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。


各种数据中心

– 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


数据中心的4个层面

– 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。


第一代数据中心

• 1960年代,科学计算,大型计算机机房


第二代数据中心

• 1990年代,商务计算,塔式服务器机房


第三代数据中心

• 2000年代,互联网计算,机架式服务器机房


第四代数据中心

• 2010年代,云计算,云数据中心机房


供配电子系统

–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


制冷配冷子系统

– 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。





机房制冷的能量传递

– 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)


超级计算中心基础设施发展趋势

需求手段

– 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


技术手段1:双层融合

– 配电、冷却、控制系统的融合,例:曙光5600整机柜方案



技术手段2:高压直流

技术手段3:自然冷却

– 制冷:室外高于室内时

– 传热:室内高于室外时



技术手段4:液冷服务器

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。


下载链接:超级计算中心基础设施发展趋势

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提取码: urvx 




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