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你想过如何管理数据中心机架和机柜的负载吗?

2017/7/14 14:57:56点击:

如果一只800磅重的大猩猩在屋里上窜下跳,我们自然不能坐视不管。但当情况变成一头重达2500-3000磅的大象时,我们又该如何呢?实际上,我们是在讨论目前的数据中心设备网络服务器机柜其重量远超过多数地板的承重能力。首先,看看增加的机架和机柜重量意味着什么,然后探讨一下如何让数据中心轻松管理这些庞然大物。

数据中心机柜

数据中心设备重量改变,如何应对?

为什么数据中心现在的设备比过去的重很多?十年前,标准机架或机柜里还能堆上六到八左右的台式电脑。因为那些机器内部几乎是空的。现在电脑机厢里多出许多硬件。零部件的微型化工艺使得我们能把更多的装置塞进体积更小的机架里,所以就有了我们现在能看到的“更薄”的硬件,如think 1U、2U、刀片机。这意味着我们可以往机柜里放置更多硬件,更有效利用地板空间。但麻烦也随之而来。

制冷问题受到了最普遍的关注。因为发热电子设备的空间密度越高,所要求的制冷手段就先进。但是人们在关心棘手的制冷问题同时,往往忽略了IT设备的重量增加以及这种变化对整个架构的影响。当每台服务器都变重,而且堆得更多,相应要求机架和机柜也得变得更宽敞牢固。结果导致现今多数优质机柜的载重都达到了2500-3000磅。这个重量相当于不间断电源(UPS)和电池机柜的重量,而过去在数据中心,也只有UPS和电池机柜的重量会让大家感到头疼。

机柜重量不同情况下,典型的机柜类型和通道宽度相对应的地板覆盖面承重数据如下:

数据中心6

对于数据中心设计和架构搭建来说,这就意味着:要么增强地板坚固性,要么平面分散设备密度,以免下沉或掉落。添加钢梁或下层支柱可以增强地板支撑性,但这个做法不太现实。或是在地板上增加一层结构,让机柜的负载横向分散。设计合理的架高型地板可以起到这个作用,或者用钢梁铺设一层低平台,整个结构平铺覆盖在原有的地板上。(这种方法称为架设“支撑板”,多年来,在安置UPS重型设备和在屋顶放置设备时一直使用。)当然,我们也可以使用更多机柜,但不放满设备,或是加大走道宽度从而增加机柜间距,把负载量向平面摊开减少单位面积重量。这两种办法牺牲了宝贵的空间资源,但与结构性改造相比,它更容易实施,而且费用较低。地板承重这个问题不容忽视,我们不能假定地板是可靠的,因为它潜藏着隐患。可能会出现崩塌危险,次优由于设备要尽快转移,应急场面必定是相当混乱。

现代数据中心的楼面载重要求让建筑设计师大吃一惊,因为它的标准相当于图书馆书架或是聚集型文件柜的标准。一栋新数据中心建筑的设计过程艰难又耗资金,但在现有建筑中进行结构改造是难上加难。从地板下方加固不太可行。因为低层建筑结构可能支撑不了更多重量,或者楼下的租户不能忍受添加钢梁这种杂乱的工程。鉴于该问题的重要性,美国供暖、制冷与空调工程师学会(ASHRAE)发行了一本名为《数据通讯设备中心的结构振动指南》,以便更详细地说明这个问题。

地板负重案例

机柜通常是24英寸宽,36英寸深,我们习惯的重量估算为1000磅左右,对地面的压力约为每平方英尺(PSF)167磅,仍然超过了多数办公室建筑的承重限制。但实际上,该重量遍布至机柜前后一半面积的走道上,就是通常所说的“机柜覆盖面”。因此机柜对地面造成的压力的最大平均值应该在70-80PSF,这要根据走道宽度而定。这个压力的话,多数办公室地面可以承受。

如果机柜的重量增加到1500磅,单位压力相应变为100-125PSF.这个数值超过了普通办公室建筑的结构承重界限。但也有一些采用了特殊结构的地板或者特别设计的楼面能够承受这样的重量。另一方面,重达3000磅的机柜若安排的是36英寸的通道,地面的压力值则高达250PSF.这种程度的地面承重力在仓库里能见到,它通常要经过特别设计和施工。

“扁平的”1U服务器外形上也相对比较长,36英寸深的机柜都装不下,因此它产生的单位压力较小。现在,我们倾向使用深度达到42英寸以上的机柜。由于安置这些纵长型设备用的都是纵深型机柜,所以48英寸宽的走道越来越普遍。加深的机柜和加宽的走道使得机柜覆盖面扩大,能更好的分散压力。即使这样,遇到超级重的设备还是行不通。如果机柜宽度维持在24英寸,我们仍然有地面承压问题。

如今,好的数据中心设计,除了结构性因素,还要考虑将机柜宽度增加至30英寸。这个空间恰好能科学容纳所有的电源线和连线,不至因为线缆堆积而影响设备通风。同时,这也增加了机柜的覆盖面,有助于分散压力。更宽、更深的机柜可以使标准办公室地面的承重能力达到1500磅,如果地面够结实的话,甚至可以达到2000磅。但超过这个数字,就要从建筑结构上做调整了。

一些地方为了节约空间,选用了高度异常(48U-52U,标准机柜是42U)的机柜。这些超高机柜可以容纳更多设备,但它们引发的承重问题也更大。目前,我们对新数据中心的要求是地面承重压力不低于150PSF.如果预先考虑到机柜满载,机柜型号偏窄或超高的情况,我们可能倾向要选择250PSF的标准。但是,不管怎样,地面结构都要作特别设计。

在争论选择“架高型”还是“非架高型”地板时,地面的承重压力指标是一项决定性因素。如前所述,纵横交错、关联性良好的地板系统能把机柜重量分散到地面,利用到更多的地板面积。当然,架高型地面要足够坚固才行,能支撑起机柜,还有架高结构和板块自身的重量。 一些人推崇铸铝架高型地板,达到承重最大化,自身重量最小化的目的,但是费用也是惊人的。

如果你想知道设计一个有着不同承重能力地面的钢结构建筑,每平方英尺的花费要多少,这里有一个纽约市的参考标准:增加100-125lbs/s.f.,要增加2美金/s.f.以上;增加150-175lbs/s.f.,要增加10美金/s.f.以上;增加到250lbs/s.f.,要增加25美金/s.f.以上。当然,具体数字根据使用的混凝土类型差异而不同。而且他们也没有说明,要改造一个现行地面结构可能的费用。

总而言之,数据中心是一个“系统”,要作全盘考虑。电源和高温估算固然很重要,但是也不能低估了重量这一指标。只有合格的架构工程师才会对实际的结构问题提出建议。