如何满足边缘计算的热管理要求?

边缘计算是指在网络设施的“边缘”或附近具有数据处理能力。通常,服务器被包含在一个微数据中心,至多一到两个机箱。对于关键数据,如部件故障或软件缺陷,可以在现场实时检测。

边缘计算在收集带宽密集型和时间敏感型数据进行分析、降低运营成本和提高能效等方面具有较高的价值。低优先级的数据可以发送到云或远程数据中心。

企业正逐步认识到将边缘计算纳入其流程的重要性。然而,基本的机架式安装机箱仍然是一个挑战。在边缘计算中,服务器机架密度和较小的形积,是提供近用户端计算数据的关键因素。然而,服务器机架的功耗转换成的热量,对IT 系统是致命的。空间越小, 温度越高。因此,热安全是最重要的优先事项。

边缘冷却检查需求表

要确定边缘计算微中心的冷却解决方案,并准备一个允许调整中心尺寸的计划,需要评估边缘计算对热管理的不同需求。

需求清单包括:

选择一个与边缘数据中心的热量输出完全匹配的环境控制系统;

为每个服务器机架提供足够的冷却气流;

保证冷却和冗余系统的运行可靠性;

将温、湿度维持在可接受的水平;

在机架层面和边缘数据中心在边缘数据中心所关注的问题中,冷却能力始终具有最高的优先级。

整体层面上均保持可扩展性。

评估边缘计算中的变量

缘计算中的散热和固有的热量问题需要模块化的环境控制系统。将高能效的、先进的环境控制和冷却概念用于边缘计算,需要考虑以下变量:

温度;

湿度;

气流速度和压力;

所安装部件的热损失。

在设计阶段需要考虑下面这些基本标准和变量:

冷却系统应安装哪种类型的液体冷却包(Lcp) ?是否使用基于水或制冷剂的系统,取决于环境和水的可用性。

机架和外壳的数量是否需要冷热通道?冷过道围护通常需要活动地板。

架子上的平均温度应该维持在多少?人们仍然普遍认为,机架应保持在较低的温度,不超过68 ℉到72 ℉。设定温度在某种程度上取决于机架外壳的热输出计算值。在人口密集的边缘中心,可能需要额外的冷却能力来抵消更大的热负荷。

所需冷却空气的体积流量是多少?根据机架的需求,计算每个中心的气流需求,以便设计有效的气流策略。

环境条件是什么?任何方向的极端温度都会影响保持机架可接受的环境所需的能量。环境温度可能有助于或阻碍冷却的程度取决于系统的效率和机架的密度。

气流将流向何处?希望将冷却气流导引到机架前面,但是如何排出热空气?

负荷波动是否存在,这些波动对冷却响应时间有什么影响?如果运营数据中心能源消耗波动,则选择的冷却系统应能适应功率需求的变化。

系统是否应该具有可扩展性以满足将来的需求?拥有一个能够适应现有需求以及未来扩展的机架冷却需求的系统,就可以减少因增加额外计算能力所产生的成本。

冷却边缘计算微中心,最有效的途径是通过液体冷却系统来实现,该液体冷却系统可以是基于管线的、也可以是基于机架的,或者是两者的组合。有两种传热介质(水和制冷剂),可以与这些系统一起工作。水可以提供卓越的冷却性能,非常适合于边缘系统的高热量输出。

制冷剂作为基础的冷却,非常适合于小型或中型边缘机箱,尤其是供水不方便的时候。制冷剂冷却通常以较小的占地面积运行,在微中心具有较高的效率。在以上两种情况下,能源效率是一个需要考虑的问题。为实现高效节能,IT环境控制系统需要考虑:

冷却系统的尺寸需要满足实际功率的要求;

通过不同的通道来隔离服务器机架和房间空调的冷却;

使用高效节能的部件,如电子整流(EC)的风扇,包括制冷压缩机的功率调节;

尽可能将冷却水和室温保持在较高的水平;

控制所有子系统,并连续调节实际冷却功率要求。

用于热管理的液体冷却

闭环冷却保证边缘数据中心,免受无控制以及温度波动环境的影响。图片来源:Rittal

由于数据中心将高功率服务器集中在更小的空间中,因此冷却这些系统的挑战更大。这些服务器机架的功率密度,从每个机架2-8千瓦增加到超过100千瓦。

为机箱提供液体冷却包(LCP)(套装或基于机架),可以有效的帮助IT机架散热。应用环境包括通道、闭环冷却单以及双IT机架外壳。

LCP是一种可靠、经济的冷却方式,可提供从3千瓦到60千瓦的冷却能力。LCP设备支持与IT兼容的冷却,利用智能控制、自由冷却和额外的风扇,保持稳定的体积流量和恒定的冷却输出,并可实现高达50%的节能。

在空间较小的IT数据中心,如边缘计算,热量积累速度非常快,与机架匹配的LCP可以提供高效的闭环冷却。利用高性能的EC风扇技术,制冷剂冷却空气为机架提供冷却功能。服务器的冷却独立于环境空气冷却,很容易适应一个机架或模块化系列。

有些LCP专为机架式机柜套件设计。在设备后面的房间或热通道产生的热空气,被大容量变频压缩机和制冷空气冷却后,直接送回房间或冷通道。LCP的其它属性包括风道控制、占地面积小、延长风扇寿命的设计、冗余的风扇设计以及高效冷空气流动。

随着更大的功率密度和容量日益增加的需求,从边缘应用到大型传统数据中心的重要IT数据的保护,都需要对热管理产品的可靠性进行审慎评估。节能设计不仅降低运营成本,还可以确保IT组件的高效运转。

本文来自于《控制工程中文版》(CONTROL ENGINEERING China)2017年1-2月刊《技术文章》栏目,原标题为:如何满足边缘计算的热管理要求?

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  • 原文链接:http://kuaibao.qq.com/s/20180126B033O800?refer=cp_1026

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