提高數(shù)據(jù)中心能效的十個(gè)方法中國(guó)數(shù)據(jù)中心能效研究報(bào)告

1、提高數(shù)據(jù)中心能效的十個(gè)方法 中國(guó)數(shù)據(jù)中心能效研究報(bào)告 這些方法不但簡(jiǎn)單易學(xué)，還經(jīng)濟(jì)可行。 無(wú)論你的公司已經(jīng)開(kāi)始走上了以提高數(shù)據(jù)中心能效為目的的道路，還是甚至不知道對(duì)節(jié)能何處下手，本文將介紹netapp公司用來(lái)改善數(shù)據(jù)中心根底設(shè)施的十項(xiàng)方法。用戶(hù)會(huì)驚喜地發(fā)現(xiàn)，這些方法不但簡(jiǎn)單易學(xué)，還經(jīng)濟(jì)可行。 大大小小的客戶(hù)反映，能耗帶來(lái)的本錢(qián)是他們擔(dān)憂(yōu)的一大問(wèn)題。gartner公司估計(jì)，到xx年，it預(yù)算總額當(dāng)中48%將用于能源這一項(xiàng)。這個(gè)比例實(shí)在高得驚人。 在xx年8月發(fā)布的報(bào)告中，美國(guó)環(huán)保署(epa)表示形勢(shì)不容樂(lè)觀(guān)。美國(guó)環(huán)保署的估計(jì)數(shù)字顯示，要是能效方面保持目前這個(gè)趨勢(shì)，全美數(shù)據(jù)中心的能耗量到xx年幾乎

2、要翻一番。 多年來(lái)，netapp里面的跨部門(mén)團(tuán)隊(duì)與地方電力公司之間的合作大大提高了數(shù)據(jù)中心的能效。這要?dú)w功于公司主數(shù)據(jù)中心的改良，已經(jīng)到達(dá)了節(jié)省能效的目的，環(huán)保署稱(chēng)這種節(jié)省對(duì)xx年的數(shù)據(jù)中心而言處于“先進(jìn)水平”。另外，公司預(yù)計(jì)，新建的數(shù)據(jù)中心都將符合美環(huán)保署為xx年制訂的“可以到達(dá)的最高目標(biāo)”，不但能提前三年實(shí)現(xiàn)，而且只使用現(xiàn)有的技術(shù)。 以下是提高能效的十個(gè)方法。 測(cè)量以便控制 要是無(wú)法測(cè)量能耗情況，就無(wú)法控制，這是運(yùn)營(yíng)效率方面的經(jīng)典格言。為了防止能效低下，先要從基準(zhǔn)測(cè)量開(kāi)始。如果不知道電力耗用情況，就不知道要關(guān)注哪些方面。為了幫助測(cè)量能耗，可以分成以下幾大類(lèi): it系統(tǒng)、ups、冷卻裝置、照

3、明系統(tǒng)等。 虛擬化及 合并it 系統(tǒng) 美國(guó)環(huán)保署估計(jì)，數(shù)據(jù)中心的總耗電量中50%效勞器和存儲(chǔ)系統(tǒng)，它們自然就成了首要的節(jié)電對(duì)象。眼下的熱門(mén)趨勢(shì)就是效勞器虛擬化，這種有效策略可以節(jié)省空間、電力和冷卻資源。 為了充分獲得效勞器虛擬化帶來(lái)的好處，需要存儲(chǔ)根底設(shè)施提供聚集的網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)資源。與效勞器虛擬化一樣，存儲(chǔ)虛擬化也可提高能效: 數(shù)量較少、比擬龐大的存儲(chǔ)系統(tǒng)提供了更多的容量和更高的利用率，因而減少了空間、電力和冷卻資源。 通過(guò)實(shí)施存儲(chǔ)和效勞器虛擬化技術(shù)，改用了更加節(jié)能的存儲(chǔ)模式。我們用10個(gè)最新的存儲(chǔ)系統(tǒng)換掉了50個(gè)較舊的存儲(chǔ)系統(tǒng)，因而獲得了以下好處: 存儲(chǔ)機(jī)架的占用空間從25個(gè)機(jī)架減少到了6個(gè)機(jī)架

4、; 電力需求從329kw減少到了69kw; 空調(diào)制冷能力方面的需求減少了94冷噸; 系統(tǒng)供電所需的本錢(qián)每年減少了6萬(wàn)美元。 管理數(shù)據(jù) 在進(jìn)行存儲(chǔ)虛擬化規(guī)劃時(shí)，我們對(duì)現(xiàn)有業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行了審查。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)有50%可以刪除。 遏制數(shù)據(jù)過(guò)度增長(zhǎng)的首要方法就是事先阻止數(shù)據(jù)激增。企業(yè)的磁盤(pán)卷通常都含有數(shù)百萬(wàn)個(gè)重復(fù)數(shù)據(jù)對(duì)象。這些對(duì)象被修改、分發(fā)、備份及歸檔時(shí)，重復(fù)數(shù)據(jù)對(duì)象也重復(fù)存儲(chǔ)。 在使用了幾種不同的方法之后，如重復(fù)數(shù)據(jù)刪除、克隆和自動(dòng)精簡(jiǎn)配置，它們都有助于實(shí)現(xiàn)同一目標(biāo): 減少不必要的數(shù)據(jù)。 防止系統(tǒng)冷卻 過(guò)頭的現(xiàn)象 冷卻系統(tǒng)是it部門(mén)往往開(kāi)支過(guò)多、估計(jì)錯(cuò)誤的一個(gè)方面。廠(chǎng)商通常根據(jù)系統(tǒng)一直在峰值負(fù)

5、荷下運(yùn)行來(lái)估計(jì)功耗。要問(wèn)問(wèn)自己，系統(tǒng)在峰值狀態(tài)下運(yùn)行的時(shí)間有多長(zhǎng)？答案可能是幾乎沒(méi)有。那么，為什么要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行不必要的冷卻呢？ 關(guān)鍵在于算出準(zhǔn)確的電力負(fù)荷，這可能很棘手。為了幫助得出合理的電力負(fù)荷估計(jì)值，我們首先在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境測(cè)試了設(shè)備，之后把設(shè)備部署到數(shù)據(jù)中心。通過(guò)這樣的測(cè)試，我們確定了系統(tǒng)的合理電力負(fù)荷估計(jì)值比廠(chǎng)商的估計(jì)值低30%到40%。知道這一點(diǎn)后，我們就能監(jiān)控每個(gè)機(jī)架的電力使用情況，相應(yīng)調(diào)整冷卻系統(tǒng)，從而減少了冷卻過(guò)頭所浪費(fèi)的能源。 我們還采取更進(jìn)一步的行動(dòng): 在空氣處理器上使用了變頻驅(qū)動(dòng)裝置。不是讓風(fēng)扇一直全速運(yùn)行，變頻驅(qū)動(dòng)裝置可根據(jù)每一排機(jī)架的實(shí)際設(shè)備冷卻要求來(lái)改變風(fēng)扇轉(zhuǎn)速。由于風(fēng)

6、扇能不斷監(jiān)控溫度，自動(dòng)調(diào)整，以便需要時(shí)加快或者減慢風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，我們大大節(jié)省了能源。實(shí)際上，風(fēng)扇轉(zhuǎn)速降低50%可以把功耗降低87%。 合理設(shè)計(jì)空間布局 先講講物理知識(shí): 熱空氣上升，冷空氣下降。這樣的規(guī)那么也適用于數(shù)據(jù)中心。通過(guò)活動(dòng)地板對(duì)數(shù)據(jù)中心里面鋪設(shè)的地板向上輸送冷卻空氣，這種老方法通常耗用更多能源。我們采用的是在機(jī)器正面向下輸送冷空氣。然后，冷空氣被吸到機(jī)器里面，再?gòu)暮竺孀鳛闊峥諝馀懦鰜?lái)。熱空氣升到天花板后，經(jīng)通風(fēng)口排到外面。 不過(guò)，機(jī)架的位置極其重要，因?yàn)橛脩?hù)不希望把一臺(tái)機(jī)器排出來(lái)的熱空氣被另一臺(tái)機(jī)器吸進(jìn)去。我們放置的機(jī)架是前端對(duì)前端、后端對(duì)后端。這種名為“熱通道/冷通道”的方案成了數(shù)據(jù)中

7、心設(shè)計(jì)的最正確實(shí)踐，因?yàn)樗_實(shí)有效。 由于冷卻系統(tǒng)放在機(jī)架上，也不需要活動(dòng)地板（通常要鋪傳輸冷水的水管及其他冷卻線(xiàn)纜），從而節(jié)省了另外的能源和空間。 不斷改良熱隔離 無(wú)論在什么地方使用熱通道/冷通道方案的高密度機(jī)架，都需要另外的氣流措施防止排出來(lái)的熱空氣進(jìn)入到冷通道。這時(shí)，動(dòng)一動(dòng)腦筋就能收到成效，不需要什么高技術(shù)。 我們把上升熱空氣經(jīng)通風(fēng)口排出去，同時(shí)采用了一種低本錢(qián)的方法。這方法很有效，也很重要。為了隔離熱量，我們?cè)跓嵬ǖ赖膬深^以及機(jī)架上的冷卻排氣系統(tǒng)使用了透明塑料掛簾，使用透明塑料長(zhǎng)條把空氣控制在熱通道，使用同樣的長(zhǎng)條在管道和設(shè)備周?chē)纬梢坏牢锢砥琳稀?我們估計(jì)，單單放在一個(gè)數(shù)據(jù)中心的塑料

8、掛簾每年就可以節(jié)省100萬(wàn)度電。 盡量利用自然冷卻 生成的冷空氣不一定是惟一冷卻。干嘛不同時(shí)借助大自然呢？我們使用室外空氣作為自由冷卻，每年可節(jié)省150萬(wàn)美元的能源本錢(qián)。為此，我們?cè)诖髽且粋?cè)安裝了調(diào)節(jié)風(fēng)門(mén)，可自動(dòng)調(diào)節(jié)從室外進(jìn)入的空氣。如果室外氣溫低于設(shè)定的溫度點(diǎn)，調(diào)節(jié)風(fēng)門(mén)會(huì)開(kāi)啟，室外空氣經(jīng)過(guò)濾后進(jìn)入冷卻系統(tǒng)。反過(guò)來(lái)，如果室外空氣高于設(shè)定的溫度點(diǎn)，調(diào)節(jié)風(fēng)門(mén)會(huì)關(guān)閉，冷卻裝置那么開(kāi)始工作。 不過(guò)，這種方法需要不斷微調(diào)及改良。在環(huán)境工程師的幫助下，正在努力提高設(shè)定的溫度點(diǎn)，以便更充分地利用室外空氣。最初設(shè)定的溫度點(diǎn)是11攝氏度，后來(lái)逐步提高到了18攝氏度。我們正在進(jìn)一步提高到24攝氏度，這樣可以把自然

9、冷卻的時(shí)間段增至全年的85%。 盡量減少 電力變換損耗 數(shù)據(jù)中心如今不是使用依賴(lài)電池的系統(tǒng)，而是使用運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)可存儲(chǔ)能量的動(dòng)態(tài)ups。能量我們的切換根底設(shè)施，可以讓每個(gè)ups設(shè)備的電動(dòng)馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)。 ups存儲(chǔ)的能量可供電15秒到20秒，這時(shí)間足以執(zhí)行任何切換操作。較舊的電池ups能效有85%，如今最出色的ups其能效平均到達(dá)了約94%，而有些ups的能效高達(dá)97.7%，損耗的能源不到電池ups的一半。 利用廢熱 電力要求和能源價(jià)格與夏季溫度攀升密切相關(guān)。在溫度和電力出現(xiàn)頂峰的期間，我們以天然氣為動(dòng)力的熱電聯(lián)供（cogeneration）系統(tǒng)就會(huì)投入使用，為一百萬(wàn)瓦的數(shù)據(jù)中心提供經(jīng)濟(jì)的電力。通過(guò)這

10、種方法得到了兩個(gè)好處。 首先，通過(guò)在靠近用電區(qū)域的地方發(fā)電（分布式發(fā)電），降低了電力本錢(qián)，并且減少了輸電過(guò)程中損耗的電量。第二個(gè)優(yōu)點(diǎn)直接熱電聯(lián)供。熱電聯(lián)供指通過(guò)熱力學(xué)原理高效利用燃料。它利用了發(fā)電過(guò)程中形成的大量廢熱。在其中一個(gè)數(shù)據(jù)中心，利用了天然氣作為動(dòng)力的發(fā)電機(jī)生成的廢熱，作為對(duì)冷卻系統(tǒng)所用水進(jìn)行冷卻的吸附式冷卻裝置的動(dòng)力源。我們的熱電聯(lián)供系統(tǒng)總能效到達(dá)了75%至85%，每年可節(jié)省30萬(wàn)美元。 不斷監(jiān)視及調(diào)整 可以采取另一個(gè)步驟來(lái)幫助提高數(shù)據(jù)中心的能效: 準(zhǔn)確、定期地監(jiān)控環(huán)境。大多數(shù)數(shù)據(jù)中心測(cè)量周邊的負(fù)荷，因而無(wú)法準(zhǔn)那么測(cè)量結(jié)果。為了能夠真正提高能效，有必要提高測(cè)量的準(zhǔn)確性，即在機(jī)架層面進(jìn)

11、行測(cè)量（每個(gè)機(jī)架耗用的瓦特），而不是數(shù)據(jù)中心的某個(gè)地方開(kāi)始溫度升高時(shí)，單單加快風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速。我們不斷測(cè)試及調(diào)整環(huán)境，放在中間層的多個(gè)溫度傳感器測(cè)得溫度上下平均相差10到12度。 每個(gè)數(shù)據(jù)中心各不一樣。如何決定實(shí)施節(jié)能型數(shù)據(jù)中心策略，這取決于用戶(hù)本身的具體情況。不過(guò)，本文介紹的這10個(gè)方法應(yīng)當(dāng)提供了幾條思路。如果不知道這些方法，建議確定數(shù)據(jù)中心的電力使用效率（pue）值是多少。之后再設(shè)計(jì)相應(yīng)的方法和改良措施，開(kāi)始啟動(dòng)提高數(shù)據(jù)中心能效的方案。(清風(fēng)編譯注: 作者laura pickering是netapp公司的副總裁兼環(huán)保責(zé)任倡導(dǎo)者。） 鏈接 一些細(xì)小的方法將有助于控制數(shù)據(jù)中心的能耗。 減少數(shù)據(jù)中心

12、能耗的五個(gè)方法 減少數(shù)據(jù)中心的能耗數(shù)量未必很棘手，不過(guò)這確實(shí)需要全面的方案，通盤(pán)考慮it、冷卻和電力等根底設(shè)施。正如數(shù)據(jù)中心咨詢(xún)公司eyp mission critical facilities的首席技術(shù)官kfir godrich所說(shuō): “如果你在考慮數(shù)據(jù)中心時(shí)不是面面俱到: 從水電輸入一直考慮到芯片，然后回過(guò)頭來(lái)考慮電力和冷卻，就達(dá)不到所定目標(biāo)?！北疚慕榻B的五個(gè)方法有助于控制數(shù)據(jù)中心的能耗。 1. 注重細(xì)節(jié) 補(bǔ)上已移除或者已拆走設(shè)備在活動(dòng)地板留下的空眼。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備或者效勞器通常放在機(jī)架上，把擋板安裝到機(jī)架上的空位。把帶孔地磚從熱通道移到冷通道。啟用效勞器和計(jì)算機(jī)的節(jié)能功能?？赡艿脑?huà)，關(guān)掉數(shù)據(jù)中

13、心的電燈。 用戶(hù)表示，這些改良有助于遏制上漲的水電費(fèi)。面對(duì)費(fèi)用上漲的形勢(shì)，“我們用節(jié)能型lcd換掉了舊顯示器; 啟用了pc中的所有節(jié)能技術(shù)，降低硬驅(qū)功率，使其處于睡眠模式; 我們換掉了不支持節(jié)電功能的任何打印機(jī)”。保險(xiǎn)代理管理系統(tǒng)公司applied systems的it副總裁tim sander如是說(shuō)。 商業(yè)咨詢(xún)公司brattle group的it主管carmine iannace表示，他采取了同樣的做法。“我們?cè)诳盏臋C(jī)架上使用擋板以引導(dǎo)氣流。我們移動(dòng)了效勞器的位置，平衡數(shù)據(jù)中心的冷卻負(fù)荷。另外，我們關(guān)注開(kāi)發(fā)環(huán)境的效勞器如果它們沒(méi)有使用，就關(guān)閉電源?！眎annace還使用了臺(tái)式機(jī)和筆記本電腦的

14、節(jié)能功能; 另外，要求員工下班后關(guān)閉計(jì)算機(jī)，節(jié)省電力。之外，只要沒(méi)有人在數(shù)據(jù)中心工作，就關(guān)掉電燈。 2. 為效勞器設(shè)定合理的能源規(guī)格 要注意所購(gòu)置it設(shè)備的類(lèi)型，因?yàn)閾?jù)美國(guó)環(huán)保署近期的一份能效報(bào)告顯示，it設(shè)備的能耗占到數(shù)據(jù)中心的一半。尤其要注意基于x86的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)效勞器，它們的能耗占到了整個(gè)數(shù)據(jù)中心能耗的33%。x86效勞器生產(chǎn)商rackable systems的營(yíng)銷(xiāo)副總裁colette laforce表示，比方說(shuō)，要確保系統(tǒng)供給商沒(méi)有把電源規(guī)格定得過(guò)高，或者使用不必要的高功率風(fēng)扇。她建議關(guān)注電源效率至少到達(dá)90%的系統(tǒng)，它們比能效較低的機(jī)型更節(jié)電、散熱更少。 brattle公司的ianna

15、ce配置了所有效勞器，以便使用208伏電源，而不是120伏，這樣效勞器里面的電源提高了能效。他還把核心的思科網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)升級(jí)到208伏電源。另外，他采用了多核效勞器，并借助虛擬化技術(shù)進(jìn)行了合并。他說(shuō)，結(jié)果冷卻要求降低了50%。 3. 合并與虛擬化 unisource energy公司的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)管理員tyler kilian也指出了合并與虛擬化帶來(lái)的優(yōu)點(diǎn)。他說(shuō): “我們?cè)谖锢硇谄鞣矫嫒嬗龅搅酥萍s，無(wú)論是電力還是冷卻。如今，我們的電力根底設(shè)施借助虛擬化技術(shù)到達(dá)了80%的利用率。行業(yè)最正確實(shí)踐證明我們到達(dá)80%就是打總分值了。即使我們?cè)谶^(guò)去的幾年明顯增加了效勞器資源，還是能保持80%的利用率。”

16、4. 把直流電源放在機(jī)架反面 用直流電源重新配置數(shù)據(jù)中心需要長(zhǎng)遠(yuǎn)規(guī)劃。rackable systems公司的laforce說(shuō): “你可以把直流電電源添加到機(jī)架上，而不是讓每個(gè)效勞器都使用獨(dú)立的交流電源。直流電源裝置的功率和效率要高得多，里面的部件也少得多，因而不容易出故障。把它們放到系統(tǒng)里面，然后為機(jī)架提供直流電源，可以立即為電力本錢(qián)節(jié)省10%到30%?！贝蠖鄶?shù)效勞器廠(chǎng)商提供交流電源裝置選件。 5. 改動(dòng)冷卻和電力系統(tǒng) 減少數(shù)據(jù)中心能耗的另一個(gè)方法就是重新設(shè)計(jì)冷卻系統(tǒng)。這就需要安裝帶變速風(fēng)扇的冷卻裝置，讓冷卻裝置在高于正常溫度的環(huán)境下運(yùn)行，并且在適當(dāng)情況下使用自然冷卻。 unisource energy公司的kilian說(shuō): “我們正在考