數(shù)據(jù)中心節(jié)能7招

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電費(fèi)、電費(fèi)、電費(fèi)！快速上漲的電費(fèi)令數(shù)據(jù)中心管理人員頭疼不已。為什么不采取以下措施？這樣就會減少電費(fèi)開支，還能創(chuàng)造一個環(huán)保的數(shù)據(jù)中心。

高密度服務(wù)器給數(shù)據(jù)中心帶來了“熱點(diǎn)”：對某些高端系統(tǒng)而言，這些熱點(diǎn)的用電量每個機(jī)架就超過30千瓦。因而，有些數(shù)據(jù)中心的管理人員發(fā)現(xiàn)無法為這些機(jī)架配送足夠電力。還有，另一些管理人員發(fā)現(xiàn)無法為這些建筑物配送更多電能: 已達(dá)到了電力公司為該地區(qū)配送額外電力的最大能力。

這個問題已經(jīng)引起了Mallory Forbes的注意。Forbes是阿拉巴馬州伯明翰地方金融公司的高級副總裁兼大型機(jī)技術(shù)經(jīng)理，他說：“每當(dāng)我們修訂用電標(biāo)準(zhǔn)，每年的用電需求似乎老在增長。這給數(shù)據(jù)中心的管理出了一道難題，因?yàn)槟愕貌粩嘣黾与娏Α！?

節(jié)能措施可以收到顯著成效。數(shù)據(jù)中心功耗節(jié)約1瓦電至少可以省下1瓦的冷卻用電。眼光長遠(yuǎn)的IT管理人員已經(jīng)注意采購更加節(jié)能型的設(shè)備帶來的投資回報。賓夕法尼亞州先鋒集團(tuán)的技術(shù)業(yè)務(wù)負(fù)責(zé)人Robert Yale說：“能源在制訂為期五年的商業(yè)計劃時成了重要因素?！彼芾淼恼嫉?萬平方英尺的數(shù)據(jù)中心主要用來處理基于Web的事務(wù)。雖然安全性和可用性是首要問題，但先鋒集團(tuán)“比過去更加關(guān)注能源問題”。

節(jié)能數(shù)據(jù)中心節(jié)省的不僅僅是電，還可以減少對高成本的基礎(chǔ)設(shè)施升級項(xiàng)目的要求，以滿足電力和冷卻方面的更大需求。有些企業(yè)還開始更進(jìn)入一步，從環(huán)保角度關(guān)注整個數(shù)據(jù)中心。

下面這些步驟可以讓機(jī)敏的數(shù)據(jù)中心管理人員領(lǐng)先一步。

合并服務(wù)器及其他設(shè)備

新墨西哥州圣菲Uptime Institute咨詢公司的創(chuàng)辦人兼執(zhí)行董事Ken Brill說，現(xiàn)有的數(shù)據(jù)中心只要作幾個方面的基本變化，就能大大節(jié)省成本，而合并服務(wù)器就是一個好辦法。他說，在許多數(shù)據(jù)中心，“10%到30%的服務(wù)器閑置沒用，它們可以關(guān)閉?！?

據(jù)一位業(yè)內(nèi)人士估計，移除物理服務(wù)器可以迅速節(jié)省成本——每年每臺服務(wù)器可節(jié)省多達(dá)1200美元的電費(fèi)。太平洋煤氣電力公司客戶能源管理部門的高級項(xiàng)目經(jīng)理Mark Bramfitt說：“就一臺服務(wù)器而言，你每年可以直接節(jié)省300到600美元的電費(fèi)；另外還可以節(jié)省300到600美元的冷卻費(fèi)用。”這家總部設(shè)在舊金山的電力公司提供了“虛擬化獎勵”計劃：由于服務(wù)器合并項(xiàng)目，每停用一臺服務(wù)器，就獎勵150到300美元。

一旦閑置服務(wù)器被移除，數(shù)據(jù)中心的管理人員應(yīng)當(dāng)考慮把服務(wù)器當(dāng)中盡可能多的應(yīng)用軟件搬移到虛擬機(jī)上。這樣，IT人員可以大大減少所需物理服務(wù)器的數(shù)量，同時提高了剩余服務(wù)器的利用率。

如今，大多數(shù)物理服務(wù)器的利用率大約只有10%到15%。VMware公司的產(chǎn)品營銷高級主管Bogomil Balkansky說，由于一臺閑置服務(wù)器消費(fèi)的電能多達(dá)其處于峰值利用率下所耗電能的30%，所以提高利用率，就能更充分地利用電力方面的投資。

為此，VMware公司正在研究與其分布式資源調(diào)度軟件有關(guān)的一項(xiàng)新功能，有望在被作為單一資源池來對待的物理服務(wù)器之間動態(tài)分配工作負(fù)荷。Balkansky說分布式電源管理技術(shù)將“把虛擬機(jī)塞到數(shù)量盡可能少的物理機(jī)上”，然后自動關(guān)閉閑置服務(wù)器的電源。工作負(fù)荷變化時，該系統(tǒng)會進(jìn)行動態(tài)調(diào)整。這樣一來，工作負(fù)荷可以在晚上非工作時間合并起來，然后到了早上業(yè)務(wù)活動多起來時，重新分配給更多的物理機(jī)。

啟用電源管理功能

雖然可以使用電源管理工具，但如今管理員并不是一直在使用。Amory Lovins是科羅拉多州斯諾馬斯的能源可持續(xù)性研究公司Rocky Mountain Institute的主席兼首席科學(xué)家，他說: “在典型的數(shù)據(jù)中心，用電量幾乎不會變。但是IT負(fù)荷卻出現(xiàn)三四倍的變化，這說明我們沒有合理實(shí)施電源管理?！?

他補(bǔ)充說，單單充分利用電源管理功能、關(guān)閉閑置不用的服務(wù)器，就能把數(shù)據(jù)中心的電能需求減少20%左右。

惠普公司的知名技術(shù)專家Christian Belady說，如今許多數(shù)據(jù)中心沒有出現(xiàn)這一幕，原因是管理員幾乎一心關(guān)注正常運(yùn)行時間和性能，IT員工還沒有習(xí)慣于使用現(xiàn)有的電源管理工具。他認(rèn)為，啟用電源管理功能可為數(shù)據(jù)中心的電力和冷卻系統(tǒng)減輕壓力，實(shí)際上提高可靠性、延長正常運(yùn)行時間。

AMD公司服務(wù)器研究小組的皓龍產(chǎn)品部門經(jīng)理Brent Kerby說，供應(yīng)商也要做更多的工作，以便使用電源管理功能。雖然AMD及其他芯片生產(chǎn)商正在實(shí)施新的電源管理功能（微軟Windws本身就支持這種功能），但他說: “你必須調(diào)整電源管理方案，才能充分利用它?！盞erby說，應(yīng)當(dāng)在默認(rèn)狀態(tài)下啟用這項(xiàng)功能。他說: “電源管理技術(shù)沒有得到充分的利用。”

利用最新處理器的電源管理功能有望大大節(jié)省電能。AMD的最新處理器可以根據(jù)調(diào)低每個核心的電壓和時鐘頻率，并減少配送給另一個耗電大戶部件——內(nèi)存的電源。Kerby說，只要啟用電源管理功能，“在50%的CPU利用率下，可以節(jié)電65%。即使在80%的利用率下，也能夠節(jié)電25%。”其他芯片生產(chǎn)商正在研究類似技術(shù)。

愛達(dá)荷州博伊斯的安全通信服務(wù)提供商DigiTar的首席技術(shù)官Jason Williams說，在一些情況下，電源管理功能有可能帶來更多問題。他在AMD64服務(wù)器上運(yùn)行Linux。他說：“我們使用很多Linux，而電源管理導(dǎo)致該操作系統(tǒng)出現(xiàn)了一些非常古怪的行為。主要是Linux內(nèi)核出現(xiàn)隨機(jī)性崩潰。如果啟用ACPI功能，有些系統(tǒng)可以正常運(yùn)行Linux，有些系統(tǒng)卻不行。這確實(shí)很難預(yù)測，于是我們通常關(guān)閉ACPI及其他任何電源管理功能。”

ACPI是指高級配置和電源接口，這是惠普、英特爾、微軟及其他業(yè)內(nèi)廠商共同制訂的一項(xiàng)規(guī)范。

升級到高能效服務(wù)器

第一代多核芯片設(shè)計顯示了總功耗顯著下降的優(yōu)點(diǎn)。英特爾的服務(wù)器技術(shù)和計劃推廣主管Lori Wigle說：“英特爾的至強(qiáng)5100功耗減少了40%，性能卻增至兩倍。”改用基于這種設(shè)計的服務(wù)器可以提高能源效率。

不過將來的節(jié)能效果可能比較有限。Sun、英特爾和AMD都聲稱，各自服務(wù)器的功耗在近期會保持不變。AMD當(dāng)前的處理器產(chǎn)品功耗在89 W到120 W。AMD的Kerby說: “這是我們目前保持的功耗范圍?！敝劣赪igle，她也沒有指望英特爾下一代產(chǎn)品的節(jié)能效果能像5100那么好。她說：“改用45納米產(chǎn)品后，我們看到效果會好一些?！?

芯片生產(chǎn)商還在把輸入/輸出和內(nèi)存控制器等功能集成到處理器平臺上。Sun的Niagra II就在一塊芯片上包含了PCI Express橋接芯片、萬兆以太網(wǎng)和浮點(diǎn)運(yùn)算等功能。Sun的首席架構(gòu)師兼著名工程師Rick Hetherington說：“我們研制出了真正的片上服務(wù)器?！?

IBM公司System x平臺部門一名不愿透露姓名的工程師表示，這種合并不意味著可在芯片層面降低總的服務(wù)器功耗。他認(rèn)為，總體考慮，凈功耗不會改變。他說：“集成帶來的節(jié)能效果被更新更快的互連技術(shù)所抵消，譬如第二代PCIe、通用系統(tǒng)接口（CSI）或HT3、全緩沖內(nèi)存（FBDIMM）或DDR3?！?

采用高能效電源裝置

John Koomey是美國斯坦福大學(xué)的顧問教授，也是勞倫斯·伯克利國家實(shí)驗(yàn)室的研究員。他說，電源裝置這個例子充分說明了人們沒有關(guān)注服務(wù)器市場的總體擁有成本，因?yàn)槿缃裨S多服務(wù)器隨帶的低能效電源裝置浪費(fèi)的電能超過數(shù)據(jù)中心里面的其他任何部件。Koomey正在帶領(lǐng)行業(yè)組織開發(fā)一種服務(wù)器能源管理協(xié)議。

改進(jìn)設(shè)計方面的進(jìn)度一直很慢。英特爾的Wigle說：“電源效率每年只提高0.5%左右。”相比而言，新的電源效率要高得多，可是在入門級服務(wù)器市場，它們因?yàn)楸容^昂貴而沒有得到普遍部署。

由于很多大眾化服務(wù)器使用低能效電源裝置，利用率達(dá)到100%時，能效最高達(dá)到70%到75%; 但是利用率如果只有20%時，能效會降到65%左右——服務(wù)器負(fù)荷平均在10%到15%之間。這意味著，電力還沒有輸送到IT設(shè)備，低能效電源裝置就已浪費(fèi)了近一半的電力。

導(dǎo)致這個問題更嚴(yán)重的是，電源裝置每浪費(fèi)一瓦特電能，僅僅為了消除數(shù)據(jù)中心因此而產(chǎn)生的廢熱，就需要另一瓦特的系統(tǒng)冷卻電能。

電源裝置供應(yīng)商ColdWatt公司的營銷主管Lakshmi Mandyam說，如今的電源裝置可以獲得80%或者更高的效率—即使在負(fù)荷為20%的情況下也能如此，但成本大大提高。高能效電源裝置的價格要貴15%到20%。

不過，改用這些更節(jié)能的電源裝置可以減少運(yùn)營費(fèi)用和資本費(fèi)用。RMI公司的Lovins說：“如果你花20美元在購買節(jié)能電源裝置上，冷卻和基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備就可以節(jié)省100美元的費(fèi)用?！彼f，要是電源裝置在一系列低負(fù)荷下無法提供80%的效率，可以認(rèn)為這種裝置是不能接受的。

各大服務(wù)器供應(yīng)商聲稱，它們已經(jīng)在各自的服務(wù)器產(chǎn)品中提供或者逐步采用更節(jié)能的電源裝置。

惠普公司正在讓自己的服務(wù)器使用統(tǒng)一的電源裝置設(shè)計。存儲、網(wǎng)絡(luò)和基礎(chǔ)設(shè)施部門副總裁Paul Perez聲稱：“今年夏天會交付能效節(jié)約非常高的電源裝置?！彼a(bǔ)充說，惠普正在設(shè)法把能效比例提高到95%?；萜盏腂elady說，該公司的所有服務(wù)器都采用能效至少是85%的電源裝置。

智能電源管理也可以提高電源裝置的利用率。譬如說，總負(fù)荷降低時，惠普的“節(jié)電（PowerSaver）”技術(shù)就會關(guān)閉C級刀片服務(wù)器機(jī)架里面六個電源裝置當(dāng)中的幾個。這就節(jié)約了電能，提高了效率。

IT人員在確定電源裝置效率時可以利用的一個資源是80Plus.org上面的結(jié)果。這個認(rèn)證計劃由電力公用事業(yè)公司發(fā)起，上面列出了哪些電源裝置在20%、50%和100%等負(fù)荷下，始終能達(dá)到80%的效率。

斯坦福大學(xué)的Koomey說，谷歌公司采用了一種創(chuàng)新的方法來提高服務(wù)器集群的電源裝置效率。電源裝置設(shè)計的費(fèi)用高是由于有時需要在不同的直流電電壓下提供多種輸出。“在設(shè)計定制主板時，他們對電源裝置設(shè)計人員說‘我們不需要所有這些直流電輸出，我們只需要12伏?！蓖ㄟ^指定單一的12伏輸出，谷歌節(jié)省了設(shè)計資金，省下來的錢用于研制效率更高的電源裝置。他說：“我們需要這樣的設(shè)計理念?！?

拆除公司內(nèi)部的障礙

Uptime Institute的Brill說，雖然IT人員認(rèn)真跟蹤性能和正常運(yùn)行時間，但大多數(shù)IT部門并不對能源效率負(fù)責(zé)，這是由于IT部門與設(shè)備管理部門分離的緣故。使用電能的是前者，拿到電費(fèi)單的卻通常是后者。

要認(rèn)識到挑戰(zhàn)、為變革提供經(jīng)濟(jì)激勵，拆除這些障礙是關(guān)鍵。隨著冷卻系統(tǒng)從簡單的機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)變成有針對性的冷卻系統(tǒng)（這種系統(tǒng)甚至把熱交換器移到了服務(wù)器機(jī)架內(nèi)部），各部門之間加強(qiáng)溝通也必不可少。

在數(shù)據(jù)中心，設(shè)備管理部門和IT部門之間的界限在日漸模糊。Rocky Mountain的Lovins說，要是因?yàn)閷儆诓煌k公室或者不同部門而幾乎不聯(lián)系的人不進(jìn)行協(xié)調(diào)，就不可能出現(xiàn)解決方案。

Lovins說，獨(dú)自設(shè)計的問題也困擾著IT設(shè)備供應(yīng)商?，F(xiàn)在工程師的專業(yè)化程度很高，往往在真空狀態(tài)下設(shè)計部件，沒有考慮使用他們設(shè)計部件的整個系統(tǒng)（這里是指數(shù)據(jù)中心）。他說，原來針對多個優(yōu)點(diǎn)而對整個系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化的整體式設(shè)計流程結(jié)果“被分成了多個部分”，一名專家“只設(shè)計一種部件或者只針對一個優(yōu)點(diǎn)來優(yōu)化某個部件?！?

遵照標(biāo)準(zhǔn)

有幾項(xiàng)計劃正在開展當(dāng)中，也許可以幫助用戶識別及購買節(jié)能效果最好的IT設(shè)備。這幾個計劃包括針對電源裝置的80 Plus計劃，以及針對服務(wù)器的擬訂中的能源之星認(rèn)證計劃。遵照美國國會命令，美國環(huán)保署正與勞倫斯·伯克利國家實(shí)驗(yàn)室合作，共同研究推廣使用節(jié)能服務(wù)器的方法，今年下半年發(fā)布相應(yīng)規(guī)范。

標(biāo)準(zhǔn)性能評估公司（SPEC）也在為服務(wù)器開發(fā)每瓦特性能基準(zhǔn)測試方法，這有助于對能源效率進(jìn)行比較提供一個基準(zhǔn)，規(guī)范定于今年發(fā)布。SPEC電源和性能委員會主席Klaus-Dieter Lange說，這項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)一旦完成，將有助于跨平臺進(jìn)行比較。Lange說，制訂這項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)的小組每周都要開會。他說，基準(zhǔn)測試會評估不同負(fù)荷下的能源效率。

力求實(shí)行變革

除非用戶需要，否則IT設(shè)備制造商不會針對能源效率而設(shè)計。雷曼兄弟控股公司的副總裁兼平臺和數(shù)據(jù)中心部門主管Joseph Hedgecock說，該公司正在竭力說服供應(yīng)商設(shè)計更節(jié)能的服務(wù)器。他說：“我們正在竭力要求更節(jié)能的電源裝置……最終是系統(tǒng)本身更節(jié)能?！?

先鋒集團(tuán)的Yale說，該公司加入了綠色網(wǎng)格（Green Grid）及其他行業(yè)組織，竭力要求提高能源效率。他說：“我們成了其中的一員，我還參與不同的信息組織。這是我們整個行業(yè)在討論的一個話題，我們正與制造商們一起來解決?！?（沈建苗編譯）

鏈接

歐盟委員會聯(lián)合研究中心的可再生能源部門近日將在倫敦召開會議，討論一個面向數(shù)據(jù)中心運(yùn)營商的非強(qiáng)制性節(jié)能行為規(guī)則。 這次倫敦會議將包含一個有關(guān)降低數(shù)據(jù)中心能源消耗的技術(shù)，以及規(guī)則中應(yīng)當(dāng)包含哪些條款的研討會。

在這之前，歐盟委員會幾乎沒有制訂計算機(jī)能耗方面的監(jiān)管規(guī)則。在美國，雖然美國環(huán)保局的能源之星計劃被國際上廣泛用來衡量臺式機(jī)的能耗，但它不包括服務(wù)器。

我們來看看和服務(wù)器有關(guān)的能源消耗情況。

服務(wù)器消耗1千瓦的能源，大約就需要1千瓦的電能為之降溫。相應(yīng)的，非服務(wù)器設(shè)備會消耗1到1.5千瓦電能。

一般數(shù)據(jù)中心每平方英尺面積消耗電量是40瓦，使用舊服務(wù)器機(jī)架的數(shù)據(jù)中心每平方英尺面積耗電量是2千瓦。

2000～2005年，全球數(shù)據(jù)中心服務(wù)器、冷卻設(shè)備和相關(guān)的基礎(chǔ)設(shè)施的耗電量幾乎增長了一倍。2005年，全球數(shù)據(jù)中心及其相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施的耗電量是72億美元，美國是27億美元。而2000年為32億美元。

對一臺450W電源的雙核典型2U服務(wù)器來說，電源變換處理就浪費(fèi)了大約35%（160W）。Gartner表示，就算到2008年末，也只有大約50%的服務(wù)器能充分利用能源。（ccw）