亮點

應(yīng)用

主機托管數(shù)據(jù)中心設(shè)計和運營

軟件

Cadence Reality DC Design

優(yōu)勢

改善數(shù)據(jù)中心冷卻設(shè)計

最大程度提高運營效率

證實/評估提出的設(shè)計概念

確保做出明智的決策

主要挑戰(zhàn)

Kao Data 計劃在占地 36 英畝的園區(qū)內(nèi)建立四個數(shù)據(jù)中心，目前已完成其中一個，即 KDL1 數(shù)據(jù)中心，這是英國第一個 100% 自由冷卻的大規(guī)模主機托管設(shè)施。該數(shù)據(jù)中心園區(qū)旨在支持高性能計算（HPC）和密集的人工智能（AI）需求，同時兼顧環(huán)保。實際上，環(huán)境性能是數(shù)據(jù)中心設(shè)計的核心，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、尤其以機器學(xué)習和深度學(xué)習工作負載為代表的高密度部署需求，并提供頂級的開放計算就緒（OCP）基礎(chǔ)設(shè)施，Kao Data 園區(qū)將劃分為四個大廳，總技術(shù)空間約為 15 萬平方英尺。

這個空間從頭開始設(shè)計，專門為先進的 GPU 驅(qū)動的超級計算提供技術(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。每個數(shù)據(jù)中心提供的總技術(shù)負載為 8.8MW，可容納 20kW 及以上的機架密度，符合客戶的預(yù)期。

傲視行業(yè)，Kao Data 保持著令人矚目的 100% 正常運行時間記錄，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數(shù)據(jù)中心，更有 N+1 冗余的發(fā)電機組作為可靠后盾，即使面對最嚴苛的客戶 SLA 協(xié)議，亦能保證電力供應(yīng)萬無一失。

在日常運營中，Kao Data 園區(qū) 100% 采用經(jīng)認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 運營方面，Kao Data 的 PUE 值低至 1.2，即使在部分負載情況下亦能維持卓越能效。我們創(chuàng)新的非機械冷卻設(shè)計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，助力團隊精準提升運營效率，并達成如此高標準的設(shè)計規(guī)范。為進一步提升能效，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。在整個項目生命周期中，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)境進行了計算流體動力學(xué)（CFD）仿真分析。強大的 CFD 仿真能力，賦能Kao Data 在數(shù)據(jù)中心的設(shè)計、實施和運營等關(guān)鍵環(huán)節(jié)做出更明智的決策。整個項目過程中，持續(xù)的仿真還被用于優(yōu)化分期建設(shè)順序，最大限度降低運營風險。

項目團隊還構(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)，實現(xiàn)了以下目標：

全面評估所提出的 IEC 設(shè)計概念的可行性和卓越性能

驗證每個擬議擴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)

進一步驗證在各種外部條件下，預(yù)測的 IEC 進氣狀態(tài)均在可接受范圍內(nèi)，不會對 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，項目團隊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)計的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)在于充分隔離外部空氣通道的進氣口和排氣口，從而有效避免潮濕空氣被重新吸回數(shù)據(jù)中心內(nèi)部。

因此，評估排氣和進氣口之間空氣再循環(huán)的風險至關(guān)重要。這正是 CFD 仿真技術(shù)強大之處的體現(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 的工程師們仔細地評估了該地區(qū)歷史 ASHRAE 天氣數(shù)據(jù)，以精準識別最可能引發(fā)風險的極端條件。這為項目確立了清晰的項目定義，并進行了合理數(shù)量的情景模擬，包括模擬不同的風速和風向。在此項目中，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氣的影響，以及潛在的技術(shù)難點，例如排氣混合以及進氣濕球（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險，從而使最終設(shè)計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。項目團隊利用 Cadence Reality DC Design 驗證冷卻系統(tǒng)在設(shè)計送風溫度下能夠高效運行。至關(guān)重要的是，氣流需要在整個數(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。除了驗證正常運行條件下的熱性能外，CFD 仿真還被用于驗證設(shè)計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)模和高性能主機托管服務(wù)商 Kao Data 與 Cadence 強強聯(lián)合，借助Cadence Reality DC Design平臺，成功驗證了其創(chuàng)新數(shù)據(jù)中心 IEC 設(shè)計的卓越性能。Kao Data 前瞻性地設(shè)計了完全不采用機械制冷的高性能數(shù)據(jù)中心。這在 Kao Data 首個技術(shù)套件投入運營時，是前所未有的創(chuàng)舉。

最終成果是一個高效率、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)省長期運營成本（OPEX）。該設(shè)計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% 負載條件下，Kao Data 的 PUE 值也僅為 1.14，對于大規(guī)模主機托管數(shù)據(jù)中心而言，實屬難得。

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)計建模，為企業(yè)、HPC 和 AI 等多元化客戶提供更強大的基礎(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 強大的 CFD 技術(shù)，我們得以成功設(shè)計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)綠色標桿?！狿AUL FINCH,KAO DATA