亮點(diǎn)

應(yīng)用

主機(jī)托管數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)和運(yùn)營(yíng)

軟件

Cadence Reality DC Design

優(yōu)勢(shì)

改善數(shù)據(jù)中心冷卻設(shè)計(jì)

最大程度提高運(yùn)營(yíng)效率

證實(shí)/評(píng)估提出的設(shè)計(jì)概念

確保做出明智的決策

主要挑戰(zhàn)

Kao Data 計(jì)劃在占地 36 英畝的園區(qū)內(nèi)建立四個(gè)數(shù)據(jù)中心，目前已完成其中一個(gè)，即 KDL1 數(shù)據(jù)中心，這是英國(guó)第一個(gè) 100% 自由冷卻的大規(guī)模主機(jī)托管設(shè)施。該數(shù)據(jù)中心園區(qū)旨在支持高性能計(jì)算（HPC）和密集的人工智能（AI）需求，同時(shí)兼顧環(huán)保。實(shí)際上，環(huán)境性能是數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)的核心，簡(jiǎn)言之，我們需確保園區(qū)盡可能節(jié)能。

為了滿足不斷增長(zhǎng)的、尤其以機(jī)器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)工作負(fù)載為代表的高密度部署需求，并提供頂級(jí)的開(kāi)放計(jì)算就緒（OCP）基礎(chǔ)設(shè)施，Kao Data 園區(qū)將劃分為四個(gè)大廳，總技術(shù)空間約為 15 萬(wàn)平方英尺。

這個(gè)空間從頭開(kāi)始設(shè)計(jì)，專門為先進(jìn)的 GPU 驅(qū)動(dòng)的超級(jí)計(jì)算提供技術(shù)套件，包括無(wú)梁樓板、無(wú)柱數(shù)據(jù)大廳和寬闊的訪問(wèn)通道。每個(gè)數(shù)據(jù)中心提供的總技術(shù)負(fù)載為 8.8MW，可容納 20kW 及以上的機(jī)架密度，符合客戶的預(yù)期。

傲視行業(yè)，Kao Data 保持著令人矚目的 100% 正常運(yùn)行時(shí)間記錄，并通過(guò)自建的園區(qū)級(jí)變電站，確保電力供應(yīng)的超高可靠性。我們采用英國(guó)國(guó)家電網(wǎng)（UKPN）提供的 43.5MVA 電力，通過(guò)雙回路饋電直達(dá)數(shù)據(jù)中心，更有 N+1 冗余的發(fā)電機(jī)組作為可靠后盾，即使面對(duì)最嚴(yán)苛的客戶 SLA 協(xié)議，亦能保證電力供應(yīng)萬(wàn)無(wú)一失。

在日常運(yùn)營(yíng)中，Kao Data 園區(qū) 100% 采用經(jīng)認(rèn)證的可再生能源供電，并榮獲英國(guó)建筑研究院（BRE）頒發(fā)的 BREEAM 卓越認(rèn)證，充分證明了我們?cè)诮ㄖ苄?、環(huán)境績(jī)效和可持續(xù)發(fā)展能力方面的卓越表現(xiàn)。

在 IT 運(yùn)營(yíng)方面，Kao Data 的 PUE 值低至 1.2，即使在部分負(fù)載情況下亦能維持卓越能效。我們創(chuàng)新的非機(jī)械冷卻設(shè)計(jì)無(wú)需使用有害制冷劑，不僅更加環(huán)保，更確保全面符合 ASHRAE TC 9.9 環(huán)境指南的嚴(yán)格要求。

考慮到 GPU 加速系統(tǒng)對(duì)電力和散熱的極高需求，Kao Data 園區(qū)始終致力于實(shí)現(xiàn)極致的可持續(xù)性。為此，我們采用基于科學(xué)論證的方法，助力團(tuán)隊(duì)精準(zhǔn)提升運(yùn)營(yíng)效率，并達(dá)成如此高標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)規(guī)范。為進(jìn)一步提升能效，Kao Data 創(chuàng)新性地采用了間接蒸發(fā)冷卻（IEC）系統(tǒng)，巧妙利用水蒸發(fā)的自然冷卻原理，替代傳統(tǒng)的機(jī)械制冷方式，高效節(jié)能且綠色環(huán)保。

解決方案

為了打造更環(huán)保、更高效、且更具成本效益的數(shù)據(jù)中心，Kao Data深入研究并創(chuàng)新性地采用間接蒸發(fā)冷卻（IEC）設(shè)計(jì)。在整個(gè)項(xiàng)目生命周期中，Cadence 與 JCA Engineering 和 Kao Data 緊密合作，利用Cadence Reality DC Design（原 Future Facilities 6SigmaDCX 產(chǎn)品線）對(duì)數(shù)據(jù)中心園區(qū)的外部和內(nèi)部環(huán)境進(jìn)行了計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（CFD）仿真分析。強(qiáng)大的 CFD 仿真能力，賦能Kao Data 在數(shù)據(jù)中心的設(shè)計(jì)、實(shí)施和運(yùn)營(yíng)等關(guān)鍵環(huán)節(jié)做出更明智的決策。整個(gè)項(xiàng)目過(guò)程中，持續(xù)的仿真還被用于優(yōu)化分期建設(shè)順序，最大限度降低運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)。

項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)還構(gòu)建了園區(qū)數(shù)據(jù)中心的數(shù)字孿生模型，并借助 CFD 仿真技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了以下目標(biāo)：

全面評(píng)估所提出的 IEC 設(shè)計(jì)概念的可行性和卓越性能

驗(yàn)證每個(gè)擬議擴(kuò)建階段的冷卻性能均能滿足預(yù)期

充分展示各種潛在變化和極端環(huán)境條件下的性能表現(xiàn)

進(jìn)一步驗(yàn)證在各種外部條件下，預(yù)測(cè)的 IEC 進(jìn)氣狀態(tài)均在可接受范圍內(nèi)，不會(huì)對(duì) IEC 性能造成任何不利影響

為了在不同天氣條件下評(píng)估冷卻性能，并優(yōu)化配置方案，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)采用了基于物理模型的外部環(huán)境仿真技術(shù)。需要特別指出的是，IEC 屬于蒸發(fā)冷卻解決方案。由于水分蒸發(fā)，排放到環(huán)境中的空氣濕度明顯增加。因此，IEC 設(shè)計(jì)的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)在于充分隔離外部空氣通道的進(jìn)氣口和排氣口，從而有效避免潮濕空氣被重新吸回?cái)?shù)據(jù)中心內(nèi)部。

因此，評(píng)估排氣和進(jìn)氣口之間空氣再循環(huán)的風(fēng)險(xiǎn)至關(guān)重要。這正是 CFD 仿真技術(shù)強(qiáng)大之處的體現(xiàn)。通過(guò)對(duì)外部場(chǎng)地的 CFD 仿真研究，Kao Data 能夠深入了解：

整體設(shè)計(jì)方案的熱影響

不同天氣條件可能造成的影響

場(chǎng)地分期建設(shè)的不同階段對(duì)性能的潛在影響

JCA 和 Cadence 的工程師們仔細(xì)地評(píng)估了該地區(qū)歷史 ASHRAE 天氣數(shù)據(jù)，以精準(zhǔn)識(shí)別最可能引發(fā)風(fēng)險(xiǎn)的極端條件。這為項(xiàng)目確立了清晰的項(xiàng)目定義，并進(jìn)行了合理數(shù)量的情景模擬，包括模擬不同的風(fēng)速和風(fēng)向。在此項(xiàng)目中，CFD 仿真被廣泛應(yīng)用于構(gòu)建各種外部環(huán)境場(chǎng)景模型，全面考量建筑物遮擋對(duì)進(jìn)氣的影響，以及潛在的技術(shù)難點(diǎn)，例如排氣混合以及進(jìn)氣濕球（WB）溫度升高超出 IEC 裝置的規(guī)定限值等問(wèn)題。

仿真結(jié)果被用于識(shí)別潛在風(fēng)險(xiǎn)，從而使最終設(shè)計(jì)能夠充分考慮到冷卻裝置的布局，以及諸如冷卻裝置安裝過(guò)于密集或組件周圍百葉窗等因素可能造成的氣流限制。

CFD 建模在數(shù)據(jù)中心空白空間的配置方面也發(fā)揮了重要作用。項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)利用 Cadence Reality DC Design 驗(yàn)證冷卻系統(tǒng)在設(shè)計(jì)送風(fēng)溫度下能夠高效運(yùn)行。至關(guān)重要的是，氣流需要在整個(gè)數(shù)據(jù)中心均勻分布，確保 IT 設(shè)備的冷卻性能不受位置影響。除了驗(yàn)證正常運(yùn)行條件下的熱性能外，CFD 仿真還被用于驗(yàn)證設(shè)計(jì)方案在故障場(chǎng)景下的應(yīng)對(duì)能力，尤其是在靠近故障冷卻單元的 IT 設(shè)備區(qū)域。

總結(jié)

大規(guī)模和高性能主機(jī)托管服務(wù)商 Kao Data 與 Cadence 強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合，借助Cadence Reality DC Design平臺(tái)，成功驗(yàn)證了其創(chuàng)新數(shù)據(jù)中心 IEC 設(shè)計(jì)的卓越性能。Kao Data 前瞻性地設(shè)計(jì)了完全不采用機(jī)械制冷的高性能數(shù)據(jù)中心。這在 Kao Data 首個(gè)技術(shù)套件投入運(yùn)營(yíng)時(shí)，是前所未有的創(chuàng)舉。

最終成果是一個(gè)高效率、工業(yè)規(guī)模的數(shù)據(jù)中心。即使在 IT 利用率較低的情況下，PUE 值依然能保持在1.2 的驚人水平，這將為 Kao Data 及其客戶顯著節(jié)省長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)成本（OPEX）。該設(shè)計(jì)方案還在空間利用方面也展現(xiàn)出極高的靈活性。與大多數(shù)傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心截然不同的是，即使在 50% 負(fù)載條件下，Kao Data 的 PUE 值也僅為 1.14，對(duì)于大規(guī)模主機(jī)托管數(shù)據(jù)中心而言，實(shí)屬難得。

Kao Data 將繼續(xù)深化與 Cadence 的合作，為更復(fù)雜的數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)建模，為企業(yè)、HPC 和 AI 等多元化客戶提供更強(qiáng)大的基礎(chǔ)設(shè)施支持。

能源效率，始終是 Kao Data 數(shù)據(jù)中心戰(zhàn)略的基石所在。無(wú)論 IT 負(fù)載高低，我們園區(qū)的 PUE 值均能穩(wěn)定保持在 1.2 的卓越水平，這無(wú)疑是我們數(shù)據(jù)中心的核心競(jìng)爭(zhēng)力之一。選擇 Cadence 作為合作伙伴，正是源于其在 CFD 分析領(lǐng)域卓爾不群的行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者地位。借助 Cadence 強(qiáng)大的 CFD 技術(shù)，我們得以成功設(shè)計(jì)并建造出英國(guó)乃至全球最可持續(xù)、最節(jié)能的數(shù)據(jù)中心之一，成就行業(yè)綠色標(biāo)桿。——PAUL FINCH,KAO DATA