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節能與可用性兩者並重 5G世代機房新樣貌浮現

北科大副教授李魁鵬指出,為因應5G的邊緣運算需求,微型機房將成為市場新主流之一。王明德攝

2019年美、中、韓三國的5G開始商轉,其他國家後續跟上,全球各國政府與產業的智慧化腳步開始加快。相較於過去幾代的行動通訊標準均以個人使用為主,5G將應用範疇進一步擴大到產業,舉凡製造、交通、醫療、農業...等場域,都有機會透過其大頻寬、廣連結、低延遲特色,建構起智慧物聯網。北科大能源與冷凍空調工程系副教授李魁鵬指出,由於上述各場域系統的運作模式與數據量均與傳統的IT架構差異極大,因此機房的製冷、散熱與能耗管理需求也大不相同。

李魁鵬進一步表示,5G的傳輸距離短,再加上為了滿足物聯網的即時需求,電信商會選擇廣布基地台,以邊緣運算方式就近提供服務,因此未來5G的基地台密度會相當高,且在內部建構微型機房,提供一定的運算效能。而且這種微型機房的應用未來也不會僅限於5G,在雲端趨勢下,各類型企業對IT系統的倚賴越來越深,但傳統集中式運算系統所具備的功能眾多,因此僅提供基本功能、可快速完成系統建置的微型機房,就會成為中小企業或大型企業分支機構的選擇。

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冷卻系統可確保機房穩定運作,提升其可用性,不過影響冷卻的因素相當多,業者可透過環控平台精準掌握系統狀態。王明德攝

5G帶來新需求,微型機房成新主流

微型機房雖成為5G世代的IT新選擇,不過在可用性、穩定性、安全性與能耗方面,目前市場上並沒有針對此一類型資料中心制定標準。李魁鵬指出,目前大型機房主要採用的權威知名標準之一是美國的標準TIA-942《資料中心的通訊基礎設施標準》,微型機房的架構不大,所使用的設備也較單純,因此其標準規範可引用各部件原有的相關規範,例如伺服器的電源供應、備援電池、冷卻系統的冷凍設備...等,過去已有完善的安規與性能標準,業者可遵照相關規範,進行整合應用。

至於體積與空間部分,微型機房的體積較小,不像傳統機房需要充裕的空間安置硬體機台,至於空調散熱部分,近年來此一技術有長足進步,因此只要設計得當,微型機房排出的熱能不至於影響週邊環境。不過李魁鵬提醒業者,5G基地台之耗電量更大、發熱密度更高,所設置的地點環境遠較傳統企業機房更為嚴苛,以台灣為例,近幾年的夏天氣溫屢屢逼近40℃,位於高樓頂端的基地台如果直接曝曬在陽光下,其高溫有可能影響到設備的穩定運作,因此必須有良好遮蔽、隔熱與通風設計,以維持其可用性。

節能方面,機房所耗費的能源非常高,過去環保意識尚未成熟前,業界對機房能耗的改善投入較少,不過在環保與營運成本的考量下,能源使用效率已有大幅提升,雖然整體能耗仍然攀升,但並未與近幾年呈幾何速度成長的IT運算效能同比例增加。

在設置機房時,李魁鵬建議企業必須先一步釐清自身需求,才能找出最佳化設計。不同規模機房所需的電力負載、產生的發熱量都不相同,這些條件會影響到內部設備所需空間、附屬單元種類與數量,子系統的配置方式,因此一開始就必須有完整規劃。

釐清規模需求的下一步是可行性評估。可行性評估條件包括市場需求與基礎建設,由於5G的基地台密集散佈於各處,因此電信商在對外連結主通訊電纜時,就必須將訊號發射位置與方向納入考量,並在成本考量下,設計出最佳化傳輸方式。完成第一階段後,緊接著就是取得空間與充足電力,並且著手調整能源使用效率與系統可靠度。李魁鵬表示,系統的能源使用效率與系統可靠度與機房管路空間規畫有關,部分可靠度與資安之確保也需要透過實體隔離才能達標,因此業者必須與建築師密切溝通,在空間設計時就一併規畫,以減少佈建成本。

機房設置完成後,為保持系統的高度可用性,業者必須導入控制平台。完整的環控系統可監測機房的能耗數值、電池健康情形、機房溫溼度、電力使用效率、冷卻狀態...等功能。李魁鵬以冷卻為例,影響機房冷卻的因素相當多,氣候變化到IT設備負載率都有可能改變機房內的溫度,透過環控系統,管理者可以掌握變化原因,從而診斷效能、預判未來狀況,先行排除故障因子,讓系統維持穩定運作。

精準管理平台,兼顧可用性與節能

環控平台主要採用SCADA架構(資料採集與監視),透過感測器或電流偵測,匯集機房環境與設備數據後,再以可視化方式呈現在使用者眼前。環控平台對應的機房系統規模不一,業者的需求也不盡相同,目前市場上有廠商針對不同需求,推出各種功能組合的系統。至於需求特殊者,則會由系統整合商以客製化方式設計合身系統。

由於5G機房的建置密度高、能源使用量大,因此節能成為業者建置系統的重點考量,有業者將節能數據設為目標,再回溯計算機房設備的組成,例如設定節能20%後,回推節省這20%所需的機房架構。對此李魁鵬提醒,建置機房設備的先決條件是可用性,系統必須先滿足此一條件,再依狀況選擇合適做法與工具,盡量降低能耗,否則一座能耗低但可用性不佳的機房,最終只會造成更大的能源浪費。

李魁鵬最後表示,5G機房的能耗高,節能雖非先決條件,但也是必要設計,近年來節能議題熱度不斷升高,廠商以推出各種高節能效益的設備,因此如果是新建機房,都可有一定程度的節能效益。至於舊有機房,他則建議先行優化內部的冷熱通道,提升能耗使用效率,之後再視狀況更換內部設備,如此便可在可控制預算與不影響企業內部運作的狀態下,循序漸進打造綠色機房,達到企業與環境雙贏目標。

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