綠色數(shù)據(jù)中心建設(shè)勢(shì)在必行

　　回顧數(shù)據(jù)中心的發(fā)展歷史，每一個(gè)階段都有主要的挑戰(zhàn)和關(guān)注的焦點(diǎn)。數(shù)據(jù)中心就是在克服這些挑戰(zhàn)的過(guò)程中不斷前進(jìn)的。今天，數(shù)據(jù)中心在供電和散熱方面面臨的嚴(yán)重挑戰(zhàn)，已成為新的前進(jìn)障礙。根據(jù)美國(guó)能源部2007年的統(tǒng)計(jì)，2000年以來(lái)美國(guó)各數(shù)據(jù)中心使用的電力已經(jīng)增加了一倍以上，總電費(fèi)達(dá)到約100億美元;2006年，美國(guó)服務(wù)器和數(shù)據(jù)中心使用的電力估計(jì)達(dá)到590億度(kWh)，與美國(guó)交通工具制造業(yè)(制造汽車(chē)、飛機(jī)、卡車(chē)和輪船)消耗的電力大致相當(dāng)。如果不加控制，到2010年還將增加75%.由此可見(jiàn)，數(shù)據(jù)中心在能量消耗方面面臨多么嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，只有采取的節(jié)能技術(shù)、建設(shè)綠色數(shù)據(jù)中心方能應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，才能推動(dòng)數(shù)據(jù)中心技術(shù)繼續(xù)前進(jìn)。

　　數(shù)據(jù)中心能耗的定量分析

　　為了分析數(shù)據(jù)中心的能效水平、找到問(wèn)題的癥結(jié)，必須建立定量指標(biāo)來(lái)測(cè)量數(shù)據(jù)中心的能效，以便實(shí)時(shí)測(cè)量和監(jiān)視數(shù)據(jù)中心的能效、對(duì)比不同數(shù)據(jù)中心的能效水平，選擇有利于節(jié)能技術(shù)和/或?qū)嵺`。

　　當(dāng)前測(cè)量數(shù)據(jù)中心的能效水平的主要是電源使用效率 (PUE) 指標(biāo)。 它考慮了數(shù)據(jù)中心里供電、散熱系統(tǒng)和IT設(shè)備所各自消耗的能量，得到了綠色電網(wǎng)行業(yè)聯(lián)盟(The Green Grid) 等多個(gè)組織的支持。綠色網(wǎng)格聯(lián)盟定義了PUE的具體計(jì)算公式：

　　PUE = 數(shù)據(jù)中心總負(fù)載/IT設(shè)備負(fù)載

　　PUE是一個(gè)比率，表示數(shù)據(jù)中心中IT設(shè)備負(fù)載與數(shù)據(jù)中心機(jī)房?jī)?nèi)所有設(shè)備的總負(fù)載之比，PUE越接近1說(shuō)明輸入到數(shù)據(jù)中心的電能幾乎全部用于IT設(shè)備本身。PUE越大說(shuō)明越多的電能都被電源、PDU配電設(shè)備、服務(wù)器風(fēng)扇、UPS電源、空調(diào)等供電散熱設(shè)備給消耗了。今天，PUE已經(jīng)成為國(guó)際上比較通行的數(shù)據(jù)中心能源使用效率衡量指標(biāo)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，的機(jī)房PUE值可以達(dá)到1.5左右，而我國(guó)的PUE平均值則在2.5 以上。這意味著IT設(shè)備每耗一度電，就有多達(dá)1.5度電被其它機(jī)房設(shè)備消耗掉了。按照同樣的計(jì)算公式，如果IT設(shè)備耗電量相同，PUE=2.5(國(guó)內(nèi)平均水平) 與 PUE=1.5 (目前水平)相比較，電源、PDU配電設(shè)備、服務(wù)器風(fēng)扇、UPS、空調(diào)等供電散熱設(shè)備的耗電量前者是后者的3倍!

　　過(guò)高的PDU定量地描述了數(shù)據(jù)中心低能效的現(xiàn)實(shí)、說(shuō)明了能耗急劇增加的原因。不僅如此，低能效還大大增加了企業(yè)的成本負(fù)擔(dān)，造成嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題，制約企業(yè)以至人類(lèi)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。有些科學(xué)家估計(jì)計(jì)算機(jī)設(shè)備每年消耗4.15 億噸煤、排放8.64 億噸CO2 溫室氣體，以及相應(yīng)的資源消耗和污水、熱量、溫室氣體排放。由此可見(jiàn)，降低PUE、提高能效，建設(shè)綠色數(shù)據(jù)中心是一個(gè)多么緊迫的任務(wù)!

　　建設(shè)綠色數(shù)據(jù)中心的戰(zhàn)略

　　中指出行之有效的綠色數(shù)據(jù)中心建設(shè)戰(zhàn)略的核心要點(diǎn)是：建立覆蓋數(shù)據(jù)中心整個(gè)生命周期的能效規(guī)劃、從節(jié)能和增效兩方面解決高能耗難題、采用從芯片到冷卻器綜合性的解決方案。在執(zhí)行這一戰(zhàn)略時(shí)要以降低PUE為核心分步實(shí)施，特別是要在數(shù)據(jù)中心各個(gè)層次采用的技術(shù)和行之有效的實(shí)踐。

　　降低能耗與提高能效雙管齊下

　　從數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)角度來(lái)分析，節(jié)能和增效兩者是相輔相成的。解決高能耗難題必須雙管齊下、同時(shí)從這兩方面著手，才能取得的成效。首先要根據(jù)應(yīng)用需求確定數(shù)據(jù)中心的IT設(shè)備配置，如服務(wù)器數(shù)量、存儲(chǔ)容量等，并為未來(lái)發(fā)展留有充分的余地。在IT設(shè)備選型過(guò)程中從廠商獲得有關(guān)資料、大致估計(jì)出IT設(shè)備的額定總功耗。此時(shí)，要重點(diǎn)考慮的是節(jié)能：通過(guò)選擇高能效服務(wù)器等IT設(shè)備、考慮采用虛擬化技術(shù)等措施降低IT設(shè)備的總功耗。由于IT設(shè)備的發(fā)熱量與功耗直接相關(guān)，也能夠決定機(jī)房供電設(shè)備的配置及其耗電量、從而估算出當(dāng)前的PUE值。此時(shí)，要重點(diǎn)考慮的是增效，采用種種有效的技術(shù)和實(shí)踐來(lái)降低供電損失、提高散熱效率，從而降低PUE值、提高數(shù)據(jù)中心的電能使用效率。簡(jiǎn)言之，在在計(jì)算PUE的公式中有分子和分母兩個(gè)因子。分母表示IT設(shè)備耗電量，它首先取決于企業(yè)或機(jī)構(gòu)的應(yīng)用需求，關(guān)鍵是如何選擇的設(shè)備(如刀片服務(wù)器)和技術(shù)(如虛擬化、的電源管理技術(shù)等)以的耗電量來(lái)滿足應(yīng)用需求。IT設(shè)備配置設(shè)計(jì)完成前，要盡可能節(jié)能。設(shè)計(jì)完成后其耗電量機(jī)房設(shè)計(jì)其實(shí)基本上是無(wú)能為力的。對(duì)機(jī)房設(shè)施設(shè)計(jì)而言，主要配置合適的供電散熱設(shè)備(余量和冗余不能太大)，盡可能采用技術(shù)和合理的布局提高供電散熱的效率、從而降低數(shù)據(jù)中心的總耗電量，縮小分子的值、降低PUE值，達(dá)到提高能效的目的。

　　采用綜合性的解決方案

　　企業(yè)或機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù)中心當(dāng)前在供電和散熱方面面臨的挑戰(zhàn)貫穿于數(shù)據(jù)中心內(nèi)部從IT設(shè)備的處理器和其它器件、到服務(wù)器和存儲(chǔ)等IT設(shè)備、到放置各種設(shè)備的機(jī)架、直到整個(gè)機(jī)房的多層次挑戰(zhàn)。任何試圖從某一層次孤立地解決問(wèn)題的戰(zhàn)略，或者只具有某一層次技術(shù)的廠商都不可能取得成功。實(shí)踐證明采取綜合性的技術(shù)能夠有效地把PUE從過(guò)高的3.0、降低到平均水平2.0、甚至很高的1.5水平。

　　以惠普公司在惠普在數(shù)據(jù)中心各個(gè)層次采用的高能效技術(shù)為背景，全面介紹建設(shè)綠色數(shù)據(jù)中心的綜合性解決方案。下面介紹一些突出的例子。

　　在處理器層次，SPEC Power測(cè)量每瓦電力提供的SPECint和SPECfp數(shù)量，已經(jīng)成為評(píng)測(cè)處理器能效的重要指標(biāo)。近年來(lái)Intel和AMD在它們的最現(xiàn)代的處理器上采用低電壓和低功耗、處理器p-State、多核和處理器虛擬化等一系列創(chuàng)新技術(shù)節(jié)能和降低發(fā)熱量?；萜盏裙境晒Φ卦谒鼈兊姆?wù)器產(chǎn)品采用這些處理器，大大提高了服務(wù)器每消耗1瓦電力能夠提供的整數(shù)和浮點(diǎn)計(jì)算能力(即SPEC Power指標(biāo))。

　　在服務(wù)器層次，惠普等廠商使用各種電源管理技術(shù)可以明顯地提高能效。例如，動(dòng)態(tài)功率封頂技術(shù)，它可以在不影響性能的前提下，通過(guò)服務(wù)器供電的動(dòng)態(tài)配置或功率封頂(如峰值功率封頂或平均功率封頂)，幫助客戶重新分配數(shù)據(jù)中心的電力和散熱資源。這種技術(shù)通過(guò)有效地對(duì)每一臺(tái)服務(wù)器能耗的準(zhǔn)確控制，避免了能源的過(guò)度供應(yīng)。采用此項(xiàng)技術(shù)后，相同的能源配置和電力設(shè)施可服務(wù)相當(dāng)于原來(lái)三倍數(shù)量的服務(wù)器。按美國(guó)的電費(fèi)計(jì)算，這相當(dāng)于每個(gè)1兆瓦級(jí)數(shù)據(jù)中心即可節(jié)省1600萬(wàn)美元的成本支出。

　　另一種可應(yīng)用于提高刀片服務(wù)器散熱能力的創(chuàng)新技術(shù)是熱量智控技術(shù)(Thermal Logic)。其設(shè)計(jì)的核心理念是自適應(yīng)性，可根據(jù)熱量分布和環(huán)境溫度的變化，有針對(duì)性地自動(dòng)調(diào)整并改變電源負(fù)載和制冷處理，提供在不降低處理器性能的前提下節(jié)約30%以上用電量的實(shí)效。

　　在機(jī)架層次，目前液體冷卻技術(shù)正在普及。例如，惠普提供模塊化散熱系統(tǒng)(MCS)就是一個(gè)典型的液體冷卻機(jī)架產(chǎn)品。它通過(guò)使用水冷和氣冷結(jié)合的方式、可以把機(jī)架的散熱能力提高3倍以上，使之能夠真正滿載安全穩(wěn)定運(yùn)行，支持高密度計(jì)算。

　　在數(shù)據(jù)中心層次，一個(gè)重要趨勢(shì)是采用緊耦合散熱技術(shù)。例如，惠普公司通過(guò)采用基于計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(CFD)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)智能散熱技術(shù)，優(yōu)化空調(diào)配置與機(jī)架布局：把散熱資源用于有真正需要的地方，可以將電源和散熱成本降低15%至45%。

綠色數(shù)據(jù)中心戰(zhàn)略的實(shí)施步驟

　　實(shí)施綠色數(shù)據(jù)中心戰(zhàn)略是一個(gè)循序漸進(jìn)的過(guò)程，可以先從一些基本的變更入手，然后逐步深入。整個(gè)過(guò)程可分為四步：

　　步，應(yīng)用電源管理、虛擬化和整合技術(shù)：在多數(shù)情況下，啟用服務(wù)器電源管理功能可以立桿見(jiàn)影地節(jié)省大量電源成本。借助服務(wù)器和存儲(chǔ)虛擬化技術(shù)，可以集中共享服務(wù)器、存儲(chǔ)設(shè)備以及其它IT資產(chǎn)，進(jìn)而對(duì)硬件設(shè)備進(jìn)行整合，以減少環(huán)境中物理服務(wù)器和存儲(chǔ)系統(tǒng)的數(shù)量，降低電源和散熱成本;

　　第二步，應(yīng)用實(shí)踐：多年來(lái)，人們?cè)跀?shù)據(jù)中心實(shí)踐中積累了大量節(jié)能省電的經(jīng)驗(yàn)，被稱(chēng)為數(shù)據(jù)中心節(jié)能的"實(shí)踐"。例如，任何人都很容易給機(jī)架加上空白面板，密封地板內(nèi)的線纜切口，合理調(diào)整活動(dòng)地板高度，整理活動(dòng)地板下電纜、消除未使用的電纜，將設(shè)備排成長(zhǎng)排、中間不留缺口，采用冷熱過(guò)道設(shè)計(jì)，在服務(wù)器等設(shè)備上采用節(jié)能模式等等。這些實(shí)踐在提高數(shù)據(jù)中心的實(shí)施往往是免費(fèi)的，卻可以達(dá)到20%左右的節(jié)能效果;

　　第三步，調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)中心的環(huán)境：這一步的重點(diǎn)將轉(zhuǎn)移到對(duì)數(shù)據(jù)中心的整體調(diào)節(jié)和優(yōu)化上。借助計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(CFD)及其它工程設(shè)計(jì)工具，數(shù)據(jù)中心管理者可以更好地了解電源和散熱問(wèn)題，并及時(shí)解決問(wèn)題。例如，CFD可用來(lái)確定設(shè)備和地板磚的布局，以提高效率，節(jié)省成本;

　　第四步，針對(duì)具體的熱負(fù)荷配置緊耦合散熱解決方案：這一步是為了將散熱解決方案與各個(gè)IT 設(shè)備的發(fā)熱量緊密聯(lián)系起來(lái)。根據(jù)具體的發(fā)熱量來(lái)提供散熱能力，可以大大提高散熱解決方案的效率;

　　展望未來(lái)，隨著二氧化碳排放量劇增、對(duì)氣候變暖的影響更加明顯，企業(yè)或機(jī)構(gòu)無(wú)疑都將受到越來(lái)越多成本約束和環(huán)境法規(guī)限制。作為人類(lèi)節(jié)能減排活動(dòng)的重要組成部分，人們必將越來(lái)越努力建設(shè)高能效的綠色數(shù)據(jù)中心，創(chuàng)建可持續(xù)發(fā)展的計(jì)算環(huán)境。