綠色運(yùn)算的迫切性

眾所周知，能源是地球上有限資源。人類生產(chǎn)力的不斷發(fā)展，使人類的生活不斷提高，但同時(shí)也在加速耗盡地球的能源儲(chǔ)備。能源的急劇消耗也帶來(lái)污染等環(huán)境問(wèn)題，能源的消耗往往伴隨產(chǎn)生二氧化碳，大量二氧化碳排放形成地球的溫室效應(yīng)，全球氣候變暖開(kāi)始給人類帶來(lái)種種難題。人類一方面需要尋找新的、環(huán)保能源以外，另一方面要提高能源的使用效率，節(jié)約能源多辦事。

數(shù)據(jù)中心作為一個(gè)用電單位，也需要響應(yīng)提高能源使用效率的號(hào)召。而事實(shí)上，由于硬件的計(jì)算能力不斷提升，計(jì)算密度不斷增大，數(shù)據(jù)中心在用電和冷卻方面的能耗已經(jīng)引起了人們的高度重視：

兩三年前，數(shù)據(jù)中心一個(gè)機(jī)柜的用電功率通常在 2千瓦，而產(chǎn)生每平方英尺 40瓦的散熱；而在當(dāng)今的高密度運(yùn)算環(huán)境下，一個(gè)機(jī)柜的用電功率在 10千、15千、甚至是 25千瓦，散熱在每平方英尺 350瓦至 500瓦。計(jì)算設(shè)備對(duì)用電和冷卻要求的提高很容易超出數(shù)據(jù)中心原來(lái)的設(shè)計(jì)能力。

計(jì)算設(shè)備消耗大量的電能，維持?jǐn)?shù)據(jù)中心的冷卻也要使用大量的電能。數(shù)據(jù)中心能源消耗不斷增大。近年來(lái)能源成本不斷升高，電費(fèi)在數(shù)據(jù)中心的整體擁有成本中所占的比例不斷增加，提高數(shù)據(jù)中心能源效率所帶來(lái)的成本節(jié)省可以是非常明顯的。

數(shù)據(jù)中心已經(jīng)從單純追求運(yùn)算能力，變成追求運(yùn)算能力和能源效率并重的綠色運(yùn)算了。

綠色運(yùn)算的含義

如下圖所示，一個(gè)數(shù)據(jù)中心的整體用電可以分為三大部份：IT 設(shè)備用電、冷卻用電和其它用電，而 IT 設(shè)備用電則還要通過(guò) UPS（不間斷電源）、PDU（電源分送單元）、開(kāi)關(guān)和電纜等設(shè)施。

綠色運(yùn)算的含義便在于：

盡量減少數(shù)據(jù)中心的整體用電量。
盡量增大數(shù)據(jù)中心整體用電中用于 IT 系統(tǒng)比例。
盡量減少用于非計(jì)算設(shè)備（電源轉(zhuǎn)換、冷卻等）的用電消耗。

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提高數(shù)據(jù)中心能源效率的方法

IBM 建議采用 6個(gè)方法提高數(shù)據(jù)中心的能源效率：

引進(jìn)刀片式架構(gòu) —— 使用刀片服務(wù)器取代傳統(tǒng)臺(tái)式或機(jī)架式設(shè)備。
選擇節(jié)能服務(wù)器 —— 使用采納能源高效設(shè)計(jì)和部件的系統(tǒng)。把單位能源消耗下的計(jì)算性能作為選擇系統(tǒng)的一個(gè)重要指標(biāo)。
精確計(jì)算用電功率 —— 使用用電管理軟件精確計(jì)算用電功率和智能化控制系統(tǒng)用電。
虛擬化 —— 通過(guò)虛擬化合并物理服務(wù)器，并提高服務(wù)器使用率。
考慮水冷——采用風(fēng)冷與水冷相結(jié)合的冷卻方案可大大降低冷卻成本。
提高機(jī)房設(shè)施整體能源效率 —— 通過(guò)專業(yè)的機(jī)房評(píng)估、測(cè)量、設(shè)計(jì)和建設(shè)服務(wù)提高數(shù)據(jù)中心的整體能源效率

引進(jìn)刀片式架構(gòu)

刀片式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想在于簡(jiǎn)化 IT 基礎(chǔ)架構(gòu)，提高物理資源的利用率：

多個(gè)刀片服務(wù)器使用同一機(jī)箱，與相同配置、相同數(shù)量的機(jī)架式服務(wù)器相比，可節(jié)省多至 50% 的空間。

多個(gè)刀片服務(wù)器共用冗余電源和冗余送風(fēng)設(shè)施，與機(jī)架式服務(wù)器相比較，電源轉(zhuǎn)換和輸送上的損耗、送風(fēng)部件的耗電攤分到多個(gè)刀片服務(wù)器上，整體的能源效率提高可達(dá) 44%。

局域網(wǎng)交換機(jī)模塊和 SAN 交換機(jī)模塊集成到刀片服務(wù)器中心（機(jī)箱），多個(gè)刀片服務(wù)器共用機(jī)箱內(nèi)集成的、冗余的 I/O 連接設(shè)施，刀片服務(wù)器與外部網(wǎng)絡(luò)和存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)的連接被大大簡(jiǎn)化，外部網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)和存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)的數(shù)量也得以減少，進(jìn)一步節(jié)省能源消耗。

選擇節(jié)能服務(wù)器

服務(wù)器內(nèi)部有多個(gè)部件在消耗能源：CPU、內(nèi)存、硬盤、主板、電源和風(fēng)扇等等。其中單個(gè)部件所占總體耗電比例最大的是 CPU，多達(dá) 30%。近年 CPU 的生產(chǎn)廠商都致力提高 CPU 的能源效率，不再單一追求性能，最明顯的一個(gè)改變就是通過(guò)多核技術(shù)而非通過(guò)提高時(shí)鐘頻率提升性能。CPU 也逐漸融入了其它節(jié)能的功能，如根據(jù)工作負(fù)荷自動(dòng)調(diào)整時(shí)鐘頻率和功耗的智能。

基于 x 86 架構(gòu)的服務(wù)器，各廠商采用相同的 CPU，節(jié)能水平的差異就體現(xiàn)在服務(wù)器的其它部份了：電源和風(fēng)扇，這兩個(gè)部份占總體耗電的比例可達(dá) 40% 以上。

以刀片服務(wù)器為例，IBM 的刀片中心采用先進(jìn)的校準(zhǔn)矢量冷卻技術(shù)（Calibrated Vector Cooling），以少量的送風(fēng)部件便可滿足整體冷卻要求，減少活動(dòng)部件便可減少功耗和提高可靠性。

另外 IBM 刀片中心采用數(shù)量較少而能效最高電源部件，交流轉(zhuǎn)直流的效率可達(dá) 91%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于市場(chǎng)上的普通電源（交流轉(zhuǎn)直流的效率在 65%~ 75% 之間）。交流轉(zhuǎn)直流的損耗實(shí)際上是轉(zhuǎn)化為散熱，電源的高能效一方面節(jié)約的耗電，另一方面減少了散熱，進(jìn)一步數(shù)據(jù)中心整體的散熱能耗。

IBM 刀片中心是市場(chǎng)上同類產(chǎn)品的“節(jié)能標(biāo)兵”。

精確計(jì)算用電功率

通常來(lái)說(shuō)，UPS 等供電設(shè)施在工作負(fù)荷越高時(shí)損耗比例越低，能源效率越高。所以精確地計(jì)算設(shè)備的用電功率，配以適當(dāng)容量的供電設(shè)施，可以提高數(shù)據(jù)中心的能源效率。

目前，數(shù)據(jù)中的供電通常以計(jì)算設(shè)備額定標(biāo)稱的用電功率來(lái)做計(jì)劃。而廠家確定的額定標(biāo)稱用電功率是在設(shè)備滿配功耗的基礎(chǔ)再加以一定的預(yù)留量制定，實(shí)際使用中的功耗往往與額定標(biāo)稱有相當(dāng)大的距離。如果可以對(duì)實(shí)際功耗進(jìn)行準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)記錄，就能更精確的計(jì)算數(shù)據(jù)中心的用電功率。

IBM 的 PowerExecutive 軟件可以很好地解決這個(gè)問(wèn)題。PowerExecutive 是 IBM Director 的一個(gè)插件，通過(guò) IBM Director 平臺(tái)與 IBM 各種服務(wù)器通訊，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和命令的傳送。IBM 服務(wù)器的不同部位安裝了感應(yīng)器，用電和溫度的數(shù)據(jù)可以隨時(shí)準(zhǔn)確地送給 PowerExective。需要強(qiáng)調(diào)的是，在服務(wù)器一端，數(shù)據(jù)收集、與 PowerExecutive 通訊和執(zhí)行 PowerExecutive 命令的功能是由 IBM 服務(wù)器的微碼實(shí)現(xiàn)的，在服務(wù)器上不需額外安裝軟件，也與操作系統(tǒng)無(wú)關(guān)，這一點(diǎn)是在業(yè)界領(lǐng)先的。

PowerExecutive 除了可以對(duì)服務(wù)器各部份的用電和溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，提供最準(zhǔn)確的用電數(shù)據(jù)外。還有其它智能控制服務(wù)器用電的功能。其中一個(gè)功能是“封頂”（Capping），可以對(duì)服務(wù)器的用電功率進(jìn)行封頂，即可以通過(guò)控制服務(wù)器的性能而達(dá)到保證用電功率不超過(guò)封頂值的效果。有了這個(gè)功能，數(shù)據(jù)中心就可以放心地按照服務(wù)器封頂值配置供電設(shè)施，也可以在不增加當(dāng)前供電設(shè)施容量的情況下，安全地安裝更多的計(jì)算設(shè)備。

PowerExecutive 對(duì)服務(wù)器用電的智能控制功能還在不斷地豐富，支持的硬件平臺(tái)也在不斷增加，在未來(lái)，必定成為控制數(shù)據(jù)中心用電的上佳工具。

虛擬化

虛擬化方案是用小量高端物理服務(wù)器內(nèi)的邏輯分區(qū)替代大量低端的物理服務(wù)器，虛擬化的其中一個(gè)作用就是提高物理服務(wù)器的使用率。實(shí)際使用的統(tǒng)計(jì)表明，大部份 Window/x 86 服務(wù)器的平均使用率只在 8 ~ 10% 左右，而通過(guò)虛擬化，在提供相同性能的前提下，物理服務(wù)器的平均使用率可達(dá)到 70% 以上?？梢?jiàn)虛擬化可以大大減少物理設(shè)備的數(shù)量，整體能耗也能顯著地降低。

IBM 在服務(wù)器虛擬化領(lǐng)域，一直處于領(lǐng)先的地位。System p 通過(guò) Advanced POWER Virtualization，System x 通過(guò)與 VMware 的戰(zhàn)略聯(lián)盟，為廣大客戶提供業(yè)界最為完善和先進(jìn)的虛擬化方案。

考慮水冷

近年來(lái)，退出數(shù)據(jù)中心已經(jīng)十年的機(jī)房水冷方案又重新得到數(shù)據(jù)中心的青睞。其根本原因就是冷卻成本，水冷與風(fēng)冷配合可以顯著降低數(shù)據(jù)中心冷卻的整體用電，在實(shí)際應(yīng)用中可達(dá)到冷卻方面用電成本減半的效果。

IBM 的 Cool Blue Rear Door Heat eXchanger（RDHX，背門熱交換器）就是一個(gè)容易實(shí)施、有效的機(jī)柜水冷產(chǎn)品。RDHX 是一個(gè) 5 公分厚的機(jī)柜門板，面板是內(nèi)通冷水的濾網(wǎng)，以 RDHX 取代原有的機(jī)柜背門，并與建筑物的冷水循環(huán)系統(tǒng)相結(jié)合，機(jī)柜內(nèi)設(shè)備散出來(lái)的熱風(fēng)經(jīng)過(guò) RDHX 的熱交換得到冷卻，數(shù)據(jù)中心對(duì)空調(diào)的要求會(huì)大大降低，冷卻所需的耗電也大大減少。

另外，RDHX 也是用于解決數(shù)據(jù)中心局部熱電的有效和經(jīng)濟(jì)的方案。

提高機(jī)房設(shè)施整體能源效率

數(shù)據(jù)中心的用電和冷卻其實(shí)是很復(fù)雜的問(wèn)題，需要考慮的方面很多，如：機(jī)柜的布置、空調(diào)的布置、氣流的控制、供電設(shè)施的選用等等。要提高數(shù)據(jù)中心的整體能源效率，常常沒(méi)有一個(gè)單一的方案，而什么方案才是最經(jīng)濟(jì)、最有效，更不是一個(gè)有簡(jiǎn)單答案的問(wèn)題。對(duì)數(shù)據(jù)中心的專業(yè)評(píng)估、設(shè)計(jì)和建造服務(wù)可以帶來(lái)最佳的節(jié)能效果，往往達(dá)到最好的成本控制。

IBM 數(shù)據(jù)中心和智能化集成服務(wù)（IBM Site and Facilities Services）從 1986 開(kāi)始實(shí)踐，設(shè)計(jì)和建設(shè)了超過(guò) 3千萬(wàn)平方英尺架高地板的機(jī)房；擁有機(jī)械和電力方面的工程師、空間布置專家和項(xiàng)目經(jīng)理，大部份有超過(guò)20年的從業(yè)經(jīng)驗(yàn)；并且可以調(diào)動(dòng)產(chǎn)品方面的專家和研發(fā)方面的資源，可以提供客戶機(jī)房和IT環(huán)境的實(shí)施、整合和自動(dòng)化方面的專業(yè)知識(shí)和技能，幫助客戶創(chuàng)建優(yōu)化的、可靠的和高效的基礎(chǔ)設(shè)施，支持業(yè)務(wù)的發(fā)展。

總結(jié)

IBM 作為全球最大的 IT 系統(tǒng)和服務(wù)供應(yīng)商，一直積極響應(yīng)社會(huì)對(duì)節(jié)約能源和保護(hù)環(huán)境的號(hào)召，倡導(dǎo)和參與 IT 行業(yè)各種節(jié)約能源和保護(hù)環(huán)境的運(yùn)動(dòng)和實(shí)踐，在提高數(shù)據(jù)中心能源效率方面上有大量人力和物力的投入。IBM 能從 IT 產(chǎn)品、冷卻方案、專業(yè)的數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)和建設(shè)服務(wù)上向廣大客戶提供全面的解決方案，實(shí)為廣大客戶實(shí)現(xiàn)綠色運(yùn)算的最佳合作伙伴。