版權(quán)歸原作者所有，如有侵權(quán)，請(qǐng)聯(lián)系我們

審核專家：鄭遠(yuǎn)攀

鄭州輕工業(yè)大學(xué)教授

服務(wù)器是互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，幾乎所有數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)類公司所必不可少的核心設(shè)備，對(duì)于幾乎締造了整個(gè)互聯(lián)網(wǎng)世界的幾大巨頭來(lái)說(shuō)，服務(wù)器更是他們企業(yè)的動(dòng)脈所在。如此重要的設(shè)施，究竟承擔(dān)著什么工作，大廠們又是如何將其妥善安置的呢？

立柜式服務(wù)器

來(lái)源｜維基百科

什么是服務(wù)器

服務(wù)器，顧名思義就是——提供服務(wù)的機(jī)器，根據(jù)服務(wù)類型的不同，服務(wù)器分為文件服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、應(yīng)用程序服務(wù)器和WEB服務(wù)器等，雖然種類很多，但它的主要作用卻很簡(jiǎn)單，那就是存儲(chǔ)、傳輸和處理各種數(shù)據(jù)。我們能夠在各種網(wǎng)站上和APP上愉快地刷視頻、看新聞、購(gòu)物、聊天、玩游戲，背后都離不開(kāi)服務(wù)器的支持。服務(wù)器本質(zhì)上是一種高性能計(jì)算機(jī)，和我們?nèi)粘Ｊ褂玫碾娔X在結(jié)構(gòu)上沒(méi)有太大區(qū)別，一樣擁有cpu、硬盤、內(nèi)存條等硬件。只不過(guò)它一般不配備顯示器、鍵盤、鼠標(biāo)等外接設(shè)備，需要進(jìn)行維護(hù)或者特定操作時(shí)，再進(jìn)行連接即可。

服務(wù)器機(jī)房 來(lái)源｜搜狐

由于需要負(fù)責(zé)處理和保存我們?cè)诰W(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行的各種活動(dòng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，服務(wù)器尤其是大廠的服務(wù)器對(duì)于硬件的性能、穩(wěn)定性和可靠性的要求更高。以主機(jī)的核心部件CPU為例，目前適配個(gè)人電腦的頂級(jí)CPU——酷睿-13900K和服務(wù)器專屬的CPU——至強(qiáng)-8360H相比，至強(qiáng)除了單核頻率略低，其它參數(shù)都高出13900K一大截，而且大廠的數(shù)據(jù)中心通常需要數(shù)十萬(wàn)臺(tái)服務(wù)器同時(shí)運(yùn)行。雖然個(gè)人電腦和服務(wù)器都是電腦，但兩者在算力上完全不是一個(gè)量級(jí)，大型服務(wù)器機(jī)群每秒需要進(jìn)行的運(yùn)算可能會(huì)達(dá)到每秒上千萬(wàn)億次，而普通的個(gè)人電腦每秒只進(jìn)行約百億次的計(jì)算。

個(gè)人電腦CPU與服務(wù)器專屬CPU的參數(shù)對(duì)比

來(lái)源：?jiǎn)袅▎袅ˊ談三圈

服務(wù)器在進(jìn)行如此巨量的運(yùn)算時(shí)，除了會(huì)消耗龐大的電力，還會(huì)產(chǎn)生大量的廢熱。如果不及時(shí)散熱，一些核心部件如CPU的溫度就會(huì)迅速升高，一旦達(dá)到85度以上的高溫，就極有可能導(dǎo)致設(shè)備故障，進(jìn)而造成服務(wù)器崩潰，也就是我們常說(shuō)的“服務(wù)器炸了”。服務(wù)器崩潰，輕則需要停機(jī)維護(hù)，重則數(shù)據(jù)被破壞甚至丟失，這對(duì)于數(shù)據(jù)就是心臟的互聯(lián)網(wǎng)大廠來(lái)說(shuō)無(wú)疑是致命的，所以為服務(wù)器創(chuàng)造一個(gè)安全良好的工作環(huán)境無(wú)疑是重中之重。

為啥要把服務(wù)器放水里

為了維持服務(wù)器的正常運(yùn)行，解決散熱問(wèn)題是重中之重。傳統(tǒng)的散熱方式主要是通過(guò)空調(diào)制冷散熱。一些頂級(jí)的風(fēng)冷設(shè)備的散熱效率很高，但維持空調(diào)運(yùn)行也需要消耗大量的電力。2020年，我國(guó)數(shù)據(jù)中心所消耗的電力約為2.045億度，占社會(huì)總耗電量的2.7%。巨大的功耗無(wú)疑會(huì)增加服務(wù)器的運(yùn)行維護(hù)成本，也會(huì)增加更多的碳排放。出于降低成本和維護(hù)環(huán)境的考慮，多家互聯(lián)網(wǎng)巨頭開(kāi)始考慮使用更加高效、節(jié)能、清潔的散熱方法。

近年來(lái)各大數(shù)據(jù)中心開(kāi)始將傳統(tǒng)的風(fēng)冷逐漸替換成液冷。液冷的方案中比較高效的有冷板式和浸液式兩種。冷板式是通過(guò)在CPU下方安裝一塊導(dǎo)熱冷板，利用低溫液體流經(jīng)冷板帶走熱量。浸液式則是將服務(wù)器放置在液體中，通過(guò)液體直接帶走熱量。

液冷相對(duì)風(fēng)冷不僅效率更高（水的散熱效率是空氣的1000~3000倍），而且運(yùn)行時(shí)幾乎完全規(guī)避了風(fēng)冷會(huì)產(chǎn)生的振動(dòng)，有效降低設(shè)備的故障率。也有一些互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)巨頭如微軟和阿里巴巴等，想出了利用自然界的水為服務(wù)器散熱的辦法。

阿里巴巴將自己的服務(wù)器安放在杭州的千島湖湖畔。千島湖深層的水溫常年維持在17攝氏度左右，阿里巴巴在千島湖底安裝了專門的水體凈化裝置，將水中的雜質(zhì)凈化后，直接輸送到服務(wù)器機(jī)房用于降溫，完成降溫后的水會(huì)排放到青溪新城中軸溪，流過(guò)2.5公里的距離，經(jīng)自然降溫后重新流入千島湖。

整個(gè)循環(huán)過(guò)程做到了零污染，節(jié)省了超過(guò)80%的制冷能耗，讓阿里巴巴千島湖數(shù)據(jù)中心的PUE（Power Usage Effectiveness，能效比，又叫做電源使用效率，PUE = 數(shù)據(jù)中心總設(shè)備能耗/IT設(shè)備能耗，其基準(zhǔn)是2，越接近1越高效）平均在1.3左右，每年能為阿里巴巴節(jié)約將近一千萬(wàn)度的電力消耗。

阿里巴巴千島湖數(shù)據(jù)中心

來(lái)源｜見(jiàn)水印

微軟的做法則更加直接。2018年，微軟在給864臺(tái)服務(wù)器套上堅(jiān)固的外殼后，直接就把它們投進(jìn)了冰冷的約36米深度的蘇格蘭海底，利用海底低溫進(jìn)行散熱。另外，海洋的對(duì)流強(qiáng)度高于湖泊等水域，散熱效率會(huì)更高。2020年微軟對(duì)這些服務(wù)器進(jìn)行了回收，經(jīng)檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)安放在水底的服務(wù)器的故障率僅為陸地服務(wù)器故障率的八分之一。

除了散熱，微軟此舉還考慮了其他因素，例如全球約1/3的人口居住在海邊，位于海邊的城市經(jīng)濟(jì)都相對(duì)發(fā)達(dá)，將服務(wù)器安置在海邊更有利于服務(wù)這些人群。同時(shí)在這片海域的奧尼克群島擁有潮汐發(fā)電站，能夠?yàn)榉?wù)器提供充足的能源。

微軟投放在蘇格蘭海下的服務(wù)器

來(lái)源｜pic4.zhimg.com除了水里，山里也能放

放在水里好處很多，但在需要進(jìn)行維護(hù)時(shí)似乎也有些麻煩，還需要考慮很多因素，比如服務(wù)器的防水，防腐蝕，防生物侵蝕等，所以也有廠商，如騰訊和華為選擇將自己的服務(wù)器放在山洞里。

貴州貴安是我國(guó)的避暑圣地，同時(shí)也是騰訊七星數(shù)據(jù)中心、華為七星湖數(shù)據(jù)中心的所在地。選擇貴安作為數(shù)據(jù)中心，是因?yàn)樗哂卸喾矫娴膬?yōu)勢(shì)。

氣候方面：氣溫較低，全年平均溫度只有15~16攝氏度，即便夏天最高溫度也不超過(guò)25攝氏度，晝夜溫差小。

地理環(huán)境方面：貴安區(qū)域開(kāi)闊、植被覆蓋率高（80%）、地質(zhì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，不易發(fā)生地震等自然災(zāi)害。

能源供給方面：貴安新區(qū)的電費(fèi)平均只有0.35元/千瓦時(shí)，相較全國(guó)平均價(jià)0.77元/千瓦時(shí)低了一半還多，可謂十分低廉。

以上優(yōu)勢(shì)使得貴安尤其適合安放服務(wù)器。

騰訊在貴安的棲鳳坡山體內(nèi)，挖掘了五橫一豎共六條隧道，五條橫向隧洞皆為南北朝向，隧道面積約為4萬(wàn)平米，內(nèi)部放置了約三十萬(wàn)臺(tái)服務(wù)器。 五條橫向隧道編號(hào)分別為B1、B2、B3、B4、B5，其中B1作為動(dòng)力隧道，B2至B5為IT設(shè)備洞，每條隧道上方還設(shè)置了兩個(gè)豎井用以通風(fēng)。在工作時(shí)，外界的風(fēng)直接從動(dòng)力隧道涌入，經(jīng)過(guò)設(shè)置在其中的制冷模塊后被過(guò)濾和進(jìn)一步降溫，隨后進(jìn)入IT設(shè)備洞與IT設(shè)備運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的熱回風(fēng)進(jìn)行交換，再?gòu)呢Q井排出。這樣不僅充分利用了外部冷源，還避免了直接利用外部空氣可能對(duì)設(shè)備造成的潛在影響。

經(jīng)過(guò)工信部的檢測(cè)，七星數(shù)據(jù)中心的PUE極限能夠達(dá)到1.1；國(guó)內(nèi)其他數(shù)據(jù)中心的平均PUE則為1.73，節(jié)能效果顯著。

騰訊七星數(shù)據(jù)中心

來(lái)源 | 百度

未來(lái)，人類社會(huì)對(duì)于算力的需求只會(huì)越來(lái)越高，數(shù)據(jù)中心的選址安放、運(yùn)維能源和碳排放等問(wèn)題將越來(lái)越突出。尋求合適的方案，推動(dòng)數(shù)據(jù)中心行業(yè)以更加綠色、高效的方式發(fā)展，一定會(huì)成為未來(lái)信息行業(yè)的重要趨勢(shì)。

歡迎掃碼關(guān)注深i科普！

我們將定期推出

公益、免費(fèi)、優(yōu)惠的科普活動(dòng)和科普好物！