提高數(shù)據(jù)中心能效的十個方法

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無論你的公司已經(jīng)開始走上了以提高數(shù)據(jù)中心能效為目的的道路，還是甚至不知道對節(jié)能何處下手，本文將介紹NetApp公司用來改善數(shù)據(jù)中心基礎設施的十項方法。用戶會驚喜地發(fā)現(xiàn)，這些方法不但簡單易學，還經(jīng)濟可行。

大大小小的客戶反映，能耗帶來的成本是他們擔心的一大問題。Gartner公司估計，到2008年，IT預算總額當中48%將用于能源這一項。這個比例實在高得驚人。

在2007年8月發(fā)布的報告中，美國環(huán)保署(EPA)表示形勢不容樂觀。美國環(huán)保署的估計數(shù)字顯示，要是能效方面保持目前這個趨勢，全美數(shù)據(jù)中心的能耗量到2011年幾乎要翻一番。

多年來，NetApp里面的跨部門團隊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。這要歸功于公司主數(shù)據(jù)中心的改進，已經(jīng)達到了節(jié)省能效的目的，環(huán)保署稱這種節(jié)省對2011年的數(shù)據(jù)中心而言處于“先進水平”。另外，公司預計，新建的數(shù)據(jù)中心都將符合美環(huán)保署為2011年制訂的“可以達到的最高目標”，不但能提前三年實現(xiàn)，而且只使用現(xiàn)有的技術。

以下是提高能效的十個方法。

測量以便控制

要是無法測量能耗情況，就無法控制，這是運營效率方面的經(jīng)典格言。為了防止能效低下，先要從基準測量開始。如果不知道電力耗用情況，就不知道要關注哪些方面。為了幫助測量能耗，可以分成以下幾大類: IT系統(tǒng)、UPS、冷卻裝置、照明系統(tǒng)等。

虛擬化及

合并IT 系統(tǒng)

美國環(huán)保署估計，數(shù)據(jù)中心的總耗電量中50%來自服務器和存儲系統(tǒng)，它們自然就成了首要的節(jié)電對象。眼下的熱門趨勢就是服務器虛擬化，這種有效策略可以節(jié)省空間、電力和冷卻資源。

為了充分獲得服務器虛擬化帶來的好處，需要存儲基礎設施提供匯集的網(wǎng)絡存儲資源。與服務器虛擬化一樣，存儲虛擬化也可提高能效: 數(shù)量較少、比較龐大的存儲系統(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。

通過實施存儲和服務器虛擬化技術，改用了更加節(jié)能的存儲模式。我們用10個最新的存儲系統(tǒng)換掉了50個較舊的存儲系統(tǒng)，因而獲得了以下好處:

存儲機架的占用空間從25個機架減少到了6個機架;

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)供電所需的成本每年減少了6萬美元。

管理數(shù)據(jù)

在進行存儲虛擬化規(guī)劃時，我們對現(xiàn)有業(yè)務數(shù)據(jù)進行了審查。結果發(fā)現(xiàn)，存儲的數(shù)據(jù)有50%可以刪除。

遏制數(shù)據(jù)過度增長的首要方法就是事先阻止數(shù)據(jù)激增。企業(yè)的磁盤卷通常都含有數(shù)百萬個重復數(shù)據(jù)對象。這些對象被修改、分發(fā)、備份及歸檔時，重復數(shù)據(jù)對象也重復存儲。

在使用了幾種不同的方法之后，如重復數(shù)據(jù)刪除、克隆和自動精簡配置，它們都有助于實現(xiàn)同一目標: 減少不必要的數(shù)據(jù)。

避免系統(tǒng)冷卻

過頭的現(xiàn)象

冷卻系統(tǒng)是IT部門往往開支過多、估計錯誤的一個方面。廠商通常根據(jù)系統(tǒng)一直在峰值負荷下運行來估計功耗。要問問自己，系統(tǒng)在峰值狀態(tài)下運行的時間有多長？答案可能是幾乎沒有。那么，為什么要對系統(tǒng)進行不必要的冷卻呢？

關鍵在于算出準確的電力負荷，這可能很棘手。為了幫助得出合理的電力負荷估計值，我們首先在實驗室環(huán)境測試了設備，之后把設備部署到數(shù)據(jù)中心。通過這樣的測試，我們確定了系統(tǒng)的合理電力負荷估計值比廠商的估計值低30%到40%。知道這一點后，我們就能監(jiān)控每個機架的電力使用情況，相應調(diào)整冷卻系統(tǒng)，從而減少了冷卻過頭所浪費的能源。

我們還采取更進一步的行動: 在空氣處理器上使用了變頻驅(qū)動裝置。不是讓風扇一直全速運行，變頻驅(qū)動裝置可根據(jù)每一排機架的實際設備冷卻要求來改變風扇轉速。由于風扇能不斷監(jiān)控溫度，自動調(diào)整，以便需要時加快或者減慢風扇轉速，我們大大節(jié)省了能源。實際上，風扇轉速降低50%可以把功耗降低87%。

合理設計空間布局

先講講物理知識: 熱空氣上升，冷空氣下降。這樣的規(guī)則也適用于數(shù)據(jù)中心。通過活動地板對數(shù)據(jù)中心里面鋪設的地板向上輸送冷卻空氣，這種老方法通常耗用更多能源。我們采用的是在機器正面向下輸送冷空氣。然后，冷空氣被吸到機器里面，再從后面作為熱空氣排出來。熱空氣升到天花板后，經(jīng)通風口排到外面。

不過，機架的位置極其重要，因為用戶不希望把一臺機器排出來的熱空氣被另一臺機器吸進去。我們放置的機架是前端對前端、后端對后端。這種名為“熱通道/冷通道”的方案成了數(shù)據(jù)中心設計的最佳實踐，因為它確實有效。

由于冷卻系統(tǒng)放在機架上，也不需要活動地板（通常要鋪傳輸冷水的水管及其他冷卻線纜），從而節(jié)省了另外的能源和空間。

不斷改進熱隔離

無論在什么地方使用熱通道/冷通道方案的高密度機架，都需要另外的氣流措施防止排出來的熱空氣進入到冷通道。這時，動一動腦筋就能收到成效，不需要什么高技術。

我們把上升熱空氣經(jīng)通風口排出去，同時采用了一種低成本的方法。這方法很有效，也很重要。為了隔離熱量，我們在熱通道的兩頭以及機架上的冷卻排氣系統(tǒng)使用了透明塑料掛簾，使用透明塑料長條把空氣控制在熱通道，使用同樣的長條在管道和設備周圍形成一道物理屏障。

我們估計，單單放在一個數(shù)據(jù)中心的塑料掛簾每年就可以節(jié)省100萬度電。

盡量利用自然冷卻

生成的冷空氣不一定是惟一冷卻來源。干嘛不同時借助大自然呢？我們使用室外空氣作為自由冷卻，每年可節(jié)省150萬美元的能源成本。為此，我們在大樓一側安裝了調(diào)節(jié)風門，可自動調(diào)節(jié)從室外進入的空氣。如果室外氣溫低于設定的溫度點，調(diào)節(jié)風門會開啟，室外空氣經(jīng)過濾后進入冷卻系統(tǒng)。反過來，如果室外空氣高于設定的溫度點，調(diào)節(jié)風門會關閉，冷卻裝置則開始工作。

不過，這種方法需要不斷微調(diào)及改進。在環(huán)境工程師的幫助下，正在努力提高設定的溫度點，以便更充分地利用室外空氣。最初設定的溫度點是11攝氏度，后來逐步提高到了18攝氏度。我們正在進一步提高到24攝氏度，這樣可以把自然冷卻的時間段增至全年的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電池的系統(tǒng)，而是使用運轉時可存儲能量的動態(tài)UPS。能量來自我們的切換基礎設施，可以讓每個UPS設備的電動馬達轉動起來。

利用廢熱

電力要求和能源價格與夏季溫度攀升密切相關。在溫度和電力出現(xiàn)高峰的期間，我們以天然氣為動力的熱電聯(lián)供（cogeneration）系統(tǒng)就會投入使用，為一百萬瓦的數(shù)據(jù)中心提供經(jīng)濟的電力。通過這種方法得到了兩個好處。

首先，通過在靠近用電區(qū)域的地方發(fā)電（分布式發(fā)電），降低了電力成本，并且減少了輸電過程中損耗的電量。第二個優(yōu)點直接來自熱電聯(lián)供。熱電聯(lián)供指通過熱力學原理高效利用燃料。它利用了發(fā)電過程中形成的大量廢熱。在其中一個數(shù)據(jù)中心，利用了天然氣作為動力的發(fā)電機生成的廢熱，作為對冷卻系統(tǒng)所用水進行冷卻的吸附式冷卻裝置的動力源。我們的熱電聯(lián)供系統(tǒng)總能效達到了75%至85%，每年可節(jié)省30萬美元。

不斷監(jiān)視及調(diào)整

可以采取另一個步驟來幫助提高數(shù)據(jù)中心的能效: 準確、定期地監(jiān)控環(huán)境。大多數(shù)數(shù)據(jù)中心測量周邊的負荷，因而無法準則測量結果。為了能夠真正提高能效，有必要提高測量的準確性，即在機架層面進行測量（每個機架耗用的瓦特），而不是數(shù)據(jù)中心的某個地方開始溫度升高時，單單加快風扇的轉速。我們不斷測試及調(diào)整環(huán)境，放在中間層的多個溫度傳感器測得溫度高低平均相差10到12度。

每個數(shù)據(jù)中心各不一樣。如何決定實施節(jié)能型數(shù)據(jù)中心策略，這取決于用戶本身的具體情況。不過，本文介紹的這10個方法應當提供了幾條思路。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。之后再設計相應的方法和改進措施，開始啟動提高數(shù)據(jù)中心能效的計劃。(清風編譯  注: 作者Laura Pickering是NetApp公司的副總裁兼環(huán)保責任倡導者。）

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一些細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)中心能耗的五個方法

減少數(shù)據(jù)中心的能耗數(shù)量未必很棘手，不過這確實需要全面的方案，通盤考慮IT、冷卻和電力等基礎設施。正如數(shù)據(jù)中心咨詢公司EYP Mission Critical Facilities的首席技術官Kfir Godrich所說: “如果你在考慮數(shù)據(jù)中心時不是面面俱到: 從水電輸入一直考慮到芯片，然后回過頭來考慮電力和冷卻，就達不到所定目標?！北疚慕榻B的五個方法有助于控制數(shù)據(jù)中心的能耗。

1. 注重細節(jié)

補上已移除或者已拆走設備在活動地板留下的空眼。網(wǎng)絡設備或者服務器通常放在機架上，把擋板安裝到機架上的空位。把帶孔地磚從熱通道移到冷通道。啟用服務器和計算機的節(jié)能功能?？赡艿脑?，關掉數(shù)據(jù)中心的電燈。

用戶表示，這些改進有助于遏制上漲的水電費。面對費用上漲的形勢，“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，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”。保險代理管理系統(tǒng)公司Applied Systems的IT副總裁Tim Sander如是說。

商業(yè)咨詢公司Brattle Group的IT主管Carmine Iannace表示，他采取了同樣的做法?！拔覀冊诳盏臋C架上使用擋板以引導氣流。我們移動了服務器的位置，平衡數(shù)據(jù)中心的冷卻負荷。另外，我們關注開發(fā)環(huán)境的服務器—如果它們沒有使用，就關閉電源。”Iannace還使用了臺式機和筆記本電腦的節(jié)能功能; 另外，要求員工下班后關閉計算機，節(jié)省電力。之外，只要沒有人在數(shù)據(jù)中心工作，就關掉電燈。

2. 為服務器設定合理的能源規(guī)格

要注意所購買IT設備的類型，因為據(jù)美國環(huán)保署近期的一份能效報告顯示，IT設備的能耗占到數(shù)據(jù)中心的一半。尤其要注意基于x86的行業(yè)標準服務器，它們的能耗占到了整個數(shù)據(jù)中心能耗的33%。x86服務器生產(chǎn)商Rackable Systems的營銷副總裁Colette LaForce表示，比方說，要確保系統(tǒng)供應商沒有把電源規(guī)格定得過高，或者使用不必要的高功率風扇。她建議關注電源效率至少達到90%的系統(tǒng)，它們比能效較低的機型更節(jié)電、散熱更少。

Brattle公司的Iannace配置了所有服務器，以便使用208伏電源，而不是120伏，這樣服務器里面的電源提高了能效。他還把核心的思科網(wǎng)絡交換機升級到208伏電源。另外，他采用了多核服務器，并借助虛擬化技術進行了合并。他說，結果冷卻要求降低了50%。

3. 合并與虛擬化

UniSource Energy公司的網(wǎng)絡系統(tǒng)管理員Tyler Kilian也指出了合并與虛擬化帶來的優(yōu)點。他說: “我們在物理服務器方面全面遇到了制約，無論是電力還是冷卻。如今，我們的電力基礎設施借助虛擬化技術達到了80%的利用率。行業(yè)最佳實踐證明我們達到80%就是打滿分了。即使我們在過去的幾年明顯增加了服務器資源，還是能保持80%的利用率。”

4. 把直流電源放在機架背面

用直流電源重新配置數(shù)據(jù)中心需要長遠規(guī)劃。Rackable Systems公司的LaForce說: “你可以把直流電電源添加到機架上，而不是讓每個服務器都使用獨立的交流電源。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，然后為機架提供直流電源，可以立即為電力成本節(jié)省10%到30%?！贝蠖鄶?shù)服務器廠商提供交流電源裝置選件。

5. 改動冷卻和電力系統(tǒng)

減少數(shù)據(jù)中心能耗的另一個方法就是重新設計冷卻系統(tǒng)。這就需要安裝帶變速風扇的冷卻裝置，讓冷卻裝置在高于正常溫度的環(huán)境下運行，并且在適當情況下使用自然冷卻。

UniSource Energy公司的Kilian說: “我們正在考慮使用更易管理的冷卻和能源基礎設施，這樣可以更有針對性地進行跟蹤，以便了解。我們把冷卻方案改成了并排式冷卻系統(tǒng)，這樣就能自動適應冷卻要求。在服務器密集較低的地方，我們能夠關掉風扇，減少能耗?！?/P>

EYP的Godrich說，調(diào)整冷卻裝置以便在較高溫度下運行還能節(jié)省資金?！叭绻隳茏尷鋮s裝置在高出10%的溫度下運行，不會看到服務器出現(xiàn)任何峰值電壓?！?/P>

他還表示，IT人員應當充分利用地理環(huán)境。比方說，較寒冷的氣候環(huán)境可提供成本優(yōu)勢，因為用周圍的冷空氣或者冰塊對空調(diào)裝置進行降溫也許是可行的。

UPS存儲的能量可供電15秒到20秒，這時間足以執(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其能效平均達到了約94%，而有些UPS的能效高達97.7%，損耗的能源不到電池UPS的一半。

利用廢熱

電力要求和能源價格與夏季溫度攀升密切相關。在溫度和電力出現(xiàn)高峰的期間，我們以天然氣為動力的熱電聯(lián)供（cogeneration）系統(tǒng)就會投入使用，為一百萬瓦的數(shù)據(jù)中心提供經(jīng)濟的電力。通過這種方法得到了兩個好處。

首先，通過在靠近用電區(qū)域的地方發(fā)電（分布式發(fā)電），降低了電力成本，并且減少了輸電過程中損耗的電量。第二個優(yōu)點直接來自熱電聯(lián)供。熱電聯(lián)供指通過熱力學原理高效利用燃料。它利用了發(fā)電過程中形成的大量廢熱。在其中一個數(shù)據(jù)中心，利用了天然氣作為動力的發(fā)電機生成的廢熱，作為對冷卻系統(tǒng)所用水進行冷卻的吸附式冷卻裝置的動力源。我們的熱電聯(lián)供系統(tǒng)總能效達到了75%至85%，每年可節(jié)省30萬美元。

不斷監(jiān)視及調(diào)整

可以采取另一個步驟來幫助提高數(shù)據(jù)中心的能效: 準確、定期地監(jiān)控環(huán)境。大多數(shù)數(shù)據(jù)中心測量周邊的負荷，因而無法準則測量結果。為了能夠真正提高能效，有必要提高測量的準確性，即在機架層面進行測量（每個機架耗用的瓦特），而不是數(shù)據(jù)中心的某個地方開始溫度升高時，單單加快風扇的轉速。我們不斷測試及調(diào)整環(huán)境，放在中間層的多個溫度傳感器測得溫度高低平均相差10到12度。

每個數(shù)據(jù)中心各不一樣。如何決定實施節(jié)能型數(shù)據(jù)中心策略，這取決于用戶本身的具體情況。不過，本文介紹的這10個方法應當提供了幾條思路。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。之后再設計相應的方法和改進措施，開始啟動提高數(shù)據(jù)中心能效的計劃。(清風編譯  注: 作者Laura Pickering是NetApp公司的副總裁兼環(huán)保責任倡導者。）

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一些細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)中心能耗的五個方法

減少數(shù)據(jù)中心的能耗數(shù)量未必很棘手，不過這確實需要全面的方案，通盤考慮IT、冷卻和電力等基礎設施。正如數(shù)據(jù)中心咨詢公司EYP Mission Critical Facilities的首席技術官Kfir Godrich所說: “如果你在考慮數(shù)據(jù)中心時不是面面俱到: 從水電輸入一直考慮到芯片，然后回過頭來考慮電力和冷卻，就達不到所定目標?！北疚慕榻B的五個方法有助于控制數(shù)據(jù)中心的能耗。

1. 注重細節(jié)

補上已移除或者已拆走設備在活動地板留下的空眼。網(wǎng)絡設備或者服務器通常放在機架上，把擋板安裝到機架上的空位。把帶孔地磚從熱通道移到冷通道。啟用服務器和計算機的節(jié)能功能。可能的話，關掉數(shù)據(jù)中心的電燈。

用戶表示，這些改進有助于遏制上漲的水電費。面對費用上漲的形勢，“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，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”。保險代理管理系統(tǒng)公司Applied Systems的IT副總裁Tim Sander如是說。

商業(yè)咨詢公司Brattle Group的IT主管Carmine Iannace表示，他采取了同樣的做法?！拔覀冊诳盏臋C架上使用擋板以引導氣流。我們移動了服務器的位置，平衡數(shù)據(jù)中心的冷卻負荷。另外，我們關注開發(fā)環(huán)境的服務器—如果它們沒有使用，就關閉電源?！盜annace還使用了臺式機和筆記本電腦的節(jié)能功能; 另外，要求員工下班后關閉計算機，節(jié)省電力。之外，只要沒有人在數(shù)據(jù)中心工作，就關掉電燈。

2. 為服務器設定合理的能源規(guī)格

要注意所購買IT設備的類型，因為據(jù)美國環(huán)保署近期的一份能效報告顯示，IT設備的能耗占到數(shù)據(jù)中心的一半。尤其要注意基于x86的行業(yè)標準服務器，它們的能耗占到了整個數(shù)據(jù)中心能耗的33%。x86服務器生產(chǎn)商Rackable Systems的營銷副總裁Colette LaForce表示，比方說，要確保系統(tǒng)供應商沒有把電源規(guī)格定得過高，或者使用不必要的高功率風扇。她建議關注電源效率至少達到90%的系統(tǒng)，它們比能效較低的機型更節(jié)電、散熱更少。

Brattle公司的Iannace配置了所有服務器，以便使用208伏電源，而不是120伏，這樣服務器里面的電源提高了能效。他還把核心的思科網(wǎng)絡交換機升級到208伏電源。另外，他采用了多核服務器，并借助虛擬化技術進行了合并。他說，結果冷卻要求降低了50%。

3. 合并與虛擬化

UniSource Energy公司的網(wǎng)絡系統(tǒng)管理員Tyler Kilian也指出了合并與虛擬化帶來的優(yōu)點。他說: “我們在物理服務器方面全面遇到了制約，無論是電力還是冷卻。如今，我們的電力基礎設施借助虛擬化技術達到了80%的利用率。行業(yè)最佳實踐證明我們達到80%就是打滿分了。即使我們在過去的幾年明顯增加了服務器資源，還是能保持80%的利用率?！?/P>

4. 把直流電源放在機架背面

用直流電源重新配置數(shù)據(jù)中心需要長遠規(guī)劃。Rackable Systems公司的LaForce說: “你可以把直流電電源添加到機架上，而不是讓每個服務器都使用獨立的交流電源。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，然后為機架提供直流電源，可以立即為電力成本節(jié)省10%到30%?！贝蠖鄶?shù)服務器廠商提供交流電源裝置選件。

5. 改動冷卻和電力系統(tǒng)

減少數(shù)據(jù)中心能耗的另一個方法就是重新設計冷卻系統(tǒng)。這就需要安裝帶變速風扇的冷卻裝置，讓冷卻裝置在高于正常溫度的環(huán)境下運行，并且在適當情況下使用自然冷卻。

UniSource Energy公司的Kilian說: “我們正在考慮使用更易管理的冷卻和能源基礎設施，這樣可以更有針對性地進行跟蹤，以便了解。我們把冷卻方案改成了并排式冷卻系統(tǒng)，這樣就能自動適應冷卻要求。在服務器密集較低的地方，我們能夠關掉風扇，減少能耗?！?/P>

EYP的Godrich說，調(diào)整冷卻裝置以便在較高溫度下運行還能節(jié)省資金。“如果你能讓冷卻裝置在高出10%的溫度下運行，不會看到服務器出現(xiàn)任何峰值電壓?！?/P>

他還表示，IT人員應當充分利用地理環(huán)境。比方說，較寒冷的氣候環(huán)境可提供成本優(yōu)勢，因為用周圍的冷空氣或者冰塊對空調(diào)裝置進行降溫也許是可行的。(ccw-2008年03月10日第08期 46-47)