基于服务器功耗模型的数据中心热环境研究.pdf

中文摘要 摘 要 本研究来源于国家自然科学基金面上项目 “基于服务器热湿环境形成机理的 数据中心能耗特性研究”） 随着产业数字化转型持续加快，以移动互联网、物联网、云计算、大数据、 人工智能等为代表的新一代信息技术融合创新空前活跃，数据中心进入了迅猛发 展时期，能耗巨大的问题日益凸显，IT 设备和空调系统是数据中心能耗构成的两 个主要部分，两者通过数据中心的热环境关联，而 IT 设备是数据中心能耗过大的 根本原因，IT 设备主要构成为服务器，因此基于服务器功耗预测数据中心热环境 至关重要。本文通过分析典型服务器功耗模型，基于实测数据，对典型模型进行 准确度定量分析，建立了准确度高的服务器功耗模型。并基于服务器功耗对某数 据中心热环境进行了定量研究。 本文首先从数据中心的能耗现状、室内环境两个方面，综述了国内外关于数 据中心能耗及热环境的研究现状及问题。明确了采用理论分析、现场实测及利用 6SigmaDCX 模拟等研究方法，确定了本文的主要内容。 通过统计 SPEC 网站公布的测评服务器的功耗数据得出，2007 年到 2018 年服 务器空载功耗占满载功耗的比例正逐渐下降。简要分析了服务器的典型工作负载， 及其对服务器各组件的利用程度。详细分析了典型服务器功耗模型，统计了模型 中的变量，常用变量为CPU 利用率和 perf 变量。 研究了服务器在不同 CPU 利用率、内存利用率、硬盘读写方式及速度等工作 负载下功耗变化规律，利用 SPSS 分析了服务器功耗与各种服务器变量的相关性， 对比分析了典型功耗模型准确度，利用 CPU 利用率、CPU 时钟频率、内存利用率 建立的功耗模型误差较大，利用 perf 变量建立了准确度高的服务器功耗模型。 以重庆市某数据中心为对象，通过实测分析空调运行参数对服务器的影响， 及空调系统现存问题。实测发现服务器进风量、进风温度受到空调送风量、送风 温度的影响，列间空调的启停会受到相邻模块的影响。 利用 6Sigma DCX 建立了基于服务器实际功率和额定功率的数据中心热环境 模型，对比实测数据得出，前者模型准确度远高于后者，说明了基于服务器实际 功耗研究数据中心热环境重要性，并利用该模型定量研究了机柜加装盲板、服务 器布置、空调控制方式及放置位置对数据中心热环境的影响。采用列间空调的数 据中心，空调需采用送风控制且应对称布局，服务器上架应从模块一端集中布置。 关键词：数据中心；服务器功耗模型；列间空调；热环境；6Sigma DCX I 英文摘要 Abstract This research comes from the National Natural Science Foundation of data center “energy consumption characteristics based on the the formation mechanism of server heatand humidity environment ” As the digital transformation of the industry continues to accelerate, the new generation of information technology is unprecedentedly active which is represented by mobile Internet, Internet of Things, cloud computing, big data, artificial intelligence, etc.