R公司之高效率資訊中心建置與節能探討

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徐凡耘(Fen-yun Hsu) 查詢紙本館藏

畢業系所

資訊管理學系在職專班

論文名稱

R公司之高效率資訊中心建置與節能探討
(Study on company R: High Efficient & Energy Saving Information Centre)

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摘要(中)

在過去，許多傳統的資訊中心強調的是可用度，並未考量到整體規劃與未來的需求，總是在既有的空間裡不斷進行設備擴充。面對著不斷成長的資訊需求與不斷的引進或開發新的資訊應用系統，當然伺服器部署數量也就越來越多，服務的項目也越來越複雜，無論在種類上或數量上皆呈現快速增長的局勢。而支援這些資訊應用系統運作的資訊基礎架構，例如伺服器與儲存體，更是以倍數在成長，使得許多資訊中心普遍皆呈現「機滿為患」的現象。資訊中心面臨了諸如基礎設施之電力、空調、網路等系統瓶頸之外，也增加了許多管理面與機器耗電等各式有形與無形的成本。
本研究的目的是提出一個設計新的節能且高效率資訊中心的嘗試。本研究主要使用TileFlow™ CFD電腦模擬分析軟體，首先分析舊有資訊中心與模擬分析之差異性，找出最適合的參數。接下來，再將此參數套用於新的資訊中心。希望藉此能打造一個高效率資訊中心之前，有一個概估狀況的模擬，提供設備配置上的一個參考。本研究同時提出其他必須的配套設計，來配合新的資訊中心。
高效率資訊中心除了強調其效能的最大化與成本的最小化，在打造一個高效率資訊中心同時，除了強調其靈活性 (Agility)、自動化 (Automation)、安全性 (Security)與完善的服務層級 (Service Level)之外，納入新技術應用也是重點項目。由於資訊中心管理沒有法令依據可以參考，所以按照業界相關標準如國際標準規範 (TIA-942, Uptime Institute, TGG and ASHREA) 做為設計基礎，才能提供合理的評估標準，藉此增加企業的競爭力。

摘要(英)

In traditional data centers, the emphasis has always been placed on the availability of physical spaces without planning for future technology integrations and requirement growths. A common scenario is that, in a limited space, more and more servers and equipment were installed as the need of information processing increased, and the new application systems developed. As a result, the services offered have grown rapidly and become more perplexed both in numbers and types.
To support the growth in requirements, equipment, such as servers and data storage devices, has multiplied in numbers. Therefore, many data centers experience the so called “machine-infested” phenomenon. These data centers have not only faced the basic operation bottlenecks such as electricity, air-conditioning, and networking, but have also faced with the increasing tangible and intangible costs in energy waste and management.
This study attempted to design a new energy saving and efficient data center. It adopted TileFlow™ CFD, a software tool for stimulating cooling performance of data centers. First of all, it analyzed the environment in the current center and compares with the scenario set in the stimulation to find the closet parameters. Then, it applied this set of parameters to the new to-be-built data center. It then calculated the efficiency of data center performance with the stimulated hypothesis and provided the equipment setup parameters. This study also proposed coupling features for new data center.
A high efficient data center focuses not only on maximizing its performance but also on minimizing its cost. When designing a high efficient data center, the key factors include but not limited to agility, automation, security, and service level. The capability of integrating new technology applications is also an important component. Since there is currently no formal law regulating data center management, the common practice in the industry is to follow related international standards as a basis when designing data centers. The general adopted international standards include TIA-942, Uptime Institute, TGG, and ASHERA. These guidelines provide a set of sound measurements to business in increasing its competitiveness in the industry.

關鍵字(中)

★ 機櫃冷卻指數
★ 電源使用效率
★ 流體力學計算
★ 節能資訊中心
★ 電源分配器
★ 被動式煙囪型機櫃冷卻

關鍵字(英)

★ Passive cooling rack
★ Green data center
★ PDU
★ CFD
★ PUE
★ RCI

論文目次

摘要 i
Abstract ii
致謝辭 iii
目錄 iv
圖目錄 vii
表目錄 x
附錄 xi
第一章前言 1
1.1 研究動機 1
1.2 研究目的 3
1.3 研究限制 4
第二章文獻探討 5
2.1 何謂高效率資訊中心 5
2.2 電源使用效率 (Power Utilization Efficiency) 6
2.3 TIA-942資訊中心建置標準 7
2.4 Uptime Institute資訊中心服務等級 7
2.5 ASHRAE之RCI指標 8
2.5.1 機櫃冷卻指標 (RCI) 9
2.6 氣流循環設計 10
2.6.1 高架地板送風方式與天花板迴風 11
2.6.2 冷熱通道設計 (Cold-Hot Aisle) 12
2.7 被動式散熱機櫃 13
第三章研究方法 15
3.1 研究架構 15
3.2 案例說明 16
3.3 研究工具 17
3.3.1 智慧型電源管理單元 (智慧型PDU) 17
3.3.2 CFD電腦模擬軟體 18
3.3.3 量測儀器 18
第四章原資訊中心結果分析 20
4.1 電力資料 20
4.2 物理陳設 22
4.3 CFD電腦模擬原資訊中心與實際狀況比較 23
4.3.1 起始條件與邊界設定 23
4.3.2 參數設定 23
4.3.3 參數調整 25
4.4 CFD電腦模擬情況 26
4.4.1 平面測點量測 32
4.4.2 立體測點量測 33
4.5 耗能指標計算 34
4.5.1 設備耗能表 35
4.5.2 建立耗能指標 36
第五章新資訊中心設計 37
5.1 併櫃設計與空間規劃 37
5.2 中低密度機櫃配置 38
5.3 高密度機櫃配置 39
5.4 機櫃防震 39
5.5 高效能虛擬化之伺服器置入 40
5.6 空調配置 40
5.6.1 水冷式廂型空調機組 41
5.6.2 天花板迴風孔配置 42
5.6.3 地板出風口配置 42
5.7 網路佈線設計 43
5.7.1 網路佈線設計 44
5.8 電力系統設計配置 45
5.8.1 電源線路與控制線之排列 46
5.8.2 獨立電力盤 47
5.8.3 不斷電系統配置 47
5.8.4 智慧型PDU配置 48
5.8.5 發電機系統 50
5.8.6 消防監控與環控系統 51
5.9 電力監控 53
5.9.1 溫濕度監測 54
5.9.2 軟硬體電源設備架構 55
5.10 遠端監控 56
5.10.1 VNC 軟體 56
5.10.2 KVM 56
第六章新資訊中心進行電腦模擬分析 59
6.1 物理環境與邊界條件設置 59
6.1.1 起始條件與邊界設定 60
6.1.2 參數設定 60
6.1.3 參數調整 61
6.2 新資訊中心CFD電腦模擬 62
6.3 節能經濟效益評估 68
6.3.1 PUE 68
6.3.2 RCI 69
6.4 未來資訊中心成長趨勢 70
6.4.1 第二年 71
6.4.2 第三年 72
6.4.3 第四年 73
6.4.4 第五年 75
第七章結論 77
參考文獻 80
中文部分 80
英文部分 80
網頁部分 81
附錄 83

參考文獻

〔1〕王翔勇，(2009)，資訊中心耗能監測與模擬分析–以某商業金融中心為例，碩士論文，國立台北科技大學，能源與冷凍空調工程系。
〔2〕高憲政， (2011)，綠能機房基礎建設工程規劃書，公司內部資料。
〔3〕張銘陽，(2009)，網路資訊中心空調節能設計之模擬分析研究，碩士論文，國立台北科技大學，能源與冷凍空調工程系。
英文部分
〔4〕 Aperture, Inc. (2009). Computational Fluid Dynamics Modeling for Operation Data Center, Aperture, Inc.
〔5〕 CPI, Inc. (2011). Raised Floor Grommet Product Data Sheet, CPI, Inc.
〔6〕 ENERGY STAR® (2008). Power and Performance Data Sheet - Dell PowerEdge R610, ENERGY STAR®.
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〔9〕 Innovative Research, Inc (2004). Application of TileFlow™ to Improve Cooling in a Data Center, Innovative Research, Inc.
〔10〕 Ian Seaton (2008). A Path to Higher Density and Lower Cost, CPI, Inc.
〔11〕 Loper and Parr (2007). Energy Efficiency in Data Center: A New Policy Frontier, WILEY InterScience.
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網頁部分
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〔17〕 The Green Grid accessed on 2010/9/27, http://thegreengrid.org
〔18〕 Uptime Institute accessed on 2010/9/27, http://www.uptimeinstitute.org
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〔20〕 TIA assess on 2010/09/30, http://www.tiaonline.org
〔21〕 TIA-942: Data Center Standard accessed on 2010/11/21, www.merit.edu/events/mmc/pdf/2010_chalasani.pdf
〔22〕 Hot-Aisle/ Cold Aisle Layout for Data Center Racks accessed on 2010/12/11, http://www.42u.com/cooling/hot-aisle-cold-aisle.htm
〔23〕 Raritan PX and KVM assessed on 2011/3/8, http://www.raritan.com
〔24〕伊頓飛瑞幕品股份有限公司 accessed on 2010/11/12, http://www.phoenixtec.com.tw/en/
〔25〕 DOE Data Center Energy Efficiency Program accessed on 2011/1/8, http://www1.eere.energy.gov/industry/datacenters/pdfs/doe_data_centers_presentation.pdf

指導教授

范錚強(C.K. Farn)

審核日期

2011-7-7

推文