高温天气频发，全球数据中心能耗问题遭遇前所未有的挑战

集微网消息，不可预测的环境温度正在影响数据中心的架构。随着气候变化对全球气温的影响，与现代生活几乎方方面面联系在一起的数据中心的能耗问题成为核心议题，如何使其更高工作效且耗能更优化，对此，知名半导体技术分析机构semiengineering对此撰文做了阐述。

随着科技行业疲于应对多个大洲数月来的闷热天气，这些转变显得愈加紧迫。今年7月，伦敦破纪录的高温天气导致谷歌的一个数据中心和Oracle公司使用的另一个数据中心中断运营。

同月，欧洲和日本的热浪引发了Valve和任天堂公司发布了消费者警告，以防止游戏设备出现过热。

专家们认为，这只是未来的一个预告。自1981年以来，全球平均地表温度以每十年0.32°F（0.18°C）的速度上升。全球范围内的这一微小变化可能导致极端天气事件和无数其他问题。科学家们说，全球变暖趋势将趋于稳定，唯一的前提是世界各国都遵守联合国制定的严格排放目标。然而，联合国一个专门小组最近的一份报告显示，实现这些目标还有很长的路要走，许多地区未来可能会出现更多的热浪。

在以往，与气候变化造成的其它后果相比，数据中心内部温度升高的问题似乎微不足道。但在云计算时代，从医疗保健到战争相关的一切都需要数据中心来处理和存储大量数据。环境温度的剧烈波动会影响到保持硬件足够低温工作所需的电力，并且在热浪期间，额外的电力往往无法获得。对于常年寒冷的地区来说，如俄勒冈州的哥伦比亚河峡谷或冰岛，全球变暖可能会使这些地区数据中心的温度超过安全运行温度。

IBM公司硬件可持续性和数据中心创新事业部的高级技术人员Dustin Demetriou表示：“气候变化正在对数据中心产生广泛影响，气候变化让提供免费冷却机会的可能性越来越小。通过限制或消除机械制冷而实现的许多能效趋势将被削弱。在增加芯片功率方面，我们已经到了系统架构（包括布局、组件和配置）需要预先考虑热管理的地步。因此，我们可能会看到液体冷却需求的加速。”

数据中心处在受到高度控制的热环境之中，除了有损坏电子元件的风险之外，高温还会增加电阻，并限制电子在复杂系统中的运动。芯片运行速度较慢，老化速度较快，总体来说可靠性降低，应用程序可能会失去响应。数据中心温度高也不太安全。

即使不考虑气候变化，半导体行业的设计师们已经在与气温上升作斗争。在许多高级芯片的设计中，工艺节点的迁移目的是能用相同功率更快地处理更多的数据。但对于FinFET和GAAFET，热量可能会滞留在垂直结构之间，使热量更难消除，需要更多的主动冷却。

无论是用空气还是液体冷却，都有更多的热量需要消除，这反过来需要更多的电力。数据中心的用电量目前占全球总用电量的1%至2%，其中很大一部分与冷却操作有关。

这个问题没有单一的解决方案，但可以采取多个步骤来提高从处理到内存/存储的能源效率。在大多数情况下，新芯片和系统架构的关键指标是每瓦性能。整个边缘的构建，以及随后亚马逊、谷歌和微软等超级系统厂商造成的分解，旨在通过缩短数据传输距离来降低功耗。

人们对数据中心的性能和电源监控系统越来越感兴趣，这些系统将提供特定于服务器的智能，以提高性能和冷却效率。这对利用负载平衡来降低热密度的数据中心中尤为重要。Synopsys公司市场营销系统解决方案事业部主管Rita Horner表示：“有一些监测传感器可以集成在IC设备中，可以通过改变风扇速度来提醒系统动态改善冷却效率，例如，出现部件温度升高的情况。这不仅仅是使用监测传感器或制造低功耗设备，还需要对整个系统进行整体评估，以及不同部分如何协同工作并进一步进行优化。”

而针对特定领域的方法（如针对特定数据类型的定制加速器）和软硬件协同设计可以进一步提高系统的能源效率。Flex Logix公司销售副总裁Andy Jaros表示：“通过芯片集成来降低系统功耗是一种经过时间验证的方法，数据中心是FPGA的重要应用场景，因此我们将FPGA集成到未来的数据中心专用集成电路中。这是一个自然发展的过程，因为它消除了FPGA中存在的冗余功耗电路，如SerDes，而是利用专用集成电路中已经存在的电路。设计巧妙的ASIC eFPGA还可以减少所需的FPGA结构数量，从而进一步降低功耗。”

当谈到气候变化时，能源消耗和用水往往是人们首先考虑的问题，因为这些问题会在宏观和微观层面上影响硬件。耗水耗能的数据中心如何导致气候变化，业界的讨论一直在影响芯片级的架构和设计。

Keysight公司战略规划事业部主管Brig Asay表示：“每个人都在关注气候变化，特别是考虑到又一个干旱的夏季，数据中心受到的影响并没有消失，矛盾之处在于数据的需求不断增加，而气候变化却造成了很多阻碍。必须继续扩大数据中心的容量，以满足消费者的需求。然而，随着河流开始干涸，水越来越稀缺，数据中心不再拥有无限的电源。因此，数据中心的设计者们如今要面对的是更加难以实现的功耗需求，这些功耗需求要通过芯片本身来实现。寻求低功率使得chiplet技术的兴起。它还推动数据中心的分散化，以实现效率最大化。数据中心必须能够保持连接。”

可持续性是当今科技公司的一个热门话题，而数据中心内部的能源使用是其中一个重要的讨论内容。Synopsys公司的Sancheti表示：“数据中心所做的与气候相关的调整已成为公司竞争优势的一部分，可持续性已成为一个竞争优势，因为每个人都在关注效率指标。因此，可持续性不是事后要考虑的问题。在与数据中心接触的任何类型的业务中，这都是一个重要话题。”（校对/周宇哲）