PDF《高温数据中心撑起节能云》

高温数据中心撑起节能云 英特尔提出从单个晶体管层面到处理器、服务器平台、数据中心 和电网的一整套技术 方案,使得云的载体――数据中心可以安全有效 地在更高温的环境下工作,从而降低云计 算数据中心的运营维护成本, 实现 节能、高效、环保 的目标.

云计算以及互联网服务需求的 增长正推动各大公司在世界 各地扩大或建设新的数据 中心.最早进行云计算部署实践的美国互 联网和 IT 巨头――谷歌和亚马逊,在云计算数 据中心上也名列前茅. 作为最 早提出云计算概念的企业之一, 谷歌为 全球提供的互联网搜 索服务就建立于其全球部署的大型云计算数据中心之上. 谷歌在美国拥有六大自建数据中心, 在欧洲有

3 个数据中心, 还有

4 个数据中心正在建设之中 (其中有

3 个在建的数据中心位于 亚洲,1 个位于南美洲) .亚马逊无疑是全球公有云平台的 领头羊,其提供的公用计算服务 也需要 拥有强大计算能力的云基础设施作支 撑.亚马逊全球拥有七大数据中心,其中

3 个位于美国,还在日本、爱尔兰、新加坡和巴西拥有数据中心,即将建成 的数据中心也达 到4个.在中国,随着信息化社会的快速推进,以及云计算、物联网等产业的崛起,数据中 心建设热潮也在日益兴起.据IC research 咨询公司提供的数据显示,2013 年中国 数据中心基础设施市场规模为人民币 153.4 亿元,预计到

2020 年,中国数据中 心保有量将超过

8 万个,总面积将超过

3000 万平方米. 数据中心属于能耗密集型产业, 大规模数据中心更是能耗巨大,其能 耗成 本往往占数据中心总体运营成本的 50%以上.据估计,全球互联网数据中心一年 的用电功率可能达

300 亿瓦,相当于

30 个核电站的供电功率.一座高端数据中 心用电量相当于

30 到40 栋高密度住宅楼房的用电量, 所以每年高额的电费支出 是数据中心的主要开销. 因此一些大型互联网公司的数据中心会建立自己的发电 站来维持数据中心的运营. 称数据中心为耗能大户丝毫也不过分.在全球倡导节 能减排和企业需要控制成本的背景下,如何节约能耗和建设绿色数据中心,成为 云计算数据中心运营和管理者关注的焦点. 在英特尔平台上构建绿色数据中心 显然,了解数据中心的能耗结构和能效水平,是降低数据中心能耗、打造绿 色数据中心的前提. 对于数据中心而言, 其能耗一般由服务器设备能源消耗、 UPS 转换能耗消耗、空调制冷系统能源消耗、照明系统和通风系统的能源消耗等

4 个部分组成.在IT 业界电能使用效率(PUE)是衡量整个数据中心效率的指标, 它是以整个数据中心设施耗用的总电能除以 IT 负载所耗电能得出的一个系数. 在一个典型的 PUE 值为 2.0 的数据中心里, IT 设备消耗 50%的能源,而空调 等冷却设备消耗大约 40%的能源.这意味着运行一台服务器实际需要的电量差不 多是这台服务器功耗的

2 倍. 而对于拥有几十台、几百台甚至成千上万台服务器 的企业来说, 这些服务器每天要消耗多少电能就可想而知了.如果对数据中心的 散热系统布局设计稍微作一些改进,整个数据中心的能效就会提高很多. 以最低的成本、 最有效的措施来降低数据中心的温度是大多数数据中心节能 降耗的自然做法,如谷歌将规模庞大的数据中心建设在靠近北极圈的北欧地区, 就是为了引入自然环境的冷空气来为 IT 设备降温.英特尔提供的技术,则能够 提供一种反其道而行之的方法, 希望通过提升数据中心的工作温度来减少冷却系 统的能源消耗,以最大程度地节约能源,并提升数据中心的 PUE 值.在这种逆向 思维下,英特尔提出了从单个晶体管到处理器、服务器平台、数据中心和电网的 一整套技术方案来应对数据中心的能源挑战. 这些技术不但可以从多个层面降低 数据中心 IT 设备的功耗,而且还支持它们在更高温的环境中工作,改变其供电 方式和电池备份,加强对数据中心 IT 基础设施的监控能力,做到应用负载与能 耗的相匹配,使整个数据中心成为一个可感知的、完整的生态系统,提高了数据 中心 IT 设备的使用效率. 传统的数据中心的温度一般维持在 18~21 摄氏度,以确保服务器能够持久 可靠运行,支持各类应用.由于生产制程工艺的改进和节能技术的应用,如今的 硬件(特别是英特尔平台组件)比以往更能适应在较高温度的环境下运行.采用 新一代服务器的数据中心,其环境温度可以维持在

27 摄氏度甚至更高.在这种 背景下,英特尔提出了高温环境(HTA)数据中心的概念.当然,提高数据中心 的环境温度并不是简单关掉空调就可以了,这也是一项庞大的系统工程.英特尔 提出的高温数据中心包含了一系列的创新技术,其中包括高温节能服务器、智能 功耗节点管理器、数据中心管理器、功耗和散热感知调度(PTAS)以及服务器电 池备份解决方案. 高温节能服务器无需空调制冷即可在 35~47 摄氏度的环境温度下稳定运行, 大大降低了数据中心的制冷能耗. 智能功耗节点管理器和数据中心管理器能够监 控每一台服务器的能耗,并且给出精确和详尽的报告,能够确保业务的连续性. 当数据中心短暂停电使用 UPS 供电时,根据业务情况,它能够通过降低功耗来延 长服务器的续航时间,以保证企业业务受到的影响最小化.而PTAS 技术可以帮 助数据中心智能分析运算量、功耗和温度,通过分析各个服务器负载情况,将运 算量在不同机柜上进行调度, 来尽量杜绝局部热点的出现.服务器电池备份解决 方案则能够为数据中心提供电池备份,这样可以为 UPS 省下一笔不小的开支,同 时也是确保业务连续性的有效手段. 英特尔和天地超云助力新浪实现 高温梦想 提高温度在某些领域看来是很悲剧的事情, 如全球变暖会使全球降水量重新 分配、冰川和冻土消融、海平面上升等,既危害自然生态系统的平衡,更威胁人 类的生存. 但提高数据中心的温度不但能够节能,而且还有利于延缓全球变暖的 趋势.根据一项实际测试,数据中心温度每提高

1 度,冷却设备能源成本可节省 多达 4%.中国互联网门户网站新浪就尝到了这样的甜头. 随着互联网的不断发展, 企业数据和个人数据都迎来了爆发性增长,这给后 端数据中心带来了新的挑战: 不断扩展的基础设施以及不断上涨的电力成本.以 新浪为代表的互联网行业在此方面深有体会.新浪研发运维部总监王朔表示,新 浪每年的??鞘??p??????恧术??谵????敞????鹧罘???????????????O?ゐ荭???肾?????蝥豳?W?????这也是互联网乃至更多行业普遍会遇到的问题.作为国内互联网行业中的领 导企业之一, 新浪与北京天地超云科技有限公司、英特尔三方共同合作打造高温 数据中心,有效提高了系统稳定性、减少了运营成本和总拥有成本,并降低了 PUE,实现了 节能、高效、环保 的目标. 尽管在先进的互联网数据中心中,已经有自然冷却、列间制冷等一系列成熟 的技术应用,以及机房规范调整、电力生产转换、空调效率等多种手段来提数据 中心的能效, 但这些技术并非能适用于所有的数据中心和应用环境. 王朔说: 真 正能适用,而且我们能够实际用到的,就是实现高温的梦想.

2012 年年初, 英特尔和天地超云联合开发的高温节能服务器产品, 助力新浪实现 高温梦想 . 天地超云和英特尔联合开发的高温节能服务器产品采用英特尔至强 E5 系列 处理器和 12U 的框架型设计,能够实现自由并柜、自由部署,同时使部署能力提 升20%.其超短冷风道设计和风扇、电源的合理部署,改善传统服务器内局部热 点问题, 避免服务器内热流乱扰现象,最大限度地将服务器内各部件的热量快速 抽出,实现了更好的通风效果和更高的散热效率,从而实现节省能源的目的.除 硬件设计之外, 超云还基于英特尔节点管理器技术,研发出新一代数据中心能耗 管理系统 iCenter,可以根据数据中心需求设置不同策略,让整个数据中心内的 每一台服务器都能工作在最佳状态, 并根据时间段和用户策略的不同需求而随时 去调整功耗的状态,从而达到节能、降耗的目的. 实际测试证明,以10 台超云高温节能服务器为例,假定在机房 PUE 为2.0 的情况下, 如果将机房温度提升至

35 摄氏度, 每年可以节约制冷耗电量

4 万度, 电费 4.8 万元;

如果将机房温度提升至

47 摄氏度,每年可以节约制冷耗电量

8 万度,电费 9.6 万元.目前,新浪与天地超云的合作已经取得阶段性成果.据王 朔推算, 部署高温节能服务器可以实现数据中心耗电下降 18.3%, PUE 降低 0.36. 如果新浪的数据中心全部采用高温服务器硬件, 数据中心每年节省的电费就将近 千万级别. 这种降幅对包括新浪在内的任何一家互联网公司而言,都是不能忽视 的数字. 可以预见, 在未来我们将会看到越来越多的高温服务器服务于数据中心,服 务于云计算,并将引领未来 IT 逐渐走向高温、节能、环保的绿色发展之道.而 对于全球数以亿计的网民而言, 高温数据中心让他们在网上发邮件、上传照片或 者在社交网络分享生活时多了一份宁静和从容,不会担心有人说他们 不低碳, 不环保 了. 作者:杨朝峰 ――转载自 IEEE Spectrum 中文版《科技纵览》2014 年第

7 期 ........