數(shù)據(jù)中心節(jié)能的五種可行措施

摘? ?要：隨著信息技術(shù)的發(fā)展普及，數(shù)據(jù)中心用電量基數(shù)大，增速快。隨著綠色數(shù)據(jù)中心標(biāo)準(zhǔn)的完善，綠色數(shù)據(jù)中心建設(shè)和現(xiàn)有數(shù)據(jù)中心節(jié)能優(yōu)化改造迫在眉睫。本文通過剖析工程實(shí)踐案例，涉及機(jī)架高效利用、高壓直流配電系統(tǒng)、節(jié)能制冷系統(tǒng)、智能動(dòng)環(huán)和提高IT資源使用效率等多種舉措，全面分析了提高數(shù)據(jù)中心電能使用效率的方法和措施，對(duì)綠色數(shù)據(jù)中心建設(shè)、改造進(jìn)行了有益探索。

關(guān)鍵詞：綠色數(shù)據(jù)中心? 高壓直流? 送風(fēng)優(yōu)化? 虛擬機(jī)優(yōu)化? 智能動(dòng)環(huán)監(jiān)控

中圖分類號(hào)：F626? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-098X（2020）06（b）-0137-02

2012—2018年，信息技術(shù)領(lǐng)域用電量復(fù)合增長(zhǎng)率高達(dá)15.3%。截至2017年底，我國(guó)各類數(shù)據(jù)中心年耗電量超過1200億度，已超過水泥行業(yè)用電量，約占全國(guó)全社會(huì)用電總量2%[1-3]。中國(guó)數(shù)據(jù)中心節(jié)能技術(shù)委員會(huì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，電費(fèi)占數(shù)據(jù)中心運(yùn)維總成本60%～70%，是數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)企業(yè)的主要負(fù)擔(dān)。我國(guó)綠色數(shù)據(jù)中心建設(shè)起步晚，任務(wù)重，隨著5G來臨，數(shù)據(jù)中心能耗將更大，綠色、高效成為數(shù)據(jù)中心建設(shè)、運(yùn)營(yíng)必須關(guān)注的重要方面。

目前，數(shù)據(jù)中心評(píng)價(jià)主要參考PUE值，PUE是數(shù)據(jù)中心總能耗與IT設(shè)備實(shí)際能耗的比率，比值越接近于1，表明能效、綠色化程度越好。為降低PUE值，在數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)營(yíng)的全生命周期，應(yīng)著重降低IT、電氣和冷卻能耗。

1? 數(shù)據(jù)中心硬件整合，提升機(jī)架利用率

1.1 新建或擴(kuò)建項(xiàng)目節(jié)能措施

數(shù)據(jù)中心新建、擴(kuò)建過程中，應(yīng)注意提升機(jī)架利用率，按服務(wù)器實(shí)際功率上架。一般數(shù)據(jù)中心，單機(jī)柜按照5kW設(shè)計(jì)，80%的電源利用率實(shí)際可用到4kW，2路服務(wù)器（單臺(tái)實(shí)際功率200W），單機(jī)架供電量可滿足20臺(tái)服務(wù)器使用。綜合考慮機(jī)房配電、機(jī)柜散熱、機(jī)房空調(diào)制冷量及送風(fēng)方式，單機(jī)柜可安裝12-14臺(tái)2路服務(wù)器。

數(shù)據(jù)中心新建、擴(kuò)建過程中，應(yīng)根據(jù)部署業(yè)務(wù)場(chǎng)景，采用定制化服務(wù)器。定制化服務(wù)器，已根據(jù)業(yè)務(wù)模型進(jìn)行優(yōu)化配置，提供的CPU能力和內(nèi)存能力與業(yè)務(wù)的需求能更好的匹配，可以更好發(fā)揮服務(wù)器效能。定制化服務(wù)器主要應(yīng)用場(chǎng)景是作為云資源池宿虛擬化宿主服務(wù)器、分布式存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)服務(wù)器和大數(shù)據(jù)分析服務(wù)器。

（1）定制化計(jì)算型服務(wù)器：主要用作虛擬化宿主服務(wù)器，密集型計(jì)算應(yīng)用服務(wù)器，如BOSS核心系統(tǒng)。

（2）定制化存儲(chǔ)服務(wù)器（大數(shù)據(jù)型）：應(yīng)用于省內(nèi)的經(jīng)分大數(shù)據(jù)分析平臺(tái)、移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)綜合規(guī)劃分析支撐系統(tǒng)、無線網(wǎng)優(yōu)平臺(tái)等。

（3）定制化存儲(chǔ)服務(wù)器（SERVER SAN型）：主要用作分布式存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)服務(wù)器，如數(shù)據(jù)采集、備份系統(tǒng)。

1.2 節(jié)能改造措施

投產(chǎn)一定年份的數(shù)據(jù)中心，可以實(shí)施數(shù)據(jù)中心IT硬件整合來達(dá)到節(jié)能降耗的目的。通過設(shè)備關(guān)停、云化遷移、老舊高能耗設(shè)備替換等多種手段，進(jìn)行IT設(shè)備整合，集約機(jī)房、機(jī)柜空間，優(yōu)化布局，降低功耗，改善數(shù)據(jù)中心效益。

2? 高壓直流配電，提高配電能效

高壓直流系統(tǒng)較之UPS供電，減少了逆變環(huán)節(jié)和維修旁路，具有節(jié)能、可靠性高、易于維護(hù)等優(yōu)勢(shì)[5]。

高壓直流（雙系統(tǒng)配電）可將電能使用效率提高至92%以上，每250kW有效荷載較之原有1+1并機(jī)UPS系統(tǒng)，可減少逆變?cè)O(shè)備及旁路系統(tǒng)2套。如某數(shù)據(jù)中心IT設(shè)備整合后，設(shè)備功耗284kW，采用400kVA 1+1并機(jī)UPS系統(tǒng)，系統(tǒng)效率84.65%;336V/1200A直流系統(tǒng)改造后，單機(jī)負(fù)載率約49.31%，系統(tǒng)效率92.60%，年節(jié)約電能252312kW，節(jié)能效果明顯。

3? 優(yōu)化空調(diào)系統(tǒng)，降低冷卻能耗

數(shù)據(jù)中心冷卻形式分為機(jī)房級(jí)、機(jī)柜級(jí)以及服務(wù)器級(jí)，傳統(tǒng)空調(diào)送風(fēng)形式屬于機(jī)房級(jí)，即以機(jī)房為冷卻末端進(jìn)行冷卻[1]。提升冷卻系統(tǒng)效能、減少換熱和跑冒漏環(huán)節(jié)最直接的方式就是聚焦冷卻末端，機(jī)柜級(jí)和服務(wù)器級(jí)冷卻系統(tǒng)可以有效提升冷源利用率，降低冷卻功耗。

機(jī)房精確送風(fēng)是指機(jī)房空調(diào)通過專用風(fēng)管或通道，將空調(diào)送風(fēng)直接送到通信機(jī)柜內(nèi)部，同時(shí)通過風(fēng)閥、風(fēng)口的調(diào)節(jié)，按需提供冷量。

精確送風(fēng)適用于新建機(jī)房或已建但氣流組織不合理，未實(shí)現(xiàn)先冷設(shè)備后冷環(huán)境的機(jī)房使用。對(duì)于原有采用上送風(fēng)方式的機(jī)房，適宜采用上送風(fēng)精確送風(fēng)方式改造;原有采用下送風(fēng)方式的機(jī)房，當(dāng)同時(shí)采用定制機(jī)柜時(shí)，適宜采用下送風(fēng)精確送風(fēng)方式改造。

4? 提升云資源利用率，深挖降耗潛能

（1）建立并落實(shí)資源動(dòng)態(tài)優(yōu)化分配機(jī)制，提高虛擬機(jī)負(fù)載率。

服務(wù)器虛擬化軟件不支持資源在線回收的情況下，虛擬機(jī)的資源回收需要停止虛擬機(jī)釋放資源，每次虛機(jī)資源回收相當(dāng)于一次業(yè)務(wù)割接，需要運(yùn)維、業(yè)務(wù)部門以及應(yīng)用軟件廠家共同參與。

（2）嚴(yán)格評(píng)審，合理管控應(yīng)用系統(tǒng)硬件資源需求，提高物理主機(jī)使用效率。

應(yīng)用系統(tǒng)布署前，業(yè)務(wù)、維護(hù)、建設(shè)部門應(yīng)充分溝通評(píng)估，分應(yīng)用系統(tǒng)，根據(jù)業(yè)務(wù)規(guī)模，參考現(xiàn)網(wǎng)類似應(yīng)用系統(tǒng)資源使用情況，綜合評(píng)估其硬件資源實(shí)際需求，嚴(yán)控虛擬機(jī)高配和資源高冗余，把控源頭，合理管控IT硬件資源投入規(guī)模，提高物理主機(jī)使用效率。

5? 用好動(dòng)力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，進(jìn)一步節(jié)能減排

依數(shù)據(jù)中心動(dòng)力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)為基礎(chǔ)，擴(kuò)增功能，增加數(shù)據(jù)存儲(chǔ)分析展示模塊，建設(shè)數(shù)據(jù)中心管理系統(tǒng)，具備IT系統(tǒng)端到端的電力、制冷、機(jī)柜空間、機(jī)房環(huán)境監(jiān)控能力。通過數(shù)據(jù)中心管理系統(tǒng)，收集和管理數(shù)據(jù)中心整個(gè)生命周期當(dāng)中資源、電力使用數(shù)據(jù)，并以數(shù)據(jù)挖掘、多維分析、大屏展示等方式呈現(xiàn)給運(yùn)維管理人員，以便及時(shí)調(diào)整IT資源負(fù)荷、遷移輕載主機(jī)、關(guān)?？蛰d主機(jī)，調(diào)節(jié)空調(diào)系統(tǒng)送風(fēng)溫度、送風(fēng)量，開閉照明系統(tǒng)、新風(fēng)系統(tǒng)。

引入大數(shù)據(jù)AI技術(shù)，根據(jù)天氣溫濕度及機(jī)房實(shí)時(shí)運(yùn)行狀況，科學(xué)調(diào)度冷卻系統(tǒng)啟停和使用強(qiáng)度。智能能效監(jiān)控系統(tǒng)，支持?jǐn)?shù)據(jù)中心全局及全生命周期資源調(diào)度優(yōu)化，是綠色數(shù)據(jù)中心節(jié)能減排建設(shè)重要發(fā)展方向。

6? 結(jié)語(yǔ)

在數(shù)據(jù)中心建設(shè)及節(jié)能改造過程中，運(yùn)用IT設(shè)備整合、高壓直流配電、空調(diào)送風(fēng)優(yōu)化、提高主機(jī)利用率、智能動(dòng)力環(huán)境監(jiān)控，均可以降低數(shù)據(jù)中心能耗。河南某運(yùn)營(yíng)商數(shù)據(jù)中心機(jī)房節(jié)能改造綜合運(yùn)用以上措施，改造前實(shí)測(cè)總功耗611kW，改造后降低至383kW，整體能耗下降37.31%;實(shí)測(cè)PUE值由1.84降至1.35。

在數(shù)據(jù)中心建設(shè)、改造、運(yùn)維全生命周期內(nèi)注重運(yùn)用以上5方面措施，可以有效提高用電效能。隨著云管平臺(tái)功能的完善，將來數(shù)據(jù)中心建設(shè)、節(jié)能改造，還應(yīng)重視IT系統(tǒng)物理主機(jī)和虛擬機(jī)負(fù)載優(yōu)化，注重大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用，建立健全數(shù)據(jù)中心能效監(jiān)控系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn)

[1] 張興，過增元.專家解讀綠色數(shù)據(jù)中心全生命周期建設(shè)[EB/OL]，2019-02. http：//www.miit.gov.cn/n1146285/n1146352/n3054355/n3057542/n3057548/c6657057/content.html.

[2] 工信部，國(guó)家機(jī)關(guān)事務(wù)管理局，國(guó)家能源局.關(guān)于加強(qiáng)綠色數(shù)據(jù)中心建設(shè)的指導(dǎo)意見[Z].2019-01：2-4.

[3] 中國(guó)信息通信研究院聯(lián)合開放數(shù)據(jù)中心委員會(huì).數(shù)據(jù)中心白皮書，2018-10：8-9.

[4] 華為技術(shù)有限公司.華為FusionStorage6.1技術(shù)白皮書[EB/OL]，2018-01. http：//support.huawei.com/enterprise.

[5] 彭廣香.全國(guó)咨詢工程師（投資）網(wǎng)絡(luò)教育通信節(jié)能減排新技術(shù)[EB/OL].2018-04. https：//jxjy.cdeledu.com/cdel_jxjy/qgzxgcs.shtml.

作者簡(jiǎn)介：王金貴（1986—），男，漢族，河南商丘人，本科，助理工程師，研究方向：企業(yè)信息化。