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資料中心,一種名為機櫃的設備是如何存在的?

      談起機櫃,它可能只是資料中心一個並不起眼的設備,也很少受到關註。但是資料中心的服務器、儲存、交換和安全等設備都需要放置在機櫃中,通過機櫃為之提供電、冷卻等基礎服務;實際上,它是資料機房的重要組成部分。


      關於機櫃,不同的設備對機櫃的規格、標準、供電能力和電氣兼容性都有著很嚴格的要求,這個看似不起眼的機櫃,在資料中心供電、通風和佈局等設計時,都需要經過嚴格設計來完成資料中心建設和業務規劃。


      業界機櫃寬*深*高尺寸標準並不統一,寬度不滿足可能導致設備裝不進去,深度不滿足可能設備尾部會突出在機櫃外面,高度不夠導致設備安裝空間不夠。每一款設備都對機櫃有嚴格要求,例如,我們經常看到這樣的物理引數描述:寬度不小於600mm,深度不少於1100mm,高度不低於2000mm,可用高度空間不少於42U。

 

      機櫃電源輸入功率不能少於櫃內的各設備的總功耗,否則對客戶的供電系統會產生諸如跳閘等風險,因此要評估功耗是否滿足。

 

      在具體實施時,還要考慮機櫃承重能力,特別是機房地板的承重能力,因為整櫃比較重,避免對客戶機房帶來安全風險,要評估機櫃和地板的承重能力。

在機櫃新增了設備後,機房內通風散熱發生改變,要對散熱能力此進行評估,避免因為環境溫度過高導致器件失效。

機櫃相關標準


      機櫃在設計時,都需要遵循一定的標準規範,目前最流行的機櫃規範為IEC (International Electrotechnical Commission) 60297-1、60297-1標準、EIA-310-D (19英寸機櫃標準) 等等,外觀規範GB/T4054-1983觀等級級要求,以及CISPR 22(2003)、CISPR 24(1998-09+ A1:2001 A2:2003)、IEC61000-4-2-X系列電磁兼容性標準等等。其中IEC 60297-1機櫃標準是業界最廣泛的標準,EIA-310-D標準是美國標準。

      在資料中心最常用的的機櫃,一般採用19英寸機械結構尺寸的要求(IEC 60297-2規範),採用模塊化結構,便於擴容和維護;機櫃的外錶面、機架部分多見為灰色。

      關於機櫃容量空間計算,一般採用U來計量,1U=1.75inch,約為44.45mm,U是IEC 60297標準中定義的高度單位;空機櫃重量指機櫃帶前門和後門的重量。

機櫃結構和部件組成


      不同標準的機櫃在結構和部件組成上稍有差異,但一般情況,常見的機櫃包括前門、機架和後門組成。有些專用的機櫃還會包含PDU、電源、散熱系統、管理系統等。


機櫃的工作環境


      主要涉及機櫃工作的環境溫度及工作環境相對濕度。為保證設備始終具備良好的工作狀態,在機房內需維持一定的溫度、濕度。

      機房的溫濕度是指在地面上1.5m和設備前方0.4m處測量的數值;短期工作條件是指連續不超過48小時和每年累計不超過15天。

 

機櫃的結構特點


      主要包括機櫃材質、佈線方式、ESD插孔、機櫃散熱、機櫃防護、安裝場景和機櫃並櫃。

      機櫃材質由一般採用高強度A級優質碳素冷軋鋼板和鍍鋅板,內部材料也有一定標準和規範需要遵循,如防火性能符合UL(Underwriter Laboratories)標準,滿足RoHS(Restriction of the use of certain Hazardous Substances)要求,內部材料防火性能符合UL(Underwriter Laboratories)標準。

 

      機櫃頂部和底部都留有過線孔,支持頂部出線和底部出線兩種走線方式。


      機櫃在進行安裝操作時,需要配戴防靜電手腕,防靜電手腕的接口一端要插在機櫃中部的ESD插孔中。

      在進行安裝、維護操作時,需要配戴防靜電手腕,防靜電手腕的接口一端要插在機櫃的ESD插孔中。機櫃前、後門和底板上開有高密的通風孔,支持前進風、後出風、地板下進風、上出風的通風方式,使機櫃具備良好的散熱性能。

      機櫃在防護方面,設計時充分考慮了電磁兼容性問題,使機櫃具有良好的電磁屏蔽性能。機櫃底板上的通風孔內襯防塵網,使機櫃具備良好的防塵性能;設計時也考慮了機櫃各部件的良好接地,接地電阻不大於0.1歐姆。

 

      機櫃支持肩並肩並櫃,頂部使用並櫃連接板連接,可以實現機櫃安全固定,同時也可以有效利用機櫃間的空間,這對租用機房的客戶來說,還可以有效節省空間租用費用。

      在有些定製化或高端機櫃中,一般還配置機櫃管理板RMC(Rack Management Controller),可以直接管理電源模塊和風扇等模塊和小系統。

      電源模塊一般分為AC/DC(兼容DC/DC),為機櫃內的直流設備提供電源,電源模塊支持熱插拔與冗餘備份。通過RMC管理模塊實現對電源的管理,包括電源狀態的監控和功率封頂。

      PDU(Power Distribution Unit)配電單元分為直流PDU、三相交流PDU和單相交流PDU,為機櫃內的電源模塊、交換機等設備提供配電;下麵是單向PDU示意圖。

      PDU是配套機櫃使用,也是機櫃必配件之一,也需要考慮滿足CE ,ROHS等認證要求,以及考慮是否滿足輸入端子型別IEC 309,輸出連接IEC 320 C13,IEC 320 C19的要求。

      大多數廠商機櫃配備的PDU外購自APC, PDU插頭L15-30P的包含不同種類,每個國家也有匹配自己國家規範要求,常見的插頭樣式有L15-50、L15-30P和L21-30P等等。

      根據機櫃應用不同,機櫃的規格和功能區也有所不同,下麵通過天蝎機櫃進行說明。

      天蝎整機櫃服務器解決方案,採用模塊化設計方案,分為機櫃、網絡、供電、服務器節點、集中散熱、集中管理共六大部分組成。

 

      天蝎2.0機櫃分2 種規格,2100mm 高度和2300mm 高度。其主要差別在於2100mm 高度的可用空間為42U,2300mm高度的可用空間為46U。

水平功能分割槽

      機櫃內水平功能空間可以分為前部、中部、後部三部分,具體功能描述如下


  • 前部空間:含理線及立柱空間,占150mm

  • 中部空間:節點托盤的空間,占850mm

  • 後部空間:含靜壓腔和風扇窗空間,占200mm

 

垂直功能分割槽

     機櫃垂直方向分為下、中、上三個區間,即Node Zone 1、Power Zone、Node Zone2三個區間。

  • Node Zone1可用於部署服務器節點和交換機,要求交換機可以部署在任意U 位置;

  • Node Zone2 可用於部署服務器節點和交換機,要求交換機可以部署在任意U 位置;

  • Power Zone 用於部署PSU 和RMC。RMC(機櫃管理單元) 在機櫃內和Power Shelf 共享空間,位於Power Shelf 內部。

承重設計

  • 2100mm 機櫃滿配情況下, 重量最高可達到1200Kg,要求機櫃立柱支撐強度≥1200Kg;

  • 2300mm 機櫃滿配情況下,重量最高可達到1500Kg,要求機櫃立柱支撐強度≥1500Kg;

並櫃設計

      相鄰機櫃有可能採用以下3 種方式並櫃:前面立柱、後面立柱、機櫃頂部。


  • 前面立柱

    2100mm 高度機櫃在機櫃立柱距地面600mm、1500mm 高度位置,且在距機櫃側邊15mm 處,單邊立柱各有2 個M8粗牙螺紋孔,供機櫃並櫃。

    2300mm 高度機櫃在立柱距地面600mm、1500mm、2000mm 高度位置,且在距機櫃側邊15mm 處,單邊立柱各有3個M8 粗牙螺紋孔,供機櫃並櫃;

 

  • 後面立柱: 後立柱並櫃孔位與前立柱一致;

  • 頂部: 要求預留4 個並櫃M8 粗牙螺孔。

 

RMC架構設計

      機櫃管理單元(RMC)放置在電源框中,固定在電源框的前視圖左側,相關尺寸需要參考下圖所示方式進行電源模組的匹配設計。

      此外,機櫃還涉及接地方式、佈線、電源、電源框(Power Shelf,也稱為電源模組)、PDU供電、風扇和機櫃背板機構設計等方面,在這裡就不在贅述,請大家在學習和工作中查閱相關機櫃詳細引數和設計指導。


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