-企业数据中心
– 广义数据中心（包含4层）
– 狭义数据中心（仅第2层-机房基础设施）
数据中心的各个子系统：供配电、空调、机柜、布线、监控、防雷、消防、安防。
• 1960年代，科学计算，大型计算机机房
• 1990年代，商务计算，塔式服务器机房
• 2000年代，互联网计算，机架式服务器机房
• 2010年代，云计算，云数据中心机房
–设备：高压变压器、柴油发电机、UPS、配电柜等
– 供电标准（中国大陆）
– 三相五线制TN-S-C系统
– 标称电压为三相380V
– 每一相电压为220V（三相可理解为3个单相）
– 容量核算
– 标称“220V、2A”的服务器，其电功率为440VA
– 标称“单相16A”的PDU，配电容量为3.5kVA
– 标称“三相16A”的PDU，配电容量为10.5kVA
– 设备：空调室内机、空调室外机、空调管线
– 室内冷媒类型
– 氟利昂型
– 冷冻水型
– 容量计算
– 发热量（kW）=电功率（kVA）*功率因数
– 容量计算
– 功率因数（power factor）
– PC服务器0.7-0.8
– 刀片服务器0.95-0.99
– 标称“220V、1A”的服务器，其发热功率约150W
– 超级计算中心的机柜配电容量通常为三相32A，其配冷容量应为20kW，通常设计容量为8-12kW
– 机房总发热量=设备发热量+围护结构传热量
– 服务器的外部冷却需求
– 风温：入口20-25℃
– 风量：200-300m3/h（刀片-机架）
– 出口温升：10-15℃（机架-刀片）
机房能量流动图与PUE
Power Usage Effectiveness是评价数据中心能源效率的指标，是数据中心消耗的所有能源与IT负载消耗的能源的比值。
PUE = 数据中心总能耗/IT设备能耗，其中数据中心总能耗包括IT设备能耗和制冷、配电等系统的能耗，其值大于1，越接近1表明非IT设备耗能越少，即能效水平越好。
– 将热量从服务器机箱外移到室外
– 热量可自然从高温热源转移到低温热源（传热）
– 否则需要做功（制冷）
– 更高密度
• 单机柜200节点？
• 机房面积减小
– 更低PUE
• 低于1.2？
• 深圳“星云”：最大功耗3MW，每小时耗电3kkWh=3000度=3000元，每年8760小时，年电费=2500万元
– 配电、冷却、控制系统的融合，例：曙光5600整机柜方案
– 制冷：室外高于室内时
– 传热：室内高于室外时
自然冷却临界温度：35摄氏度
– 极限PUE：1.2以下（北京地区）
– 极限功率密度：300kW/机柜
详细内容介绍请参考《超级计算中心基础设施发展趋势》，内容包括曙光数据中心业务介绍、超级计算中心基础设施概述、超级计算中心基础设施基本知识、超级计算中心发展趋势等。
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