机房能耗与运行 综合管理系统介绍方案版本 1.0方案编写龙思云（北京）科技有限公司编写日期 2014年 05月 11日目录第一章前言 .......................................................... - 1 -1.1 序论.......................................................... - 1 -第二章技术特点介绍 .................................................. - 2 -2.1 云技术——充分利用服务器资源.................................. - 2 -2.2 变频技术——先进的节能空调.................................... - 2 -2.3 强化换热技术——提升冷却效果.................................. - 3 -2.4 智能调节制冷量——对冷风的“精打细算”........................ - 3 -2.5 监控界面——对机柜“了如指掌”................................ - 3 -2.6 Intel智能监控技术——让一切都“智能化” ...................... - 5 -第三章产品介绍 ...................................................... - 6 -3.1 总体结构...................................................... - 6 -3.2 抽屉式冷却单元................................................ - 7 -3.3 变频空调器.................................................... - 8 -3.4 控制模块...................................................... - 8 - 第四章智能控制与调节 ................................................ - 9 -第一章前言1.1 序论本设计方案旨在提供一种解决当前数据中心高能耗问题的新方法，从优化负载和冷却两个方向达到节能的目的。
当前主要的机房为大空调+大房间的布置方案，为保证数据中心功能的实现以及设备的正常运行，在供能的设计上没有做到“精打细算”，造成了一定的冗余，主要表现在：●服务器资源闲置率较高；●制冷负荷设计偏大●空调的调节方式为室温反馈，不能直接与服务器的散热需求相匹配。
针对这些问题，我们提出了“智能降耗”的设计理念，充分利用服务器设备的运行数据，结合”云处理技术、强化换热技术、变频技术、智能调节技术“，优化能源分配，从而有效的降低数据中心的能耗。
第二章技术特点介绍2.1 云技术——充分利用服务器资源目前我单位通过多年的业务系统建设，底层基础设施资源范围的逐步增大，资源在使用以及管理方面出现了混乱问题，为了提高资源的使用率以及完善自动化现代化的资源管理手段，实现资源的高度整合，通过与统一数据平台相关模型想结合创建基于自身业务的统一数据服务平台，采用虚拟化手段将资源供给与底层设施具体物理拓扑进行分离，实现资源的按需分配与科学管理，提高资源的自动化管理水平以及利用率。
数据中心整体的“智能降耗”目标，主要从以下几个方面来实现：●智能化的冷却调节。
●智能化的服务器功能调节。
●智能化的负载支撑。
采用云技术可以实现服务器资源的整合，分析和优化负载，再根据软件中设定的降耗策略，选择最优的服务器配置方案和空调运行方案，达到能耗最低，从而实现智能化的服务器功能调节和负载支撑。
我们与Intel展开了深入的合作，利用Intel智能监控技术，实现服务器功耗的调节以及远程控制，根据负载曲线及机柜环境，调节服务器处于低功耗状态或远程关机，当工作负载增加时，远程打开服务器电源，并使全部服务器工作在最优工作点（效率高而能耗低）。
2.2 变频技术——先进的节能空调由于传统的定频空调不能改变供电频率，空调的压缩机转速基本不变，依靠其不断地“开、停”压缩机来调整室内温度，其一开一停之间容易造成室温忽冷忽热，并消耗较多电能。
变频空调是一种使用变频压缩机和模糊控制技术的空调器，能根据室内气温的变化，调节制冷速度。
具有低噪音、耗能低等特点。
一个15平方米的房间，变频空调比定频式调温速度快6~10分钟。
达到设定温度后，变频空调又能以仅为定频空调10％的功率低速运转，以调节温度细微损耗，维持恒温状态。
试验显示，较之定频空调，变频空调噪音低5~6分贝，寿命长5~8年，是空调市场未来的发展方向。
2.3 强化换热技术——提升冷却效果机柜中的主要冷却方式是风扇对CPU等发热设备的强制冷却，属于对流换热。
影响对流换热效果主要因素有气流的温度、速度和流量。
在传统方式下，风扇附近的气流温度通常高于空调冷风温度，气流的速度分布也不均匀（由于开放式的布置，风扇附近流速高，稍远流速低），影响换热效果。
在本方案中，我们采用抽屉式封闭通道构成通风单元，减小截面积增加冷风流速，强化对流换热的同时，也使冷风的流动更有针对性，减少在大空间流动的损失。
实验表明，该技术可减少冷却风量x%，制冷量x%。
2.4 智能调节制冷量——对冷风的“精打细算”目前，市场上已经出现了一些采用变频空调的独立制冷的机柜，但其变频控制主要是基于柜内气流的温度反馈，而不是基于服务器（CPU）的工作参数，反应速度慢，而且温度测点布置不合理也会带来一定程度的浪费。
通过与Intel公司的多年合作，我们在Intel服务器设备冷却原理的基础上，开发出智能调节模块可以根据服务器内设备的使用率、温度、电压、电流、转速等数据，在降耗策略的基础上对空调进行变频调节，使变频空调的工作状态紧贴服务器的需求，响应更快，更节能。
降耗策略基于大量数据的采集和分析。
软件采集机柜内空气的温度、湿度，服务器设备的运行状态（如CPU使用率、风扇转速等）、空调的制冷功率等信息，进行存储与分析，得出不同负载条件下的整体功耗曲线、PUE曲线，在此基础之上选择最佳工作点，进行控制策略的制定与分配。
2.5 监控界面——对机柜“了如指掌”在机柜的监控与运维方面，系统提供了完善的信息输出机制，在机柜上方内嵌一个触摸式显示屏来展示当前机柜的一些监控信息，主要包括服务器的监控信息、环境信息、智能空调信息、能耗信息等，用户通过触摸监视屏就能够快速了解各服务器的当前工作状态以及性能状况等；当前柜内的温度、湿度信息等；空调的工作状态信息；整柜的能耗信息等。
除此之外，完善的预警、报警机制为管理员的及时维护提供了重要的支持。
下面为显示效果图：除此之外，机柜还为管理员设计了后端管理系统，提供了包含控制与监控等更为丰富的信息。
使机柜运维智能化。
2.6 Intel智能监控技术——让一切都“智能化”Intel智能监控技术构建于IPMI工业协议以及Intel Node Manager芯片基础之上，为智能化数据中心管理奠定的重要的基础。
Intel DCM构建于智能管理技术之上，可与整柜配合使用。
通过Intel智能管理技术，用户可以得到多方面有关底层硬件状态、性能、配置、控制等多方面的数据。
能耗管理方面，采用Intel自主研发的Node Manager 芯片进行实现，通过管理员的节能策略设定，NM芯片智能的更改CPU P、T状态进行节能控制，实现低负载节能、夜间节能等效果。
在硬件状态方面，该技术能够智能化的监控当前物理硬件的健康状态，当硬件状态出现异常的时候，及时通知数据中心管理员；控制方面，实现服务器的远程配置与管理，实现设备的远程电源管理，BIOS参数设置等操作，为实现整柜智能化和节能化奠定了重要的基础。
第三章产品介绍3.1 总体结构柜体门采用易拆卸设计，便于检修，同时具有良好的密封性，满足防静电、防尘、降噪的设计要求。
两侧布置循环风道，热风通过风道排向室外，避免掺混导致制冷负荷增加；中间设置数条风道隔板，并在两侧镂空壁上设置导轨，构成抽屉式冷却单元，用于安装服务器设备；柜体顶端安装变频冷却空调和控制模块，空调冷风吹向右侧竖直风道，流经装有服务器设备的冷却单元时，由服务器风扇吸入，加热后排向左侧竖直风道，经风管排向室外。
经过云处理系统分配后的任务会优先运行在靠上的服务器单元，产生较高的排风温度，形成自然对流保证柜内流场稳定。
工作原理图如下所示：机柜的结构图如下所示：整个系统采用全封闭设计，独立制冷，对机柜所处环境制冷无特殊要求，提供最高7500W制冷量，在自控制冷技术的基础之上，可同Intel DCM配套使用；在隔音效果方面，系统采用双层柜体设计，使用隔音效果优良的隔音材料制成，系统隔噪达 20分贝以上在节点配置方面，支持双E5-2600系列Xeon处理器。
每节点支持6颗3.5寸硬盘，最大单节点支持24TB的存储空间。
单节点支持24个DIMM。
在存储配置方面，单柜可支持20个节点。
在完善的硬软件设计基础之上，使整体机柜表现出更高的智能化与节能标准。
3.2 抽屉式冷却单元隔板间距充分了考虑服务器设备及风扇的高度；侧壁为2层，内层为镂空进气安装边，上设导轨，服务器设备可以像抽屉一样拔出（或插入）；外层为可拆卸挡板，当该单元无服务器设备时，阻挡冷却空气流入。
抽屉式冷却单元示意图3.3 变频空调器变频空调器安装在机柜的顶部，形成冷热空气的自然对流。
该空调启动时，由机柜顶部吸入足量的初始冷却空气，其后发挥辅助流动的作用。
压缩机等设备安装在室外，冷却工质通过管道在室内外流动，带走热量。
3.4 控制模块控制模块安装在机柜的底部，可以更有效的利用空间。
控制软件将采集到的服务器运行数据（比如温度、风扇转速等）处理成空调变频调节所需的数字信号，传输给控制器，控制器再根据设定的控制逻辑指示空调变频工作。
机房能耗与运行综合管理系统介绍第四章智能控制与调节当机柜内服务器设备开始工作，机柜内空气温度T0为室温，设备通过CPU 风扇进行冷却（转速为n1，风量为m1，服务器功耗P0）。
随着CPU使用率的提升，热量积聚，服务器设备环境开始升温到达T1，CPU风扇冷却无法满足要求，降耗策略生效，空调开始工作，（此时CPU风扇转速达到nmax，风量为m’1，服务器电源功率为Pmax）。
变频空调初始的送风量为m’1，根据CPU的工作状态从降耗策略中选择制冷量Q1，随后根据CPU风扇的工作参数变化，会沿一条优化的工作曲线逐步的调节制冷量，最终达到最优能耗状态。
