数据中心节能 数据中心节能

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由于当前的经济衰退，数据中心经理不得不用有限的资金预算来满足苛刻的业务需求。他们一直在尽一切可能降低运营成本。目前，增长最快的数据中心运营成本占能源成本的份额最大，但这些能源资源的大部分都被服务器和冷却系统消耗掉了。

不幸的是，目前大多数高效节能技术需要相当大的前期投资，而且只有在几年后才会有回报。但是，人们忽略了一些成本很小的技术，因为这些技术看起来不切实际或者过于极端。下面列出的八种节能方法已经过实际数据中心环境的测试，证明非常有效。这些方法有些几乎不需要投资，可以立即采用，有些可能需要一些资金，但与传统的IT资本支出回报率相比，回报周期更短。

数据中心能效的衡量标准是能源利用率(PUE)，即数值越低越好，1.0是理想值。PUE是指数据中心的总功耗与转化为有效计算任务的功耗之比。2.0意味着输入数据中心的2瓦功率中只有1瓦输入到服务器，损失的功率转化为热能，导致传统的数据中心冷却系统需要消耗功率来散热。

以下技巧可能不会降低你的PUE价值，但是你可以通过检查你的月账单来评估它们的效率。省钱才是真正的目的。

在我们列举的方法中，你找不到太阳能、风能或氢能。因为这些替代能源需要大量的先进技术投资。在当前的经济危机中，这无疑不会立即实现成本节约。相比之下，以下八种方法除了风扇、通风、管道之外，不需要任何其他复杂的技术。

这八种方法是：

极端节能方法1:调高温度设置。今天下午你可以使用这个最简单的节能方法：调高数据中心恒温器的温度设置。传统上，数据中心的温度应该设置在华氏68度以下。一般认为，这种温度设置可以延长设备的使用寿命，万一冷却系统出现故障，管理员也可以获得更多的反应时间。

但经验告诉我们，如果服务器组件出现故障，尤其是硬盘出现故障，运行温度就会升高。但近年来，IT经济跨越了一个重要的门槛：服务器的运营成本通常会超过购置成本。这使得削减运营成本的优先级高于硬件保护。

在去年举行的GreenNet大会上，谷歌的“绿色能源沙皇”比尔威尔(Bill Weihl)介绍了谷歌改善数据中心温度设置的经验。他说华氏80度是新的安全设定温度。但是，你的数据中心首先需要满足一个简单的前提条件：将用于冷却的冷空气与冷却后产生的热空气尽可能隔离，必要时使用厚塑料门帘或隔热板。

虽然谷歌说80华氏度是安全温度，但微软的经验告诉我们，我们可以把温度设得更高。微软在爱尔兰都柏林的数据中心使用“无冷却器”模式。它们由自由的外部空气冷却，服务器入口的温度为华氏95度。需要注意的是，随着设定温度的升高，会出现一个收益递减点，因为服务器风扇转速的提高会导致能耗的增加。

极端节能方法2:关闭不用的服务器。虚拟化向我们展示了将未使用的处理器、硬盘和内存置于睡眠状态的节能优势。那么为什么不关闭整个服务器呢？让服务器时刻准备就绪所带来的“业务灵活性”是否等于它们消耗的能源成本？有没有发现一些可以关闭服务器的情况？如果你关闭了服务器，那么你会得到最低的能耗值——0，至少对于服务器来说是这样。但是，你首先需要面对的是那些反对者提出的反对意见。

他们往往认为重启会降低服务器的平均使用寿命，因为电压会加载在主板电容等一些非热插拔的元器件上。这种想法已经被证明是错误的：实际上，服务器的组件与汽车、医疗设备等一些经常启动的设备使用的组件是一样的。没有证据表明频繁启动会降低服务器的MTBF(平均无故障时间)。

第二个误解是服务器启动需要很长时间。在这种情况下，您可以通过在启动时关闭诊断检查、从硬盘映像启动以及利用某些硬件的热启动功能来缩短启动时间。

第三个反对意见是：如果我们必须启动一个服务器来适应增加的负载，那么无论启动速度有多快，用户都不想等待3354。但是，即使程序的应用速度很慢，大部分应用架构也不会拒绝新用户，以至于用户根本意识不到自己在等待服务器启动。结果发现，当应用程序受到用户数量的影响时，只要能发出“我们正在启动更多服务器以加快您的应用程序速度”的消息，用户就愿意等待。

极端节能方法三：利用免费的室外空气进行制冷。更高的数据中心温度设置将为第二种节能方法做好准备，即所谓的自由空气冷却。在该方法中，低温的外部空气被用作冷却空气源，并且不再需要昂贵的冷却器。微软在爱尔兰的数据中心使用的就是这种方法。如果你试图将温度保持在华氏80度，但外部空气只有华氏70度，只需将外部空气吹进数据中心进行冷却。

与方法1相比，这种方法需要花费一些精力。你必须重新布置通风管道，让外面的空气吹进数据中心。此外，还需要安装一些基本的安全设备，如空气过滤器、干燥器、防火阀和温度传感器，以确保外界空气不会损坏精密的电子设备。

在实验中，英特尔通过使用外部空气冷却方法，成功降低了74%的能耗。在两组服务器中，第一组

　　尽管积灰严重，温度变化范围较大，但是英特尔发现使用外部空气冷却的服务器故障率并没有增加。据此，以一个功率为10兆瓦数据中心为例，每年可节约冷却成本300万美元，以及7600万加仑水，在某些地区水的价格非常高。

　　极端节能方法4 ：用数据中心冷却后产生的热空气为办公室供暖。你可以通过用数据中心冷却后产生的热空气为办公室供暖的办法将节能效果提高一倍。同样，你也可以使用办公室里温度相对低的空气为数据中心降温。在天冷的时候，你可以获得充足的暖气。与此同时，数据中心额外的冷却空气需求可以完全从外部中获取。

　　与外部空气冷却不同，你可能不再需要目前的取暖系统。也就是说，你不再需要一个一人多高的取暖炉。你也不用担心数据中心电子设备在产生的热量时会施放出有害物质。如今符合《关于限制在电子电器设备中使用某些有害成分的指令》(RoHS)的服务器在生产时已经不再使用污染环境的镉、铅、水银和多溴化合物等材料。

　　与外部空气冷却方法一样，你需要的唯一技术是采暖通风与空调系统(HVAC )方面的经验：风扇、通风管道和恒温器。你会发现你的数据中心可提供足够的热量，能够替代传统的取暖系统。IBM位于瑞士Uitikon的数据中心为当地方居民免费供暖，节约的能源成本相当于80户居民的取暖费用。TelecityGroup Paris甚至将数据中心冷却后产生的热空气常年供应一些温室以支持气候变化研究。

　　重新布置你的取暖系统可能需要花费一周的时间，但是由于成本很低，你在一年内，甚至更短的时间内即可获得收益。

　　极端节能方法5 ：为频繁读取的数据集配置SSD(固态硬盘)。由于读取速度快、功耗低、发热量小，因此SSD在上网本、平板电脑和笔记本电脑上非常流行。SSD也可以使用在服务器上，但是其成本高、可靠性低等缺点阻碍了其在服务器上的部署。幸运的是，SSD的价格在近两年出现了大幅下降，数据中心可通过部署SSD实现快速节能，你只需将一些应用存储在SSD上即可。如果配置合理，SSD可大幅降低磁盘阵列的能源和冷却成本。其大约可以减少50%的电力消耗，发热量几乎为零。

　　SSD无法克服的一个问题是写入操作次数有限。目前适合服务器存储的单层单元(SLC)固态硬盘的写入次数约为500万次。低成本的消费级多层单元(MLC)固态硬盘虽然容量比SLC固态硬盘要大，但是寿命仅为后者的十分之一。

　　好消息是，你可以从市面上买到接口兼容的固态硬盘，以替代现有的高能耗、高发热量的机械硬盘。为了迅速降低能耗，可将一些通常只需要读取的数据集存储在SSD上，如流视频文件。这样就不会遇到SSD的写入次数限制问题。除了降低能源和冷却成本外，启动速度也将大幅提升。

　　此外，在选择固态硬盘时，应当选择服务器专用固态硬盘，而不要选择台式机专用固态硬盘。服务器专用固态硬盘为了提高吞吐量，多采用多通道架构。常用的SATA 2.0接口的固态硬盘传输速率为3Gbps，而日立与英特尔联合推出的Ultrastar高端SAS固态硬盘的传输速率可达到6Gbps，容量可达400GB。尽管SSD 还存在一些设计缺陷，但这主要涉及到台式机和笔记本电脑固态硬盘的BIOS密码和加密问题，而服务器专用固态硬盘根本不存在这方面的问题。

　　极端节能方法6 ：在数据中心使用直流电。是的，重新使用直流电。道理很简单：服务器在内部使用的是直流电，这样可能消除为服务器供电时将交流电转换为直流电这一环节，实现迅速节能。

　　在21世纪初，直流电在数据中心中非常流行。因为当时数据中心的服务器电源转换效率仅为75%。但是随着电源转换效率的提高，数据中心开始采用效率更高的208伏交流电。到2007年，直流电已经不再流行。然而在2009年，直流电又重新流行起来，这要归功于高电压数据中心产品的出现。

　　在早期的数据中心当中，电力公司输出的 16000伏交流电先被转换为440伏交流电，然后再转换为220伏交流电，最后再转换为110伏交流电后才提供给服务器。每一次变压都会浪费一些电力，由于转换率低于百分之百，损失的电力被转化为热能(由于需要冷却系统将这些热量散掉，因此将导致更多的电费开支)。直接转换为 208 伏交流电可以减少一次变压，当时服务器内置电源最大效率为95%。

　　到了2009年，新的数据中心设备可以将电力公司输出的13000伏交流电直接转换为575 伏直流电输入到服务器机架上。服务器机架将575 伏直流电一次性转换为48 伏直流电后直接为机架上的服务器供电。每一次转换时的效率都是老式AC 变压技术的两倍，并且转化的热量也更少。尽管厂商宣称，可以节约50%的能耗，不过大多数专家认为节约能耗25%更为可信。

　　这种方法需要一些资金投入，不过所涉及的技术并不复杂，并且已经被证实十分有效。一个潜在的隐性开销是48伏 直流电传输需要较粗的铜电缆。焦耳定律告诉我们，在功率相同的情况下，由于电流更大，低电压比高电压需要更粗的导线。

　　极端节能方法7 ：将热量排入地下。在气候比较温暖的地区，外部空气冷却无法常年使用。比如，爱荷华州冬天的气温不是非常低，但是夏天的温度却非常高，空气的温度在华氏90至100度左右，这种温度不适合使用外部空气进行冷却。

　　通常地下数英尺处的温度相对较低，并且比较衡定。地下几乎不会受到如下雨、酷暑等户外天气的影响。如果将管道埋至地表深处，吸收了服务器热量的冷却水将在地下进行循环，这样冷却水的热量就被周围温度较低的土壤所吸收。

　　虽然这一技术并不复杂，但是地温冷却需要大量的管道。与此同时，建立一个成功的地温冷却系统需要进行仔细的分析和计算。由于数据中心是持续产生热量，单一的地温冷却槽将导致周围土壤温度饱和，进而导致冷却系统失灵。你需要分析一下数据中心周边土地的散热能力，确定特定区域内能够吸收多少热量，地下含水层是否能够提高散热能力。此外，还需要确定这一方法是否，以及会对环境带来什么影响。

　　极端节能方法8 ：通过管道将热量排到大海里。与地温冷却系统不同，大海可以无限地吸收数据中心排出的热量。海水冷却系统与地温冷却系统相似，不过你需要有充足的水源，如位于美国与加拿大边境的五大湖可以作为冷却水源。

　　将海水作为数据中心的冷却水是最为理想的情况。在滨海地区，通过热交换器，海洋可为数据中心降温。谷歌在2007年为此申请了专利。不过，谷歌的海水散热方案并不适合我们，因为在谷歌的方案中首先要拥有一座岛屿。

　　如果你的数据中心紧邻海边、大型湖泊或是内陆水道，那就情况就非常简单。数十年来，核电站就一直在用海水或湖水降温。瑞典计算机”网站在去年秋天曾经报道称，谷歌在芬兰Hamina将一个纸浆厂改造成了一个采用这种冷却方式的数据中心。该数据中心将冰冷的波罗的海海水作为唯一的冷却方式。与此同时，这些海水还作为数据中心的紧急消防用水。谷歌的实践证明该方案具有极高的可靠性。由于原纸浆厂已经铺设了用于从波罗的海抽取海水的直径2英尺的管道，因此谷歌在改造时省去了不少开销。

　　淡水湖也可以用于冷却数据中心。美国康奈尔大学位于纽约伊萨卡的校区利用附近的卡尤加湖为其数据中心和整个校园提供冷却用水。为此，该校区在2000年率先建立起了一个名为湖水冷却系统”的冷却设施。该设施每小时可抽取3.5万加仑水，并将这些华氏39度的湖水输送至2.5英里处的校园内。

　　无论淡水还是海水冷却系统都需要一个昂贵的组件——用于冷却数据中心的热交换器。这种热交换器可将用于直接冷却数据中心的冷却水与外部抽取过来的天然冷却水隔离。这种隔离是必须的，万一出现泄漏，既可保护环境，也可以保护精密的服务器设备。除了昂贵的热交换器外，海水或湖水冷却系统只需要一些普通的水管。

　　你希望节省多少资金呢?这些技术的价值在于它们并不互相排斥：你可以同时使用多种方法来实现你的短期目标和长期目标。你可以先采用最简单的办法——提高数据中心的温度设置，然后再根据节约情况评估一下剩余的其它节能七种方法

本文讲解到此结束，希望对大家有所帮助。