Seria UCS X – przyszłość informatyki – część 2 z 3

Kobieta Technologia

W miarę jak przechodzimy do wdrożeń na szeroką skalę, jesteśmy przekonani, że przesłanie architektury UCS X-Series odbija się wyjątkowo szerokim echem, ponieważ opinie o wdrożeniach są fantastyczne.

W pierwszej części serii blogów omówiliśmy, w jaki sposób obliczenia heterogeniczne powodują zmianę paradygmatu w informatyce, kształtując architekturę UCS X-Series. W tym blogu omówimy elektromechaniczne aspekty architektury UCS X-Series.

Formfactor pozostaje niezmienny przez cały cykl życia produktu, dlatego aspekty elektromechaniczne, które kształtują projekt obudowy, są bardzo istotne w fazie projektowania.

Kotwice elektromechaniczne

Niektóre z nich to:

  1. Gęstość gniazd na „RU”.
  2. Gęstość pamięci
  3. Gęstość pamięci
  4. Opcje antresoli
  5. Przestrzeń wolumetryczna dla układów logicznych
  6. Pobór i dostarczanie mocy
  7. Przepływ powietrza (mierzony jako CFM) dla chłodzenia

Gęstość gniazd i pamięci jest bardzo ważna przy porównywaniu produktów różnych producentów i ogólnie wskazuje, jak efektywnie została zaprojektowana mechaniczna platforma w danej przestrzeni „RU”. Innym ważnym kryterium jest stosunek przestrzeni objętościowej wymaganej do zachowania integralności mechanicznej do przestrzeni logicznej. Kryteria te pomogły nam obniżyć wysokość obudowy do 7RU i jednocześnie zapewnić więcej miejsca na układy logiczne w porównaniu z podobnymi konstrukcjami „RU” stosowanymi w przemyśle.

Poprzednia generacja platform obliczeniowych opierała się na backplane’ach w zakresie łączności. W platformach UCS serii X nie stosuje się płyt montażowych, lecz bezpośrednie połączenia IO Interconnects. Wraz z postępem technologii IO węzły i IO Interconnect można bezproblemowo modernizować, ponieważ elementy wymagające zmiany są modułowe, a nie zamocowane na płytce montażowej. Wraz ze wzrostem szybkości IO Interconnect zmniejsza się jego zasięg, co utrudnia skalowanie w domenie elektrycznej. Seria UCS X została zaprojektowana z wykorzystaniem hybrydowego podejścia do złącz, które domyślnie obsługuje elektryczne IO, a w przyszłości będzie gotowe do obsługi optycznego IO. Opcja optycznego IO jest zoptymalizowana pod kątem łączności wewnątrz obudowy. Bezpośrednie połączenie IO bez płyty montażowej pomaga zmniejszyć opór przepływu powietrza i skutecznie odprowadzać ciepło od wlotu do wylotu.

Dystrybucja zasilania

Gęstość mocy w szafie na „RU” osiąga poziom 1KW, a wkrótce przekroczy tę wartość. Większość istniejących konstrukcji serwerów wykorzystuje dobrze znaną dystrybucję 12 V, aby uprościć konwersję napięć procesora w dół. Jednak wraz ze wzrostem gęstości prądu stosowanie dystrybucji 12 V zwiększa koszty złączy, zwiększa liczbę warstw na płytce drukowanej i utrudnia prowadzenie przewodów. Seria UCS X, widząc zapotrzebowanie na zasilanie serwerów nowej generacji, zdecydowała się na zastosowanie dystrybucji o wyższym napięciu 54 V zamiast 12 V. Wyższa dystrybucja napięcia zmniejsza gęstość prądu 4,5-krotnie, a straty omowe 20-krotnie w porównaniu z napięciem 12 V. Przejście z napięcia 12V na 54V DC pomaga uprościć konstrukcję głównego zasilacza i zwiększa efektywność dystrybucji zasilania na płycie głównej.

Zużycie energii przez serwer

Obserwujemy wzrost TDP (Thermal Design Power) procesora o 75-100W w tempie 2 lat. Węzły obliczeniowe wkrótce zaczną zużywać 350W na gniazdo, a do 2024 roku muszą być gotowe na 500W+. Serwer 2-gniazdowy z procesorem graficznym i pamięcią masową wymaga około 2,2 kW mocy bez uwzględnienia strat związanych z dystrybucją. Aby schłodzić ten serwer 2-gniazdowy, same moduły wentylatorów będą zużywać około 240W. 11% całkowitej mocy. Biorąc pod uwagę sprawność dystrybucji na każdym pośrednim etapie konwersji z wejścia AC, otrzymujemy pobór mocy około 2,4 kW. Tak więc w serwerach RACK z 20 serwerami 2RU sam wentylator zużywa 4800 W !!!. Modułowa platforma blade, taka jak seria UCS X, ze scentralizowanym chłodzeniem i większymi wentylatorami, oferuje znacznie wyższy współczynnik CFM przy niższym poborze mocy. Jednak zużycie energii przez wentylatory rzeczywiście staje się znaczącą częścią całkowitego budżetu energetycznego.

Chłodzenie

Postęp w dziedzinie półprzewodników i układów magnetycznych pozwala na dostarczenie większej mocy w całym okresie eksploatacji obudowy. Jednak trudno jest osiągnąć radykalny wzrost przepływu powietrza (mierzonego jako CFM wentylatora), ponieważ postęp technologiczny jest powolny i stopniowy. Dodatkowo, ekonomia kosztów dyktuje stosowanie pasywnych technik wymiany ciepła do chłodzenia procesora w serwerze. To sprawia, że określenie wymagań CFM wentylatora do chłodzenia węzłów obliczeniowych jest problemem wielozadaniowym.

W przeciwieństwie do standardowej konstrukcji stelaża, która wykorzystuje rozproszone rozmieszczenie procesorów, seria UCS X wykorzystuje zasadę shadow core design, co jeszcze bardziej komplikuje chłodzenie.

Banki dysków pamięci masowej U2/E3 o mocy ponad 25 W każdy oraz akceleratory umieszczone na przedniej stronie talerza ograniczają dopływ powietrza do procesora, a także powodują jego wstępne nagrzewanie.

Projekt UCS X-Series podszedł do tych wyzwań holistycznie. Pierwszym i najważniejszym z nich jest opracowanie najnowocześniejszego modułu wentylatora, który zapewnia najwyższą w swojej klasie wydajność CFM. Drugą kwestią jest dynamiczne zarządzanie energią w połączeniu z algorytmem sterowania wentylatorem, który dostosowuje się i ewoluuje wraz ze wzrostem i spadkiem zapotrzebowania na chłodzenie. Węzły obliczeniowe są projektowane ze ścieżkami o wysokim i niskim CFM, które kierują odpowiedni przepływ powietrza do chłodzenia. Dodatkowo, opcje zarządzania energią zapewniają klientom konfigurowalne pokrętła do optymalizacji pod kątem mocy wentylatora lub trybu wysokiej wydajności.

Pojawienie się alternatywnych technologii chłodzenia

Chłodzenie punktowe CPU/GPU przy 350 W zbliża się do granic możliwości chłodzenia powietrzem. Podwojenie przepływu powietrza daje 30% więcej chłodzenia, ale spowodowałoby 6-8-krotne zwiększenie mocy wentylatorów z malejącym zwrotem.

Centra danych nie są jeszcze gotowe na hurtowe stosowanie chłodzenia cieczą. Chłodzenie zanurzeniowe wymaga całkowitej przebudowy szafy RACK. Hiperskalery będą przewodzić cyklowi wczesnej adaptacji, a w końcu dotrą do nich klienci korporacyjni, ale punkt zwrotny odchodzenia od chłodzenia powietrzem do chłodzenia cieczą jest wciąż nieznany. Chłodzenie powietrzem nie zniknie, ponieważ nadal potrzebujemy chłodzenia pamięci, pamięci masowej i innych komponentów, które są trudne w obsłudze dla chłodzenia cieczą. Musimy zebrać więcej danych i odpowiedzieć na następujące krytyczne pytania, zanim chłodzenie cieczą stanie się atrakcyjne.

  • Czy naprawdę potrzebujemy chłodzenia cieczą we wszystkich szafach RACK, czy tylko w kilku szafach RACK, w których znajdują się serwery o wysokim TDP?
  • Czy chłodzenie cieczą jest bardziej przeznaczone do wdrożeń w terenie, jako sposób na zmniejszenie mocy wentylatorów/akustyki, niż do obsługi procesorów/układów graficznych o wysokim TDP?
  • Czy istnieją jakieś przepisy/nakazy nakazujące zmniejszenie zużycia energii w centrach danych do określonych terminów?
  • Analiza TCO oszczędności mocy wentylatorów w porównaniu z całkowitym kosztem wdrożenia chłodzenia cieczą?
  • Czy klient może wydać więcej na chłodzenie za pomocą wentylatorów niż na modernizację infrastruktury pod kątem chłodzenia cieczą?
  • Czy chłodzenie cieczą pomoże wdrożyć więcej serwerów o wysokim TDP bez zwiększania mocy szafy RACK?
    • Na przykład: Oszczędność 100 W na 1U mocy wentylatora przekłada się na 3,6 kW (36x serwer 1U) dodatkowej dostępnej mocy

UCS X-Series obsługuje jednak model hybrydowy – połączenie chłodzenia powietrzem i cieczą, gdy samo chłodzenie powietrzem jest niewystarczające. Więcej szczegółów na temat chłodzenia cieczą w UCS X-Series poznasz w kolejnych blogach.

W następnym blogu omówimy trendy, które wpłynęły na wewnętrzną architekturę UCS X-Series.

Zasoby

Seria UCS

X – przyszłość informatyki Seria blogów – część 1 z 3

Udostępnij

:

Czytaj dalej: https://blogs.cisco.com/datacenter/ucs-x-series-the-future-of-computing-part-2-of-3

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany.