节能环保当务之急 水冷服务器机会来临

　　当美国伊利诺伊州立大学的超级计算机应用软件国家中心宣布将创建一台配置超过20万个核心的超级计算机系统之际，很多问题也纷至沓来——这不单纯是为更新更快的处理器花费多少金钱的事情，问题的关键在于服务器的制冷系统，即水冷装置。

　　用水为服务器制冷的想法并不新鲜，但随着人们对全球变暖的担忧不断加剧，水冷系统也焕发出新的生命力。不断攀升的能耗成本也迫使数据中心管理者和服务器厂商来寻求更好的途径来改进系统的能效。

　　对于超级计算机应用软件国家中心的副总裁Rob Pennington来说，水冷最大的优势在于其功率密度。根据Pennington的介绍，超级计算机应用软件国家中心规划中的蓝海万亿次级别（petascale）计算机将装配超过20万个服务器核心，系统体积约为超级计算机应用软件国家中心现有的装载了9600个服务器核心的计算机的2倍。

　　“水冷技术使这一切成为可能”Pennington表示，“如果我们采用空气冷却的话，就会受到通过地板传递的空气强度的限制。”蓝海超级计算机将于2011年建成使用，服务器可能会采用IBM公司未来的Power7处理器。

　　水冷从自然属性上就比空气制冷更为有效，Pennington认为。而且这种优势随着目前多核处理器和多路主板的发展更加发扬光大。大约10年以前主板只有一个插槽，水冷的优势就无法像今天这样明显，如今我们可以对主板上的四个插槽进行冷却，Pennington表示。

　　使用英特尔奔腾处理器的NEC公司在2005年底开始销售水冷服务器。从1995年开始就没再采用这项技术的IBM公司也开始重返水冷服务器市场。根据IBM公司Power系统部门的总负责人Ed Seminaro的说法，蓝色巨人在推出最新的采用CMOS技术的双极大型机之后就放弃了水冷技术。

　　“我们要耗费大约200千瓦的能量才能基本满足将近5000瓦特的同等功能”Seminaro表示，“这就是为什么我们不再需要水冷技术。它离我们所要求的能量和热密度还相差甚远”。

　　然而时间改变了一切。上个月，IBM公司宣布在其System p5 575超级计算机系统上采用被称之为hydro-cluster的水冷装置。随着过去十年间芯片上集成的晶体管数量逐渐增多，IBM也无法固守陈规来维持系统能效的稳定。因此IBM开始青睐具有创新设计的水冷技术来满足芯片发展的需要。

　　为什么用水制冷会如此有效呢？这是由于服务器产生的热量最终都会转化为水蒸气，即使是采用大型空气制冷系统的数据中心也是如此，曾经以模块化数据中心（Modular Datacenter）水冷设备而闻名的SUN微系统公司资深技术总监Jud Cooley表示，在采用空调制冷的计算机机房，制冷设备是放置在机架上的，服务器散发的热量转化为液体然后排出机房。

　　“数据中心都会倾向于水冷技术。我们认为用水制冷更符合热量产生的本质”Cooley表示，“不过Sun公司目前还没有将水冷技术应用到服务器设计中。”将水冷技术应用到每台服务器上的需求已经迫在眉睫，Sun公司目前还没有在服务器领域的产品推出。但是每家厂商都对这项技术充满了兴趣。

　　Sun公司在它的模块化数据中心（Modular Datacenter）上首次采用了水冷设计，而不是在服务器上应用此项技术。模块化数据中心是Sun公司今年1月底推出一款大盒子里的计算机机房。标准化服务器通常都是放置在盒子里，采用水冷设计能减少数据中心中需要排放出去的热空气的数量。

　　IBM公司则在服务器领域先行一步，在其采用Power6处理器的System p5 575超级计算机上采用了水冷技术。System p5 575的机柜中内置了14个服务器水冷装置，通过芯片顶部的一个小型铜板上放置的管道来抽水制冷。机柜中储存了7.2加仑的纯净水，能不断的反复循环来维持计算机的整个生命周期内的供给。

　　当然，用户可能会担心系统中的液体一旦发生了泄露会损毁昂贵的处理器。IBM公司采用了防腐水分布系统来使这种风险降低到最小化。计算机系统中的水温被维持在不会被蒸发的某个特定温度，Seminaro同时也承认存在泄露的可能性。不过IBM公司对将水冷技术推广到更多的服务器充满了信心。

　　“目前我们正在对这项技术进行评测”Seminaro说：“毋庸置疑的是我们将会把这项技术推广到更多的IBM平台上去。我们着手研制的目的就是出于全世界范围内的技术计算领域都对大规模的计算能力充满渴求和需要。”

　　采用水冷技术的System p5 575共配置了448片处理器，系统的运算能力达到了每秒万亿次。水冷的制冷效果是传统的空气冷却的4000倍，IBM公司在其主页的视频演示中这样强调。不过真实的能源节省却并不十分显著。空气制冷系统能节约80%的能量，用于数据中心制冷的能量消耗能减少40%，IBM表示。蓝色巨人介绍说他们的科学家正在研制一种直接作用于芯片（direct on chip）的水冷系统，这种设计能比将水沿路运送到计算机中最热部件上的方法更为有效。

　　IBM公司是最近才开始重新发掘水冷技术的应用，而惠普公司自1999年起就一直致力于水冷技术的再开发并且早在4年前就开始推出惠普品牌的水冷系统，惠普公司能源及制冷专家Wade Vinson表示。像Sun公司一样，惠普并没有将这项技术直接应用到服务器上。惠普公司的模块冷却系统（Modular Cooling System）是一种从三种途径取水的水冷机架：一种是直接与计算机机房的冷水系统相连，一种是专门的水冷却系统，还有就是与水冷系统相连的水到水的热交换单元。

　　Vinson表示用户对是否有必要大费周章的在服务器内储水制冷而心存疑问。服务器采用的空气制冷相对简便而且风险较低，不过用户如果使用惠普公司的水冷机架就能节省大约30%的能量。

　　在美国伊利诺伊州立大学的超级计算机应用软件国家中心，Pennington热切盼望着蓝海超级计算机的早日面世，这样就能让伊利诺伊州立大学校园拥有petascale级别的计算能力。一直向科学工程师和工业领域用户提供计算资源的超级计算机应用软件国家中心使用的是配置有9600个核心的超级计算机，也就是众所周知的以戴尔刀片服务器为基础的“Abe”。它共分为三层：第一层用于空气调节系统，第二层配置服务器，第三层则用来处理空气回流，Pennington介绍说。

　　如果要采用20万个核心的水冷系统，那么就要在服务器层下设置一个机械空间。数据中心将与机房的基础架构相连接，然后从这个位置通向由大学维护的大型水冷却系统。

　　“我们花费了大量的时间和精力与校内的专家和企业中的合作伙伴来共同研究这个课题，就如何使水冷系统的利用空间更为有效来达成共识”Pennington说，“我不能说水冷技术比空冷要简单，只能说这是一项完全不同的工程学挑战。”

　　Pennington期望在蓝海超级计算机上使用基于IBM公司正在研发的Power7芯片的服务器，这款IBM公司一年前揭晓的芯片是专门针对高端Unix服务器设计，是目前Power6微处理器的下一代产品。水冷技术也将在服务器上加以应用，Pennington强调说。不过超级计算机应用软件国家中心考虑更多的是水冷效果的优化上，其中还包括人员，设备占地面积等，蓝海超级计算机将耗费2.08亿美元。

　　超级计算机应用软件国家中心不会仅使用IBM公司的服务器，如果其他厂商的水冷系统也符合要求，他们也会将其考虑在内，Pennington表示。对于Pennington来说，水冷技术也是这些年来唯一能提供给超级计算机应用软件国家中心在不久的将来所需的功率密度的可行性技术。

　　8年前随着空冷系统的日益密集现有的计算机空间不断膨胀，“我们对未来十年会发生什么拭目以待”Pennington表示，“我们很清楚的认识到水冷技术对我们而言将是一项有重要意义的技术。”