各位老铁们好，相信很多人对大型数据中心浸没式液冷与风冷投资成本分析-数据中心浸没式冷却都不是特别的了解，因此呢，今天就来为大家分享下关于大型数据中心浸没式液冷与风冷投资成本分析-数据中心浸没式冷却以及的问题知识，还望可以帮助大家，解决大家的一些困惑，下面一起来看看吧！
与传统风冷相比，液冷具有节能等多项公认的优势。然而，投资成本被视为部署的常见障碍。在本文中，我们首先论证了在总容量为2MW的数据中心中，当机架功率密度为10kW时，使用传统风冷与基于IT机箱的浸没式液冷的初始投资大致相当。由于液冷技术的主要优点是可以高密度、紧凑部署，因此我们定量比较了相同容量的数据中心每机架20kW和每机架40kW部署液冷的投资成本差异。结果表明，采用液冷比传统风冷分别节省10%和14%的投资成本。
1、简介
在IT设备中使用液体冷却并不是什么新鲜事。它已经上市几十年了。但在过去，这种解决方案经常出现在小众应用中，例如高性能计算（HPC）和游戏。但现在，一些重要趋势和驱动因素的出现，使得液冷成为越来越受主流IT用户欢迎的冷却解决方案。
与传统空气冷却相比，液体冷却具有一些明显的优势。这些包括：
减少用水需求—— 在缺水地区，当地市政当局继续对数据中心行业施加压力。风冷使用大量的水进行蒸发冷却，通常可以实现PUE小于1.2。节省空间的——液冷可以显着减少IT系统占用的空间，使企业能够在全球更多地点部署IT系统，包括亚洲等一些空间有限的地区。节能—— TheGreenGrid 发布的能源影响报告显示，液体冷却能效的改进可实现48% 的节能。然而，人们对液体冷却的投资成本了解有限，并且经常被认为是其部署的常见障碍。在本文中，我们分析了总容量为2MW的数据中心传统风冷（风冷冷冻水机组）和液冷（基于IT机箱的浸没式液冷）的成本差异。我们将介绍不同功率密度下的液冷技术解决方案，以展示其对成本的影响。
图1 显示了初始投资分析的结果。分析表明，对于相同功率密度（10kW/机架），风冷和液冷数据中心的投资成本大致相当。但如前所述，液冷还可以实现IT系统的压缩，从而节省初期投资。与传统数据中心每机架10kW相比，功率密度提高2倍（每机架20kW）可减少10%的初期投资。如果功率密度提高4倍（每机架40kW），投资成本最多可节省14%。
图1 投资成本概览
下面，我们详细介绍比较的架构，描述用于分析的方法、假设和数据，并使用瀑布图进行逐点比较，以确定成本差异的来源。
2、风冷架构
此资本成本分析的基本案例是使用风冷式冷水机的数据中心。该架构具有以下特点：
冗余风冷冷冻水机组冗余泵和管道用于IT 机房和基础设施空间的冗余冷冻水精密空调(CRAH) 通过管道连接到精密空调的热通道封闭系统无高架地板选择此架构作为比较基准，因为这是一种经济高效的设计，在中型和大型数据中心中非常常见。图2是架构的总图。
图2 风冷架构
3、液冷架构
对于此分析，我们选择基于IT 机箱的浸入式液体冷却，因为它适合常见的数据中心机架架构，并且几乎所有热量都可以通过液体传递。图3是这种液冷方式的整体示意图。
图3 基于IT机箱的浸没式液冷
IT 机箱浸没式液冷IT 机箱浸没式液冷极大地简化了基础设施架构，因为IT 设备可以使用温水进行冷却。我们假设入口温度为40C (104F)，在许多气候条件下可以实现100% 自然冷却。图4是用于分析的架构的整体示意图。
图4 液冷架构
在这种架构中，虽然大部分热量是通过温水循环管道排出的，但配电室仍然需要辅助冷却，并且还需要传递温水无法完全处理的IT设备的热量。这样可以使环境中的空气温度保持在舒适的感觉温度，并确保不超过电池和断路器等设备的正常工作环境温度。
4、相同密度下的投资成本分析
我们首先分析了单机架功率密度为10kW、总容量为2MW的数据中心在采用风冷架构和液冷架构时的成本差异。表1 列出了用于架构比较的主要假设。
表1 架构假设
假设服务器风扇能耗占服务器总能耗的9%，这是一个相对保守的值。实际测得风扇能耗值为15-20%，尤其是在GPU等高密度计算设备上。在展示结果之前，我们需要考虑两个重要的考虑因素，因为它们（1）影响进行系统比较的能力，（2）可以解释新兴液体冷却技术的成本假设。
标准化数据中心每瓦成本—— 数据中心建设成本通常以每瓦IT 容量的成本来表示。例如，如果一个数据中心可承载高达2 兆瓦的IT 负载，建设成本为2000 万美元，则其成本为10 美元/瓦。根据冗余或架构的不同，成本可能会有很大差异。
在比较风冷架构与液冷架构时，我们在计算每瓦IT 成本时遇到了困境。对于相同的计算能力，液冷的IT 总负载更低。因为在相同的IT计算负载下，基于IT机箱的浸没式冷却方式，风冷服务器内部的IT风扇比内部微泵的功耗更大。为了弥补这一点，我们将IT 负载定义为“无冷却的服务器容量”，并将其用作每瓦成本计算的分母。这可以从我们的假设（表1）以及风冷和基于IT 机箱的浸没式冷却的IT 设计总能力中看出。
基于IT机箱浸入式液冷的成本假设—— 对于这种液冷架构，为了部署液冷，IT设备上会增加相关技术和成本支出。为了便于分析，我们汇总了服务器和机架内产生的所有成本。这包括：介电流体、微型泵、管道、热交换器、液体冷却散热器、防滴连接器、密封外壳和机架式分配器。请注意，通过机箱级浸没式液体冷却，可以节省风冷散热器和风扇的成本，因此本研究中的成本差异是假设的。基于案例的浸没式液体冷却技术尚未完全成熟，因此从一次性计算验证的成本到优化供应链后的未来成本可能存在很大差异。我们对这些成本进行了敏感性分析，估计最高约为1.10 美元/瓦，最低约为0.50 美元/瓦。在本研究中，我们选择10kW/机架的成本为0.77 美元/W，这是任何大规模部署中均可实现的保守值。请注意，如果密度从每个机架10kW 的基线增加，则该值也会增加。我们的研究考虑了节省成本的因素，例如在空间压缩时减少每千瓦的机架分配器和外壳数量。
研究结果
许多关于液体冷却的成本研究都考虑了总拥有成本和成本压缩的一些因素。这使得很难了解最初的成本节省或成本变化发生在哪里。本研究仅关注初始投资。首先研究相同机架功率密度下的投资成本，然后比较密度增加后的其他两种投资成本情况。
图5 中的瀑布图显示了成本的主要类别及其变化。成本包括设备、安装、设计和项目成本。研究表明，在每个机架10kW的机架密度下，100%机箱浸入式液冷数据中心的成本与传统风冷数据中心大致相同。
图5 风冷和液冷数据中心每瓦成本差异（均为每机架10kW）
冷冻水机组/冷冻水精密空调—— 节省0.91 美元/瓦。这意味着取消风冷冷冻水机组和冷冻水精密空调（CRAH）。
液体冷却技术—— 成本增加了0.77 美元/瓦。该额外成本涉及服务器和机架。如前所述，这包括密封外壳、介电液、液体冷却散热器、管道、微型泵、热交换器、防滴连接器和机架式分配器。
干冷器和风冷精密空调——的成本增加了0.31美元/瓦。这种架构允许将热量直接排至干冷器，无需压缩机。增加成本的设备包括N+1冗余干冷器和额外的风冷直膨式机房精密空调（CRAC），以去除温水无法去除的热量。请注意，这里也可以使用其他架构，例如减少冷冻水机组的容量和使用冷冻水精密空调，这可以为大型基础设施环境获得更多好处。
更换泵和管道—— 成本增加0.03 美元/瓦。这一小幅成本增加是针对液冷服务器的，因为用温水管替换了冷却水(CW) 管。额外的管道是因为需要将每排机柜的管道下沉到每个机柜中并添加阀门。这一成本增加几乎等于管道保温成本的节省。液体冷却的优点是许多管道不需要保温。水温为40C (104F) 时，几乎不会出现冷凝现象。水泵系统N+1冗余，水回路设计用于部分机架维护。熟悉液体冷却系统的读者可能会注意到我们没有提到“CDU”。冷却剂分配单元(CDU) 是将设施冷却系统(FCS) 与向机架供水的技术冷却系统(TCS) 分开的设备。 CDU 具有多种功能，例如：
确保输送到机架的水具有正确的化学成分和清洁度标准。这在许多冷板部署以及设施冷却系统质量较差的情况下非常重要。在混合设施中，机架通过连接到冷却水回路来供应温水回路。
保持比设施冷却系统更低的水压，这在多级管道系统中尤其重要。 CDU类似于电气设计中的变压器，可以将上述两个系统分开以用于多种用途。冷却剂分配单元（CDU）不包含在我们的架构中，因为布局是单层设计，水回路专用于液体冷却系统，底盘浸入式热交换器非常坚固，可以接受市政水质。根据经验，冷却剂分配装置每瓦的投资成本将增加0.10 至0.20 美元。
减少UPS 和开关设备容量可节省0.14 美元/瓦。无需安装冷却系统和精密空调，可以减少冷却所需的开关设备容量。此外，由于IT风扇被微型泵取代，IT负载功耗略有降低，因此所需的UPS和电池也相应减少。
使用空间、机架和遏制系统——，节省0.10 美元/W。虽然IT 空白空间没有被压缩，但通过减少冷却系统和UPS 系统的开关设备，可以节省设备安装空间。节省的成本还包括与空间相关的其他相关成本，例如灭火器、照明等。此外，液冷不需要任何空气遏制系统，因此其投资成本可以忽略不计。
5、提升功率密度的影响
我们在概述部分提到，液冷公认的优势之一是能够压缩IT 设备容量并节省空间。然而，除了节省空间之外，这种压缩还可以减少IT机架和机架PDU的数量。在本节中，我们计算使用IT 机箱浸入式液体冷却的2 倍功率密度和4 倍功率密度的数据中心的总资本成本，并将这些场景与我们之前规定的每个机架10kW 风冷数据中心的基准功率密度进行比较。鉴于这种压缩，表2 列出了有关机架功率密度和机架数量的新假设。所有其他假设与表1 中的原始液体冷却方案相同。
表2 假设变量随压缩方案的不同而变化
提升2倍功率密度后的研究结论
我们首先从功率密度增加2倍开始分析，也就是说液冷架构每机架的功率密度为20kW，而风冷架构的功率密度为每机架10kW。图6 显示投资成本节省了10%。
图6 液冷功率密度提高2倍后（每机架20kW），风冷数据中心与液冷数据中心每瓦成本差异
冷水机/冷冻水精密空调——$ 节省0.91 美元/瓦。节省的费用与每机架10kW 相同，并且取消了冷冻水冷却器和冷冻水精密空调机组。
液冷技术——的成本增加了0.71美元/瓦。与每机架10kW的方案相比，成本增加更小。当货架密度增加时，成本就会提高，因为需要更少的货架分配器。
干冷器和风冷精密空调——的成本增加了0.31美元/瓦。这与每个机架10kW 的情况相同，因为总IT 负载和相关损耗相同。
通过更换泵和管道节省0.03 美元/瓦——。虽然与风冷系统相比，每排机架都需要管道，但随着IT 空间缩小和机架功率密度以kW 为单位增加，与10kW 相比，所需的管道和阀门更少每个机架解决方案。请注意，通常管道直径随着密度的增加而增加，但管道之间的价格差异并不像机架数量减少那么明显。
减少UPS 和开关设备容量可节省0.14 美元/瓦。这与10kW 场景相同，因为机架密度不会影响UPS 和开关设备容量。
使用空间、机架和遏制系统—— 节省0.63 美元/瓦。大量成本节省包括节省建筑围护结构、减少机架和机架PDU 的数量以及减少支持布线的机架结构。由于IT空间的减少，消防和照明相关的成本也得以节省。
提升4倍功率密度的研究结论
接下来我们对比一下液冷架构功率密度提高4倍后的成本，即每机架40kW，而风冷每机架10kW。随着功率密度的增加，投资成本的节省也随之增加。图7 显示投资支出节省了14%。
图7 液冷功率密度提高4倍后（每机架40kW），风冷数据中心与液冷数据中心每瓦成本差异
通过进一步压缩实现的大部分节省来自两个领域。机架级液冷设备的成本更低，IT空间的缩小也降低了相关成本。
冷水机/冷冻水精密空调——$ 节省0.91 美元/瓦。节省量与每机架10kW和每机架20kW选项相同，并且取消了冷冻水机组和冷冻水精密空调机组。
液冷技术——的成本增加了0.68美元/瓦。与每机架20kW的方案相比，成本增加较小。当机架功率密度增加时，这种成本就会提高。需要更少的架式分配器，从而降低了此类别的每瓦总成本。
干冷器和风冷精密空调——的成本增加了0.31美元/瓦。这与每机架10kW 和每机架20kW 的情况相同，因为总IT 负载和相关损耗完全相同。
通过更换泵和管道可节省0.04 美元/瓦——。与每个机架20kW 的解决方案相比，节省的费用略高，因为IT 空间较小，因此需要供水的机架也较少。
减少UPS 和开关设备容量可节省0.14 美元/瓦。这与每个机架10kW 和每个机架20kW 的情况相同。
使用—— 节省0.90 美元/瓦，这是一种节省空间的机架和空气密封系统。与20kW/机架设计相比，每瓦可额外节省0.27 美元。大量成本节省包括节省建筑围护结构、减少机架和机架PDU 以及减少支持布线的机架结构。由于IT空间的减少，消防和照明相关的成本也得以节省。
6、结论
液体冷却已存在多年，但最近被越来越多的主流数据中心应用所采用。尽管这种模式在节能方面优势明显，但仍有人担心其投资成本。本文分析了在相同机架密度的情况下，部署基于IT机箱的浸没式液冷系统的投资成本与风冷系统大致相同，以及提高IT设备的功率密度（以及架）四倍。高达成本的14%。虽然基于IT机箱的浸没式液冷技术尚未成熟，但这些成本优势预示着在不久的将来大规模部署的趋势。随着液冷技术和制造效率的提高，预计该型号还将进一步节省成本。
关于大型数据中心浸没式液冷与风冷投资成本分析-数据中心浸没式冷却，的介绍到此结束，希望对大家有所帮助。
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用户评论
想要了解到底什么情况下选择浸没式冷却更划算啊！
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数据中心的能效问题一直是个头疼事儿，希望这篇文章能给我一些参考。
有13位网友表示赞同！
我一直在关注数据中心冷却技术的发展，浸没式液冷很新颖，期待看到详细的分析。
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成本是决定因素，文章里应该比较清楚浸没式和风冷的投资回报周期吧？
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现在越来越多的公司选择绿色数据中心建设，浸没式冷却是不是一个好的方向呢？
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风冷一直都是主流，不知道浸没式液冷能带来多大的优势？
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这篇文章正好解决了我现在的疑问，近期打算升级数据中心的冷却系统。
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投资效益分析很重要啊，可以让我更好地做决策。
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对比不同规模的数据中心，两者的投资成本差距会很大吗？
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希望文章能给出一些具体的案例分析，更加直观地理解浸没式冷却的应用场景。
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数据中心管理一直都比较复杂，希望能通过这篇深入了解这个新的冷却技术。
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对于不同类型的服务器，两者的冷却效率差异如何？
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文章里有没有提到维护成本？浸没式液冷的保养难度更高吗？
有13位网友表示赞同！
数据中心发展日新月异，这种新的冷却方式会不会成为未来趋势？
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在安全方面，浸没式液冷有什么优势或需要注意的地方吗？
有12位网友表示赞同！
文章能详细解释一下浸没式液冷的原理和工作机制吗？
有17位网友表示赞同！
除了成本分析以外，还有哪些因素需要考虑选择合适的冷却方式？
有15位网友表示赞同！
希望这篇文章能让更多人了解到浸没式液冷的优缺点。
有20位网友表示赞同！
这个新技术的发展前景怎么样？ future 发展潜力大吗?
有16位网友表示赞同！