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我们深入了阿里云的心脏,发现他们把服务器都泡在了“水”里

作者:望眼云 版权信息:望眼云 点击数:23681 更新时间:2021-08-04

张北有什么?大片的草原、鲜嫩的羊肉是大多数北京人的认知,可要说到互联网与高科技,恐怕没有一个人会想到这里。



当我得知,要去探访的阿里巴巴数据中心坐落在张北时,我下意识的反应是滑雪场、音乐节旁矗立的高大建筑——互联网时代的新基础设施正在大草原上吞吐着海量的数据。



张北紧邻东方达沃斯、北京人民的滑雪后花园崇礼,它们都为张家口市的下属县、区。滑雪场一般会选在气温相对更低的场所,以使得雪季更长、雪场造雪的成本更低,这一点同样利好排热需求巨大的数据中心。



在五一、十一节假日感受过音乐节有多拥挤的朋友肯定知道一个巨大空旷的场地是有多么重要。与音乐节类似,数据中心的选址通常不会距大城市太远(保证服务器响应的速度),也不会太近(数据中心占地面积大,园区土地成本不可不精打细算)。



此时正是北京炎热的七月中旬,但在出发前阿里云的工作人员特意叮嘱我们要备好外套,果不其然,当晚到达张北县下榻的酒店后,走出车门就感受到了一丝冷意和草原上迎面扑来的凉风,这不仅是因为夜晚的缘故,第二天一早,虽然太阳毒辣,却也一点都不觉得热。



数据中心距县城不远,大概十多分钟车程,从酒店到数据中心的一路都绿意盎然,这趟车的目的似乎是去向草原天路野营,转眼间,窗外景色忽变,一抹熟悉的亮橘色印入眼前,我们知道,目的地到了。



低碳环保的阿里巴巴logo
低碳环保的阿里巴巴logo



数据中心需求的产生源自社会对计算、数据以及网络的海量需求。随着信息技术的发展,到20世纪90年代,微型计算机开始要求专门的空间来存放,便宜的网络设备加上网络电缆的新标准,使得公司在房间中使用分层设计来放置服务器成为可能,这种使用方式也由此被广泛推广开来。



但是,这一模式对当时的一些小公司来说仍不是件容易的事情。因此,许多公司专门在一定空间内搭建此类大型设备,为一些需要节约成本或体量较小的公司提供商业上的系统部署和操作的解决方案,这种一定空间内的大型设备被称为网络大数据中心(Internet Data Center),也常常被简称为IDC



也因此,数据中心对机器设备的安全非常重视,随行的阿里云工作人员表示为确保数据中心的安全运行不受任何外界因素的影响,此次参观会有严格程度不亚于机场的安保检查。



进入园区前安检的小屋
进入园区前安检的小屋



阿里巴巴的张北数据中心始建于2015年,是阿里巴巴在乌兰察布、广东河源、南通以及杭州五大超级数据中心当中最早建成的。根据中国信息通信研究院发布的《大数据中心白皮书(2018年)》显示,2010年以来全球大数据中心一直在平稳增长,但自2017年开始,随着大数据中心往大型化、集约化的方向发展,全球大数据中心数量开始缩减。2015年全球大数据中心45万个,预计2020年大数据中心将减少至42.2万个。



如今,大数据中心的应用范围从基础业务(主机托管、宽带出租、虚拟主机、IP地址出租、服务器出租)向增值业务扩展(异地容灾、代理维护、安全系统、负载均衡、数据备份、远程维护、逆向DNS、设备检测、系统集成)进化,目前,大数据中心增值业务的营收已超过基础业务。



我们参观的张北庙滩数据中心可容纳十万台服务器,总面积约为13.3万平方米,机柜总量约4000架,总投资超过200亿元,此数据中心的年均电能使用效率(PUE)为1.19,PUE (Power Usage Effectiveness,电源使用效率)是衡量数据中心电力能源利用率的国际通用指标,越接近1表示数据中心对电能的利用效率越高。



张北庙滩数据中心1.19的PUE是一个能耗效率非常好的数值。按照《“十三五”国家信息化规划》的指导,到2018年,新建大型云计算大数据中心PUE值不高于1.5;到2020年,形成具有国际竞争力的云计算和物联网产业体系,新建大型云计算大数据中心PUE值不高于1.4



张北庙滩数据中心可以将能耗降下来得益于张北年均气温仅为2.6℃,最低气温达零下40度,工程师将室外温度适宜、空气质量良好的新风通过风墙技术输送至机房,直接为IT设备降温,实现全年300余天“免费”的自然冷却,从而降低了空调系统的电力消耗。



冬日的张北数据中心,数据中心供图
冬日的张北数据中心,数据中心供图



工作人员表示,数据中心的地址选择北纬43°的张北县是看重了张北地区充沛的风能和太阳能,这使得张北数据中心可以大量采用绿色能源,促进可再生能源发展,加速能源消费向清洁低碳化转型。2018年12月至2021年5月,阿里云自建基地型数据中心,通过市场化方式交易清洁能源(含风电、光伏、天然气电量)6.38亿千瓦时,共计减排二氧化碳51万吨,交易清洁电量与碳减排均居全国互联网行业首位。



在了解了数据中心的整体状况后,队伍终于要准备进入机房了,不意外的,在进入机房大楼前,安检人员再次尽职的做了一次检查。同时,机房内的几位专业技术人员已经在向我们招手,将依次带我们去探访备用发电房、风冷机房、液冷机房等。



建筑的一楼每个房间入口都会有高高的蓝色挡板,技术人员称这是为了防止老鼠的进入,一楼大多为备用发电设备,基本不会设置机房。备用发电设备是为了预防电网切换、意外停电等状况出现时的应急措施,毕竟数据中心哪怕断电几秒钟也会严重影响存放数据客户的安全感。



走进风冷机房,3.5米/秒的凉风降温效果杠杠的,一行人都没有深入往里走就迅速退了出来。技术人员介绍风冷机房可以根据散热需求,将数据中心外的冷风通过过滤后送入到机房的冷风室,技术人员称这项技术为组合式空调箱(AHU)风墙技术,通过自然风实现设备的自然冷却,从而降低空调电力的消耗。



风冷机房
风冷机房



为提高热能的利用效率,部分机房热风会回收至柴发配电室及部分设备间用于采暖,同时将空调回水作为供暖换热的驱动动力,减小冬季供暖能耗;通过废水回收系统降低生产污水的硬度、电导率等指标,回收并重新利用至生产系统,减少水资源消耗。



在探访中,我们还发现,不少存放着我们重要数据的服务器,被浸泡在“水”里。



其实,这是阿里云工程师们研发出的浸没式液冷技术,一排排的服务器被浸泡在绝缘冷却液里,它不仅能够保护电子元器件低温运行,而且使得产生的热量可直接被冷却液吸收进入外循环冷却,全程用于散热的能耗几乎为零,同时,液冷方案还有效降低了由空气、灰尘和震动引起的硬件产品故障率,极大的提升了服务器的使用寿命。这种形式的热传导效率比传统的风冷要高百倍,节能效果超过70%,实现了数据中心100%无机械制冷。



液冷主要有两种类型,一种叫做直接接触型液冷,还有一种叫做间接接触型液冷。过去的数据中心使用间接接触型液冷较多,即将散热设备固定在冷板上,当液体通过冷板时将热量带走以达到散热的目的。而浸没式液冷则是冷夜直接与精密的电子元器件接触,对冷夜和整个设备的调试要求都更加严格。



目前,数据中心应用较多的一种冷夜叫做氟化液,这种液体不会导电,具有绝缘的特性,是目前数据中心液冷技术中是非常安全的一种,张北数据中心的应用的冷夜便是氟化液。数据中心的工作人员表示,氟化液哪都好,唯一的缺点就是贵,3M公司是该项材料的全球主要提供商,目前阿里巴巴正加紧自研氟化液并进行测试,希望未来能大规模使用在本土的超级数据中心中。



阿里巴巴数据中心的液冷技术已做了开源
阿里巴巴数据中心的液冷技术已做了开源



可以说,数据中心大多数技术进步的目标都是为了数据中心更高效、节能、环保。在阿里巴巴,一直有个“煮蛋”梗,2005年,阿里每10笔电商交易所消耗能源能煮熟4颗鸡蛋;到2019年,只能煮熟1颗鹌鹑蛋。在算法继续优化下,2021年618的时候,只能煮出一颗溏心鹌鹑蛋了。



机房的参观告一段落,回北京前,我点开了阿里云工作人云分享给大家的资料:IDC预测,未来四年持续采用云计算可以减少碳排放10亿吨,相当于抵消400个火电厂或一个中型国家的年排放量。



在极端天气、极端气候频频发生的这几年,衷心希望新技术能让地球的生态环境能逐渐变好。



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