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

軟件

Cadence Reality DC Design

優(yōu)勢

改善數(shù)據(jù)中心冷卻設(shè)計(jì)

最大程度提高運(yùn)營效率

證實(shí)/評估提出的設(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，簡言之，我們需確保園區(qū)盡可能節(jié)能。

為了滿足不斷增長的、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，并提供頂級的開放計(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 萬平方英尺。

這個(gè)空間從頭開始設(shè)計(jì)，專門為先進(jìn)的 GPU 驅(qū)動(dòng)的超級計(jì)算提供技術(shù)套件，包括無梁樓板、無柱數(shù)據(jù)大廳和寬闊的訪問通道。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，并通過自建的園區(qū)級變電站，確保電力供應(yīng)的超高可靠性。我們采用英國國家電網(wǎng)（UKPN）提供的 43.5MVA 電力，通過雙回路饋電直達(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，即使面對最嚴(yán)苛的客戶 SLA 協(xié)議，亦能保證電力供應(yīng)萬無一失。

在日常運(yùn)營中，Kao Data 園區(qū) 100% 采用經(jīng)認(rèn)證的可再生能源供電，并榮獲英國建筑研究院（BRE）頒發(fā)的 BREEAM 卓越認(rèn)證，充分證明了我們在建筑能效、環(huán)境績效和可持續(xù)發(fā)展能力方面的卓越表現(xiàn)。

在 IT 運(yùn)營方面，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)營等關(guān)鍵環(huán)節(jié)做出更明智的決策。整個(gè)項(xiàng)目過程中，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)測的 IEC 進(jìn)氣狀態(tài)均在可接受范圍內(nèi)，不會(huì)對 IEC 性能造成任何不利影響

為了在不同天氣條件下評估冷卻性能，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)。通過對外部場地的 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

場地分期建設(shè)的不同階段對性能的潛在影響

JCA 和 Cadence 的工程師們仔細(xì)地評估了該地區(qū)歷史 ASHRAE 天氣數(shù)據(jù)，以精準(zhǔn)識別最可能引發(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)境場景模型，全面考量建筑物遮擋對進(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)定限值等問題。

仿真結(jié)果被用于識別潛在風(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)方案在故障場景下的應(yīng)對能力，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，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)省長期運(yùn)營成本（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，這無疑是我們數(shù)據(jù)中心的核心競爭力之一。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