資料中心節能環環相扣 通盤考量效果最顯著

作者: 黃繼寬
2021 年 01 月 07 日

用電大戶條款原本設定的門檻是契約容量超過800kW的用電戶,而非最後拍板定案的5MW。政府在法規上路前將門檻大幅上修,讓許多擁有中小型資料中心的企業,得以暫時鬆一口氣。

然而,在雲端、人工智慧(AI)應用大行其道,數位轉型議題火熱的今天,企業採取混和雲已經是趨勢,誰能保證今天自家廠區或公司內的小型資料中心,規模不會隨著企業成長而擴張成中型資料中心,進而消耗更多電力?另一方面,這次政府將門檻上修到5MW,雖然縮小了衝擊面,卻也引發環保團體反彈。因此,隨著儲能、節能技術的導入成本下滑,許多業者都認為,日後用電大戶條款適用門檻下修的可能性是存在的。在資料中心規模擴張,法規門檻卻只會越來越嚴格的情況下,對於資料中心節能,最好現在就要動起來。

實現資料中心節能 雲端大廠創意無限

節能一直是資料中心所追求的目標,Google、亞馬遜(Amazon)、Facebook、微軟(Microsoft)等在全球各地擁有超大型資料中心的雲端服務大廠,其資料中心的能源使用效率(PUE)指標,更是時時刻刻被各種壓力團體緊迫盯人,因此雲端大廠對於提高資料中心的能源效率,避免電力浪費,常會有許多十分先進的作法。

以Google為例,根據綠色網格(Green Grid)對PUE的分級規定,其所擁有的資料中心,全數達到白金級標準,但如果細看個別資料中心的PUE數字,不難發現位處熱帶的新加坡資料中心跟亞熱帶的台灣彰濱資料中心,PUE表現是倒數的。這其實是非戰之罪,因為空調冷卻占資料中心耗電量的比重相當高,而台灣跟新加坡炎熱的夏天,使資料中心的空調冷卻必然要消耗更多電力。

也因為冷卻在整體資料中心耗電量的占比極高,微軟在2018年春季進行了一項大膽嘗試-將資料中心配置在密封容器中,然後將整個容器沉到海床上,靠海水實現自然冷卻。2020年夏天,此一實驗結束,微軟將容器打撈上岸,發現這個實驗可說是相當成功,不僅證實資料中心在完全無需人力維護的情況下也能正常運作,而且靠著海水自然冷卻,加上所在海域有大量離岸風電跟太陽能供應,在此實驗期間,水下資料中心所產生的碳排放量,遠低於設置在陸地上的資料中心。

雲端大廠的各種嘗試,對日後的資料中心設計,必然會產生示範性作用。例如引進外部冷空氣來冷卻資料中心的做法,雖然在高緯度地方比較適用,但台灣面板廠群創位於竹南T1廠區的資料中心,也已經仿效類似做法,將PUE降到1.12(冬季數值),表現不比Google的資料中心遜色多少。因為新竹號稱風城,雖位處亞熱帶,但一年當中仍有60%的時間可以靠引進外部空氣來冷卻資料中心。

既有設施升級非易事 事先規劃勝過事後改造

不過,對於已經建成的資料中心來說,要靠改造來達到提高PUE的目標,是相當困難的。維諦(Vertiv)客戶服務暨技術經理鄭品宏(圖1)表示,資料中心是支撐企業運作的關鍵基礎設施,穩定運作是首要任務,因此管理者對於既有資料中心的改造、升級,態度通常是比較保守的。

圖1  維諦客戶服務暨技術經理鄭品宏說明,要提高資料中心能源效率,重點在事前規劃是否完善

舉例來說,資料中心不斷電系統(UPS)所使用的VRLA鉛酸電池,雖然體積龐大,使用壽命跟容量也不如鋰電池,但因為是經過長時間考驗的穩定技術,直到目前為止,還是絕大多數資料中心UPS所選用的儲能元件。直到幾個月前,台積電宣布將陸續以鋰電池淘汰鉛酸電池後,資料中心客戶才開始對鋰電池表現出比較高的興趣。

研華工業物聯網事業群副總經理林清波也指出,雖然IT技術日新月異,處理器廠商每年都有效能更強的解決方案,但資料中心的設備升級速度,不如外界以為的那麼快。視不同區域市場的法規、產業習慣,資料中心設備的更新頻率大概是5~7年一次,也有十多年才做一次大更新的客戶。在設備更新周期間,資料中心客戶對設備升級或改造的意願通常不高,因為導入新技術或新設備,會帶來新的不確定因素。

因此,要對運作中的資料中心進行升級改造,提高其能源使用效率,是非常困難的。為確保資料中心穩定運作,即便要改造,通常也只能針對特定環節進行小幅調整,但這種做法能帶來的節能效益,遠不如事前在系統層級做好完善規劃,一次布建到位。

前面提到群創竹南T1資料中心的案例,該資料中心不只引進外部冷空氣來協助散熱,同時還在資料中心內部建立冷熱空氣通道、調整空調出風量,重新設定內部溫度等工程改善,才得到冬季PUE可達白金級的成果。若只對單一問題進行改善,效果不會這麼明顯。

鄭品宏說,這也是Vertiv一直強調系統性規劃思維,並推出SmartCabinet、SmartRow跟SmartAisle一系列整合解決方案的原因。藉由高度模組化設計,結合Vertiv在IT基礎建設熱管理、電源管理領域多年累積的基礎,Vertiv可以提供給資料中心客戶非常易於升級擴充的解決方案,與豐富的技術選項,而不是零散的產品。

台灣5G電信白牌解決方案供應商優達,就採用Vertiv的SmartRow方案,打造其5G效能驗證實驗室。優達成立於2012年,於2017年切入5G電信白牌設備市場,進軍過去由國際網路設備大廠主導的歐美電信市場。為提升產品設備開發效率,提供客戶更好的體驗,該公司於2019年建立5G效能驗證實驗室及展示空間,快速推出經過效能驗證的智慧化5G電信白盒解決方案,搶佔市場先機。

Vertiv SmartRow為封閉模組,內含機櫃、空調、UPS、配電、設施監控管理等多項功能,全部模組都在Vertiv工廠預先設計、整合並測試。其一體化設計、快速部署、隨需擴展,同時兼顧節能、監控管理等需求,可有效解決一般客戶缺少機房空間的難題及對節能的要求。同時,還能透過高效率及專業的冷卻技術,達到精確製冷的效果,提升製冷效率,因此,每年的能源消耗可減少30%以上。Vertiv SmartRow還擁有完善的防塵效果,可顯著減少IT設備故障率,降低系統聲量,完美實現資料中心人機環境分離。

浸沒式冷卻技術逐漸普及 PUE更上層樓

除了從系統面出發,藉由通盤考量來提高能源使用效率外,資料中心熱管理技術在最近幾年也出現重要突破,使得資料中心的PUE可望進一步大幅提升。浸沒式冷卻(Immersive Cooling)的普及,就是未來資料中心熱管理領域的重要趨勢。

所謂的浸沒式冷卻,是指把伺服器等運算設備浸泡在不導電的液體中,直接將零組件產生的熱能傳導給流體,不需要其他主動式的冷卻零件,譬如散熱鰭片、導熱銅管或風扇等,溫度上升的液體透過循環冷卻方式再回流繼續吸收熱能。微軟把資料中心密封起來放在海床上,也可以視為一種廣義的浸沒式冷卻,但陸上資料中心使用浸沒式冷卻的案例,在最近幾年越來常見,因為其所使用的冷卻液已不再由一家廠商所壟斷,價格大幅下滑,使得浸沒式冷卻更具吸引力。

鄭品宏分析,浸沒式冷卻可以為資料中心的節能帶來多重貢獻,除了直接降低冷卻系統的耗電量外,提高IT硬體密度,也有助於提升資料中心的PUE。只是在過去,由於冷卻液市場處於一家壟斷狀態,使得浸沒式冷卻系統的實現成本非常高昂,很少有用戶負擔得起。直到冷卻液價格下滑,使用浸沒式冷卻的資料中心才逐漸增加。近期在台灣,Vertiv也才剛為一家客戶完成浸沒式冷卻資料中心的建置工作。

節能追求無止境 資料中心要有長遠規畫

由於資料中心是重要基礎建設,在追求穩定運作的大前提下,除非是新建資料中心,或是既有資料中心剛好遇到設備大舉汰換的更新時期,否則很難快速跟上最新技術的進展。但法規的更新頻率未必跟資料中心營運的節奏是一致的。擁有資料中心的企業,必須為自家的重要資產做好長遠規畫,否則資料中心的持有成本,很可能會因為法令規章的修改而突然增加。

台灣的資料中心規模普遍不大,用電大戶條款上路後,不會對擁有資料中心的業者造成立即性的壓力,但俗話說人無遠慮,必有近憂。擁有資料中心的企業,還是要未雨綢繆,趕緊想好因應劇本,才不會手忙腳亂。

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