Kao Data与Cadence合作验证数据中心间接蒸发冷却设计

亮点

应用

主机托管数据中心设计和运营

软件

Cadence Reality DC Design

优势

改善数据中心冷却设计

最大程度提高运营效率

证实/评估提出的设计概念

确保做出明智的决策

主要挑战

Kao Data 计划在占地 36 英亩的园区内建立四个数据中心，目前已完成其中一个，即 KDL1 数据中心，这是英国第一个 100% 自由冷却的大规模主机托管设施。该数据中心园区旨在支持高性能计算（HPC）和密集的人工智能（AI）需求，同时兼顾环保。实际上，环境性能是数据中心设计的核心，简言之，我们需确保园区尽可能节能。

为了满足不断增长的、尤其以机器学习和深度学习工作负载为代表的高密度部署需求，并提供顶级的开放计算就绪（OCP）基础设施，Kao Data 园区将划分为四个大厅，总技术空间约为 15 万平方英尺。

这个空间从头开始设计，专门为先进的 GPU 驱动的超级计算提供技术套件，包括无梁楼板、无柱数据大厅和宽阔的访问通道。每个数据中心提供的总技术负载为 8.8MW，可容纳 20kW 及以上的机架密度，符合客户的预期。

傲视行业，Kao Data 保持着令人瞩目的 100% 正常运行时间记录，并通过自建的园区级变电站，确保电力供应的超高可靠性。我们采用英国国家电网（UKPN）提供的 43.5MVA 电力，通过双回路馈电直达数据中心，更有 N+1 冗余的发电机组作为可靠后盾，即使面对最严苛的客户 SLA 协议，亦能保证电力供应万无一失。

在日常运营中，Kao Data 园区 100% 采用经认证的可再生能源供电，并荣获英国建筑研究院（BRE）颁发的 BREEAM 卓越认证，充分证明了我们在建筑能效、环境绩效和可持续发展能力方面的卓越表现。

在 IT 运营方面，Kao Data 的 PUE 值低至 1.2，即使在部分负载情况下亦能维持卓越能效。我们创新的非机械冷却设计无需使用有害制冷剂，不仅更加环保，更确保全面符合 ASHRAE TC 9.9 环境指南的严格要求。

考虑到 GPU 加速系统对电力和散热的极高需求，Kao Data 园区始终致力于实现极致的可持续性。为此，我们采用基于科学论证的方法，助力团队精准提升运营效率，并达成如此高标准的设计规范。为进一步提升能效，Kao Data 创新性地采用了间接蒸发冷却（IEC）系统，巧妙利用水蒸发的自然冷却原理，替代传统的机械制冷方式，高效节能且绿色环保。

解决方案

为了打造更环保、更高效、且更具成本效益的数据中心，Kao Data深入研究并创新性地采用间接蒸发冷却（IEC）设计。在整个项目生命周期中，Cadence 与 JCA Engineering 和 Kao Data 紧密合作，利用Cadence Reality DC Design（原 Future Facilities 6SigmaDCX 产品线）对数据中心园区的外部和内部环境进行了计算流体动力学（CFD）仿真分析。强大的 CFD 仿真能力，赋能Kao Data 在数据中心的设计、实施和运营等关键环节做出更明智的决策。整个项目过程中，持续的仿真还被用于优化分期建设顺序，最大限度降低运营风险。

项目团队还构建了园区数据中心的数字孪生模型，并借助 CFD 仿真技术，实现了以下目标：

全面评估所提出的 IEC 设计概念的可行性和卓越性能

验证每个拟议扩建阶段的冷却性能均能满足预期

充分展示各种潜在变化和极端环境条件下的性能表现

进一步验证在各种外部条件下，预测的 IEC 进气状态均在可接受范围内，不会对 IEC 性能造成任何不利影响

为了在不同天气条件下评估冷却性能，并优化配置方案，项目团队采用了基于物理模型的外部环境仿真技术。需要特别指出的是，IEC 属于蒸发冷却解决方案。由于水分蒸发，排放到环境中的空气湿度明显增加。因此，IEC 设计的一个关键环节在于充分隔离外部空气通道的进气口和排气口，从而有效避免潮湿空气被重新吸回数据中心内部。

因此，评估排气和进气口之间空气再循环的风险至关重要。这正是 CFD 仿真技术强大之处的体现。通过对外部场地的 CFD 仿真研究，Kao Data 能够深入了解：

整体设计方案的热影响

不同天气条件可能造成的影响

场地分期建设的不同阶段对性能的潜在影响

JCA 和 Cadence 的工程师们仔细地评估了该地区历史 ASHRAE 天气数据，以精准识别最可能引发风险的极端条件。这为项目确立了清晰的项目定义，并进行了合理数量的情景模拟，包括模拟不同的风速和风向。在此项目中，CFD 仿真被广泛应用于构建各种外部环境场景模型，全面考量建筑物遮挡对进气的影响，以及潜在的技术难点，例如排气混合以及进气湿球（WB）温度升高超出 IEC 装置的规定限值等问题。

仿真结果被用于识别潜在风险，从而使最终设计能够充分考虑到冷却装置的布局，以及诸如冷却装置安装过于密集或组件周围百叶窗等因素可能造成的气流限制。

CFD 建模在数据中心空白空间的配置方面也发挥了重要作用。项目团队利用 Cadence Reality DC Design 验证冷却系统在设计送风温度下能够高效运行。至关重要的是，气流需要在整个数据中心均匀分布，确保 IT 设备的冷却性能不受位置影响。除了验证正常运行条件下的热性能外，CFD 仿真还被用于验证设计方案在故障场景下的应对能力，尤其是在靠近故障冷却单元的 IT 设备区域。

总结

大规模和高性能主机托管服务商 Kao Data 与 Cadence 强强联合，借助Cadence Reality DC Design平台，成功验证了其创新数据中心 IEC 设计的卓越性能。Kao Data 前瞻性地设计了完全不采用机械制冷的高性能数据中心。这在 Kao Data 首个技术套件投入运营时，是前所未有的创举。

最终成果是一个高效率、工业规模的数据中心。即使在 IT 利用率较低的情况下，PUE 值依然能保持在1.2 的惊人水平，这将为 Kao Data 及其客户显著节省长期运营成本（OPEX）。该设计方案还在空间利用方面也展现出极高的灵活性。与大多数传统数据中心截然不同的是，即使在 50% 负载条件下，Kao Data 的 PUE 值也仅为 1.14，对于大规模主机托管数据中心而言，实属难得。

Kao Data 将继续深化与 Cadence 的合作，为更复杂的数据中心设计建模，为企业、HPC 和 AI 等多元化客户提供更强大的基础设施支持。

能源效率，始终是 Kao Data 数据中心战略的基石所在。无论 IT 负载高低，我们园区的 PUE 值均能稳定保持在 1.2 的卓越水平，这无疑是我们数据中心的核心竞争力之一。选择 Cadence 作为合作伙伴，正是源于其在 CFD 分析领域卓尔不群的行业领导者地位。借助 Cadence 强大的 CFD 技术，我们得以成功设计并建造出英国乃至全球最可持续、最节能的数据中心之一，成就行业绿色标杆。——PAUL FINCH,KAO DATA