气候变化如何影响数据中心

数据中心是热的,他们可能会更热。随着全球气候变化影响的温度,设计师改变了计算中心几乎与现代生活的方方面面,使它们更有效率,更多的定制,可能更多的分类。

这些变化正在采取新的紧急之际,科技行业的闷热的气温在多个大洲。在伦敦7月,破纪录的高温天气导致中断一次谷歌数据中心和另一个使用甲骨文。同一个月,欧洲和日本的热浪引发消费者警告阀和任天堂在游戏设备防止经济过热。本月早些时候,当局关闭工厂在中国四川的芯片制造中心缓解电网的热应变。

专家认为这是一个预览的事情来。自1981年以来,地球的全球平均地表温度的速度增加了每十年0.32°F (0.18°C)。小变化在全球范围内可能导致极端天气事件和无数其他问题。科学家说,气候变暖趋势将会稳定,当且仅当——世界各国遵循联合国设定的严格的减排目标。然而,一个最近的报告从联合国面板显示了这些目标仍然很远的实现,和许多地区可以看到在未来更多的热浪。

关注内部的温度数据中心似乎微不足道的相比其他气候变化的后果,认为热疾病,农作物歉收,大规模移民,但在云计算时代,从卫生保健到战争需要数据中心处理和存储大量的数据。剧烈的环境温度波动会影响多大的权力需要保持硬件够酷,和额外的电力通常不可用在热浪。数据中心位于通常很酷的地方,比如俄勒冈州的哥伦比亚河峡谷或冰岛,全球变暖可能会推动数据中心以外的安全操作温度。

“气候变化是影响数据中心广泛,它限制了潜在的提供免费冷却技术的机会,”达斯汀Demetriou说,高级技术人员的创新在IBM硬件可持续性和数据中心。“许多的能源效率的方向是由限制或消除机械制冷将减少。关于增加芯片的力量,我们已经到达了一个点,系统架构包括布局、组件和配置需要考虑热管理。住在空气冷却就意味着我们将看到形式因素的变化,需要限制组件和/或气流率超过交付在典型的数据中心的能力。由于这个原因,我们可能会看到一个加速液体冷却的需要。”

有限的范围
数据中心是高度控制的热环境,并有充分的理由。除了电子元件受损的风险,增加热电阻和限制电子在复杂的运动系统。芯片运行速度较慢快,他们的年龄,他们一般是不可靠的。应用程序可能会变得反应迟钝。热数据中心也不太安全。2015年,研究人员使用热排放演示如何入侵电子,即使他们是气隙。

设计师在整个半导体行业已经打一场对抗温度升高,即使没有考虑到气候变化。随着数字逻辑变得更小,动态功率密度增加。在这些先进的设计,整个迁移到下一个流程节点的目的是能够处理更多的数据更快使用相同数量的权力。但随着finFETs和棉酚场效应晶体管,热量可以困之间的垂直结构,使其难以消散,需要更积极的冷却。

不管它是否冷却用空气或液体,有更多的热量消除,从而需要更多的权力。目前数据中心的用电估计介于1%和2%之间的全球能源使用情况,其中大部分与冷却操作。

没有单一的解决这个问题,但是有多个步骤采取提高能源利用效率,从加工到内存/存储。在大多数情况下,新的芯片和系统架构的关键指标是每瓦特性能。整个边缘的扩建,随后disaagregation hyperscalers如亚马逊、谷歌和微软,旨在降低功耗,缩小距离的数据需要旅行。

越来越多的兴趣在性能和电力监控系统的数据中心,提供特定于服务器的情报来提高性能和冷却效率。这是特别重要的数据中心,利用负载均衡来减少热密度。“有监测传感器,可以集成在集成电路设备,可以提醒系统动态改善冷却通过改变风扇转速,例如,当零件的温度升高“丽塔霍纳说,营销系统解决方案集团主管Synopsys对此。“不仅仅是使用监测传感器,或低功率设备,但整个系统需要评估整体和不同部分如何协同工作,进一步优化”。

更特定于域的方法,如定制特定数据类型的加速器,和硬件软件合作设计可以进一步提高系统的能源效率。“一个久经考验的方法减少系统功率是通过芯片集成,”Andy Jaros表示,负责销售的副总裁Flex Logix。“数据中心是一个巨大的用户现场可编程门阵列,所以我们看到FPGA集成到未来的数据中心asic。这是一个自然进程,因为它消除了冗余的耗电电路fpga中,如并行转换器,而是利用那些已经在ASIC电路。设计敏捷的ASIC eFPGA也可以减少所需的FPGA结构,进一步还原能力。”

全球变暖也在很大程度上推动其他技术的前沿在观望。例子:有更多的关注数字的双胞胎帮助识别异常的性能由温度变化引起的。这是一个节奏的关键驱动因素最近收购未来的设施,执行数据中心冷却分析和能源性能优化使用3 d数字双胞胎。这种技术允许公司模型各种新情况发生之前——就像以前少见的天气事件或一系列新的季节性温度,并相应地改变数据中心架构。

图1:一个数字双模拟数据中心内的冷却效果。来源:节奏。

“评估季节性影响的物品数字双胞胎的数据中心的帮助,”Frank Schirrmeister说,高级组主任与生态系统的解决方案节奏。“你可以在夏天热添加一个高一级的,看到你需要移动你的负载。一切都变得更可编程,数据的组织网络,甚至会影响能源消耗。我们早期预测,当我们可以看看在虚拟平台上运行的软件。这就是数字双胞胎变得越来越重要,因为你可以在早期影响的变化。你可以改变网络结构调整过程中软件的一部分。这有助于优化整体的热负荷。我们可以根据温度优化气流在黑板上。”

模型的保真度成为这个计划的关键。如何准确的数字双实际数据中心吗?人工智能是另一个关键组件,和越来越多的数字双应用需求,旨在优化网络,以及数据存储和传输,Schirrmeister说。

技术已经被使用在其他市场现在被部署在数据中心,。副总裁总裁Sancheti Synopsys对此系统架构师,说动态电压和频率扩展(dvf),现在正在部署在数据中心芯片更整体的水平。“工程团队也使用自适应电压频率扩展,不仅反应,但预测最优电压和频率。人工智能算法被探索这里来查看工作负载,并能够预测最优操作点。你处理的是在一个大型规模,所以小的储蓄在芯片级乘以成千上万成千上万。”

更加智能地使用资源
能源消耗和用水量时往往第一提及讨论气候变化的问题影响硬件在宏观和微观层面上。公众的感知水和高能耗的数据中心如何导致气候变化影响架构和设计一直到芯片级。

与气候变化”在每个人的心中,尤其是考虑到另一个drought-plagued夏天,没有失去对数据中心的影响,“禁闭室阿赛说,战略规划主管Keysight。“争执是无情的需要更多数据和气候变化呈现的困难。数据中心容量必须继续扩大以满足消费者的需求。然而,数据中心不再有无限力量的奢侈品随着河流开始干燥,水变得更加稀缺。因此,数据中心设计者今天正面临更困难的电力需求正在推动通过芯片本身。低功率的驱动使chiplet死灰复燃,co-packaged光学技术。它也促使更多的崩溃到数据中心效率最大化。数据中心必须能够保持联系。”

结论
可持续性是一个热门话题在科技公司这些天,和能源使用的内部数据中心的重要组成部分,讨论,是否一个超大型的云数据中心,内部服务器的集合,或附近或边缘上的设施。在所有情况下,气候是一个因素,即使它并不总是显而易见的。

“气候适应性数据中心已经成为公司的竞争优势的一部分,“说Synopsys对此Sancheti。“可持续性不再是被谈论的东西作为一个成本或负担。这已经成为了一个竞争优势,因为每个人都是看效率指标。因此,这不是一个事后的考虑。标题的对话在任何类型的业务与数据中心的接触。”

这些问题只会增加随着气候变化的影响越来越明显。更多的数据需要处理的地方,需要使用相同或更少的能量,不管环境温度。构成重大挑战整个电子产品供应链,特别是半导体设计,将所有的工作。