綠色數(shù)據(jù)中心建設(shè)勢在必行

　　中國IDC圈2月2日報道：回顧數(shù)據(jù)中心的發(fā)展歷史，每一個階段都有主要的挑戰(zhàn)和關(guān)注的焦點。數(shù)據(jù)中心就是在克服這些挑戰(zhàn)的過程中不斷前進的。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)，已成為新的前進障礙。根據(jù)美國能源部2007年的統(tǒng)計，2000年以來美國各數(shù)據(jù)中心使用的電力已經(jīng)增加了一倍以上，總電費達(dá)到約100億美元；2006年，美國服務(wù)器和數(shù)據(jù)中心使用的電力估計達(dá)到590億度（kWh） ，與美國交通工具制造業(yè)（制造汽車、飛機、卡車和輪船）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，全球數(shù)據(jù)中心在能量消耗方面面臨多么嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，只有采取先進的節(jié)能技術(shù)、建設(shè)綠色數(shù)據(jù)中心方能應(yīng)對這些挑戰(zhàn)，才能推動數(shù)據(jù)中心技術(shù)繼續(xù)前進。

　　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、找到問題的癥結(jié)，必須建立定量指標(biāo)來測量數(shù)據(jù)中心的能效，以便實時測量和監(jiān)視數(shù)據(jù)中心的能效、對比不同數(shù)據(jù)中心的能效水平，選擇有利于節(jié)能技術(shù)和/或最佳實踐。

　　當(dāng)前測量數(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） 等多個權(quán)威組織的支持。綠色網(wǎng)格聯(lián)盟定義了PUE的具體計算公式：

　　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)中心機房內(nèi)所有設(shè)備的總負(fù)載之比，PUE越接近1說明輸入到數(shù)據(jù)中心的電能幾乎全部用于IT設(shè)備本身。PUE越大說明越多的電能都被電源、PDU配電設(shè)備、服務(wù)器風(fēng)扇、UPS、空調(diào)等供電散熱設(shè)備給消耗了。今天，PUE已經(jīng)成為國際上比較通行的數(shù)據(jù)中心能源使用效率衡量指標(biāo)。據(jù)統(tǒng)計，國外先進的機房PUE值可以達(dá)到1.5左右，而我國的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度電被其它機房設(shè)備消耗掉了。按照同樣的計算公式，如果IT設(shè)備耗電量相同，PUE=2.5（國內(nèi)平均水平） 與 PUE=1.5 （目前先進水平）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！

　　過高的PDU定量地描述了數(shù)據(jù)中心低能效的現(xiàn)實、說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)境問題，制約企業(yè)以至人類社會的可持續(xù)發(fā)展。有些科學(xué)家估計全球計算機設(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，降低PUE、提高能效，建設(shè)綠色數(shù)據(jù)中心是一個多么緊迫的任務(wù)！

　　建設(shè)綠色數(shù)據(jù)中心的戰(zhàn)略

　　[1] 中指出行之有效的綠色數(shù)據(jù)中心建設(shè)戰(zhàn)略的核心要點是：建立覆蓋數(shù)據(jù)中心整個生命周期的能效規(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)略時要以降低PUE為核心分步實施，特別是要在數(shù)據(jù)中心各個層次采用先進的技術(shù)和行之有效的最佳實踐。

　　降低能耗與提高能效雙管齊下

　　從數(shù)據(jù)中心設(shè)計角度來分析，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、同時從這兩方面著手，才能取得最大的成效。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、存儲容量等，并為未來發(fā)展留有充分的余地。在IT設(shè)備選型過程中從廠商獲得有關(guān)資料、大致估計出IT設(shè)備的額定總功耗。此時，要重點考慮的是節(jié)能：通過選擇高能效服務(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，要重點考慮的是增效，采用種種有效的技術(shù)和最佳實踐來降低供電損失、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。簡言之，在在計算PUE的公式中有分子和分母兩個因子。分母表示IT設(shè)備耗電量，它首先取決于企業(yè)或機構(gòu)的應(yīng)用需求，關(guān)鍵是如何選擇最佳的設(shè)備（如刀片服務(wù)器）和技術(shù)（如虛擬化、先進的電源管理技術(shù)等）以最低的耗電量來滿足應(yīng)用需求。IT設(shè)備配置設(shè)計完成前，要盡可能節(jié)能。設(shè)計完成后其耗電量機房設(shè)計其實基本上是無能為力的。對機房設(shè)施設(shè)計而言，主要配置合適的供電散熱設(shè)備（余量和冗余不能太大），盡可能采用先進技術(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)器和存儲等IT設(shè)備、到放置各種設(shè)備的機架、直到整個機房的多層次挑戰(zhàn)。任何試圖從某一層次孤立地解決問題的戰(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。實踐證明采取綜合性的技術(shù)能夠有效地把PUE從過高的3.0、降低到平均水平2.0、甚至很高的1.5水平。

　　[1] 以惠普公司在惠普在數(shù)據(jù)中心各個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測量每瓦電力提供的SPECint和SPECfp數(shù)量，已經(jīng)成為評測處理器能效的重要指標(biāo)。近年來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。惠普等公司成功地在它們的服務(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)和浮點計算能力（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，動態(tài)功率封頂技術(shù)，它可以在不影響性能的前提下，通過服務(wù)器供電的動態(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)通過有效地對每一臺服務(wù)器能耗的準(zhǔn)確控制，避免了能源的過度供應(yīng)。采用此項技術(shù)后，相同的能源配置和電力設(shè)施可服務(wù)相當(dāng)于原來三倍數(shù)量的服務(wù)器。按美國的電費計算，這相當(dāng)于每個1兆瓦級數(shù)據(jù)中心即可節(jié)省1600萬美元的成本支出。

　　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，有針對性地自動調(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%以上用電量的實效。

　　在機架層次，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）就是一個典型的液體冷卻機架產(chǎn)品。它通過使用水冷和氣冷結(jié)合的方式、可以把機架的散熱能力提高3倍以上，使之能夠真正滿載安全穩(wěn)定運行，支持高密度計算。

　　在數(shù)據(jù)中心層次，一個重要趨勢是采用緊耦合散熱技術(shù)。例如，惠普公司通過采用基于計算流體動力學(xué)（CFD）的靜態(tài)和動態(tài)智能散熱技術(shù)，優(yōu)化空調(diào)配置與機架布局：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)略的實施步驟

　　實施綠色數(shù)據(jù)中心戰(zhàn)略是一個循序漸進的過程，可以先從一些基本的變更入手，然后逐步深入。整個過程可分為四步：

　　第一步，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影地節(jié)省大量電源成本。借助服務(wù)器和存儲虛擬化技術(shù)，可以集中共享服務(wù)器、存儲設(shè)備以及其它IT資產(chǎn)，進而對硬件設(shè)備進行整合，以減少環(huán)境中物理服務(wù)器和存儲系統(tǒng)的數(shù)量，降低電源和散熱成本；

　　第二步，應(yīng)用最佳實踐： 多年來，人們在數(shù)據(jù)中心實踐中積累了大量節(jié)能省電的經(jīng)驗，被稱為數(shù)據(jù)中心節(jié)能的“最佳實踐”。例如，任何人都很容易給機架加上空白面板，密封地板內(nèi)的線纜切口，合理調(diào)整活動地板高度，整理活動地板下電纜、消除未使用的電纜，將設(shè)備排成長排、中間不留缺口，采用冷熱過道設(shè)計，在服務(wù)器等設(shè)備上采用節(jié)能模式等等。這些最佳實踐在提高數(shù)據(jù)中心的實施往往是免費的，卻可以達(dá)到20%左右的節(jié)能效果（詳見[1]）；

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

　　 第四步，針對具體的熱負(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IT 設(shè)備的發(fā)熱量緊密聯(lián)系起來。根據(jù)具體的發(fā)熱量來提供散熱能力，可以大大提高散熱解決方案的效率；

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