我們都熟悉摩爾定律，該定律指出集成電路上可容納的晶體管數(shù)目，約每隔18個(gè)月便會(huì)增加一倍，性能也將提升一倍。無(wú)論我們測(cè)量的是晶體管的增長(zhǎng)、磁盤(pán)容量，平方反比定律的價(jià)格對(duì)比每焦耳的計(jì)算方法，或是采用任何其他測(cè)量的方法，一個(gè)不變的事實(shí)是：他們都在呈指數(shù)倍數(shù)的增長(zhǎng)。這種增長(zhǎng)是困擾當(dāng)今數(shù)據(jù)中心的密度問(wèn)題的主要原因。簡(jiǎn)單地說(shuō)，更強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)將產(chǎn)生更多的熱量，進(jìn)而導(dǎo)致每年顯著的額外冷卻成本的增加。

今天，一家占地面積為10,000平方英尺的數(shù)據(jù)中心每平方英尺的運(yùn)行能耗成本大約為150瓦，而其建設(shè)兆瓦的成本大約為1000萬(wàn)美元，這取決于數(shù)據(jù)中心的選址，設(shè)計(jì)和能源成本。未來(lái)十年如果按照過(guò)去十年15%的數(shù)據(jù)增長(zhǎng)速度持續(xù)，那么，同樣規(guī)模的數(shù)據(jù)中心將耗資3700萬(wàn)美元每兆瓦。這些成本中有整整30%的費(fèi)用花在了數(shù)據(jù)中心機(jī)械設(shè)備冷卻方面。雖然數(shù)據(jù)中心行業(yè)已然經(jīng)歷了一系列最新冷凍水系統(tǒng)以及高密度的散熱等等冷卻措施改革，但大多數(shù)企業(yè)仍然沒(méi)有意識(shí)到其實(shí)大自然可以為他們解決相當(dāng)一部分的冷卻問(wèn)題，進(jìn)而幫助他們節(jié)省一部分的冷卻費(fèi)用。

空氣vs.水的冷卻效率問(wèn)題

大多數(shù)傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心依靠空氣來(lái)直接冷卻數(shù)據(jù)中心。當(dāng)我們分析傳熱公式時(shí)，發(fā)現(xiàn)對(duì)于數(shù)據(jù)中心而言，原來(lái)較之自然空氣，水才是更有效的冷卻方式，所不同的是在數(shù)學(xué)運(yùn)算方法方面，即分母：

在上面的例子中，占地面積10000平方英尺的數(shù)據(jù)中心的能耗創(chuàng)造了超過(guò)500萬(wàn)英熱單位(British thermal unit，BTU) 的散熱。使用上圖的計(jì)算公式，假設(shè)標(biāo)準(zhǔn)的變量增量為10度，該數(shù)據(jù)中心每分鐘需要超過(guò)470000立方英尺(CFM)的空氣以冷卻其設(shè)備，但如果采用水冷卻，每分鐘只需1000加侖的水。而為了提供給該數(shù)據(jù)中心的持續(xù)冷卻，若采用空氣冷卻，該系統(tǒng)每分鐘需要150-200馬力來(lái)向數(shù)據(jù)中心傳輸空氣;若采用水冷卻，每分鐘只需50-90馬力來(lái)傳輸1000加侖的水，效率大約提升了462倍!如果僅僅基于每立方英尺的單位進(jìn)行分析：即一立方英尺空氣對(duì)比一立方英尺的水，實(shí)際上水比空氣更有效，效率高出約3400倍。

然而，對(duì)于地下數(shù)據(jù)中心而言，還有更多的工作。在地下環(huán)境中，自然環(huán)境將帶來(lái)持續(xù)一致的大約50度的環(huán)境溫度。(所以首先，你的數(shù)據(jù)中心不需要過(guò)份依賴?yán)鋮s系統(tǒng)了，因?yàn)閺囊婚_(kāi)始就是較為涼爽的環(huán)境溫度。然后你可以利用地下水源或含水層進(jìn)一步提高效率。)

一個(gè)理想的地下數(shù)據(jù)中心環(huán)境包括含水層或石頭組成，能夠通過(guò)孔狀的玄武巖、石灰?guī)r和砂巖的開(kāi)孔排氣;而含水土層，如質(zhì)地較密的頁(yè)巖和粘土將無(wú)法有效運(yùn)作。在一個(gè)石灰?guī)r的地下環(huán)境中，散熱效率可以從4%提升到500%，因?yàn)檫@種石頭具有天然散熱的特性。最吸引人的地方是，這種石頭可以管理能量的波動(dòng)以及任何數(shù)據(jù)中心固有的能量峰值。(石灰石吸收熱量，從而進(jìn)一步減少了冷卻需要)

由于水系統(tǒng)能夠利用含水層漏出的50度的水來(lái)冷卻數(shù)據(jù)中心，然后熱量通過(guò)冷卻，以高出約10攝氏度的水溫被水系統(tǒng)返回。自然環(huán)境通過(guò)能量轉(zhuǎn)移熱力學(xué)的第二定律來(lái)管理熱平衡。對(duì)于地下數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)商而言，這意味著他們可以利用數(shù)據(jù)中心環(huán)境周?chē)鷰r石的導(dǎo)熱性工作，因此，充分掌握數(shù)據(jù)中心選址所在地的巖性和層狀地質(zhì)等相關(guān)知識(shí)是非常重要的，這樣，他們就能夠隨著這方面知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)的積累，持續(xù)利用自然水流和空氣濕度的性質(zhì)來(lái)為數(shù)據(jù)中心提供冷卻。

當(dāng)然，除了利用地下水冷卻的方法之外，還有一些其他方面的數(shù)據(jù)中心冷卻設(shè)計(jì)策略，包括良好的系統(tǒng)，井點(diǎn)系統(tǒng)和地埋管系統(tǒng)等等。眼下，在賓夕法尼亞州東部正在使用一種礦井水系統(tǒng)來(lái)為核反應(yīng)堆所產(chǎn)生的數(shù)百兆瓦的熱量降溫。井點(diǎn)系統(tǒng)一般用在住宅應(yīng)用方面，但這一概念如果不能解決其成本造價(jià)高昂的問(wèn)題的話，就無(wú)法很好地?cái)U(kuò)展和推廣。埋地管道系統(tǒng)的使用相當(dāng)廣泛，其需要挖掘一系列回填溝槽，采用相對(duì)良好的傳導(dǎo)性顆粒材料，但其超越了20-30萬(wàn)千瓦，這種方法也無(wú)法很好地大規(guī)模擴(kuò)展推廣。

上述每種方法各需要多少成本費(fèi)用?一個(gè)地下水庫(kù)的設(shè)計(jì)花費(fèi)不到500美元/噸，而精心設(shè)計(jì)的冷水系統(tǒng)的范圍為2,000-4,000美元/噸。其成本差異是由采用的機(jī)械造成的——在地下水庫(kù)，幾乎無(wú)需采用機(jī)械：冷卻水直接從地下抽取。而井埋管系統(tǒng)的花費(fèi)則高達(dá)5000多美元/噸，而且這些系統(tǒng)也不能大規(guī)模擴(kuò)展。

通過(guò)更好的了解數(shù)據(jù)中心選址所在地的自然條件，充分利用自然環(huán)境的力量和優(yōu)勢(shì)，我們可以增加容量，進(jìn)一步提高對(duì)地下水庫(kù)設(shè)計(jì)的有效性。通過(guò)從表面鉆一個(gè)井孔到洞穴，可以容易地結(jié)合空氣轉(zhuǎn)移機(jī)制; 任何時(shí)候其表面的空氣均處于或低于50度，冷空氣將下降到數(shù)據(jù)中心。即使沒(méi)有相關(guān)的動(dòng)力或空氣處理機(jī)組，鉆出四到五英尺的鉆孔也有助于每分鐘傳輸約30,000立方英尺的冷卻空氣!而如果添加了空氣處理設(shè)備，那么傳輸?shù)睦鋮s空氣可以很容易的從30000 CFM提升到100,000-200,000 CFM 。這樣，靜態(tài)地?zé)嵯到y(tǒng)現(xiàn)在成為了一個(gè)動(dòng)態(tài)的地?zé)崂鋮s系統(tǒng)，以最低的成本產(chǎn)生令人難以置信的冷卻能力。

在分析和預(yù)測(cè)未來(lái)的數(shù)據(jù)中心將會(huì)是什么樣時(shí)，一個(gè)反復(fù)出現(xiàn)的主題便是：簡(jiǎn)單和低成本。因?yàn)槠髽I(yè)IT部門(mén)正面臨著和首席財(cái)務(wù)官一樣的成本壓力，地下數(shù)據(jù)中心采用混合了水、空氣和巖石冷卻的方案無(wú)疑是一個(gè)越來(lái)越具有吸引力的選擇。甚至有機(jī)會(huì)能夠把這些熱能，將其轉(zhuǎn)化為可用的能量。例如，通過(guò)在發(fā)電渦輪機(jī)頂上增加鉆孔，運(yùn)營(yíng)商可以利用從地下數(shù)據(jù)中心上升的熱能的功率。此外，通過(guò)利用天然氣儲(chǔ)量，地下數(shù)據(jù)中心可能成為一個(gè)主要的能量來(lái)源，從而省去了發(fā)電機(jī)，并將潛在的提升電源使用效率?，F(xiàn)實(shí)情況是，如果你的數(shù)據(jù)中心能夠更好的了解所在地的自然狀況，就可以充分利用其所提供的各種便利優(yōu)勢(shì)，而關(guān)于自然的相關(guān)知識(shí)我們學(xué)的越多，越有助于未來(lái)數(shù)據(jù)中心的設(shè)計(jì)。