綠色數據中心的基礎概念

    什么是綠色數據中心？綠色數據中心應該參照什么樣的標準來設計？目前這些問題都還沒有一個公認的概念和標準。綠色數據中心在標準方面依然面臨缺位，行業(yè)內對此認識也還不夠深入。以前的國家標準主要針對計算機信息中心，而機房標準只針對基礎設備層面的技術需求而提出。現在的數據中心不但涉及計算機設備，還要應對存儲管理和應用軟件等方面的要求，導致當前沒有制定出詳細的技術參數標準來界定綠色數據中心的標準。因此，國家應當盡快投入人力物力，提早出臺綠色數據中心的規(guī)范和標準，以此來指導數據中心的建設。

    一、目前數據中心存在的問題

    綠色數據中心是數據中心發(fā)展到一定階段的必然要求，它是涉及數據中心整體的系統問題，包括整體建筑、機房、空調、UPS、服務器等IT設備、應用系統和數據管理效率等全方位的問題。綠色數據中心的對公司發(fā)展的必要性能源緊缺是當今世界的難題。降低能耗是公司每一個業(yè)務環(huán)節(jié)所必須關注的，并成為提高企業(yè)成本競爭力的一個保障。在確保業(yè)務穩(wěn)定運營的同時，降低IT長期運營的成本，是每一個現代企業(yè)的任務。

    那么，當前用戶的數據中心應對綠色數據中心的表述，還存在哪些主要問題呢？

    1、物理環(huán)境層面的問題，物理層面主要包括機房、UPS、布線、監(jiān)控、空調等。

    傳統數據中心普遍存在局部過熱導致的宕機。傳統數據中心因設計不合理而制冷不能按實際設備的需要進行分配，導致總體能源浪費高且存在局部過熱而宕機。機房空調設置不合理，沒有采用機房專用的精密空調，而是直接采用了家庭舒適性空調。電源線纜布放過細，存在重大的安全隱患。沒有配備保障電源，機房的設備安全運行無法保證。

    科學的數據中心動力配置，成本會在建設初期提高，相比由此帶來的系統穩(wěn)定運營帶來的業(yè)務高可靠性，同時體現出的節(jié)能減耗帶來的低成本價值。

    2、IT設備層面的問題，包括服務器、存儲等，解決方案如服務器虛擬化、芯片性能能耗比提高等。

    數據中心的電力密度在過去10年間增長了10倍。美國在1992年每機柜2.1千瓦，到了2006年漲到14千瓦;很多企業(yè)經常因電力限制而無法充分利用其機柜空間。處理器能力的飛速提高，導致數據中心基礎設施電源需求大幅增加，既要用電力來驅動系統的運行，又要用相當的電力來驅動空調，以冷卻系統產生的熱量。

    3、數據應用管理層面，包括應用系統與數據庫，解決方案如應用系統整合、信息生命周期管理等。

    傳統的數據中心數據存儲混亂，沒有達到服務器與存儲的最佳效能比。這樣導致了數據管理的困難和潛在危險。很多數據中心中的數據沒有合理和及時的進行災備，也給突發(fā)事件的處理帶來了很大的麻煩。要最大限度地發(fā)揮員工、合作伙伴和客戶的潛力，組織中的每個員工必須能夠快速查找和訪問信息。對于必須應對無計劃的應用程序停機、較差的系統可伸縮性和性能以及對數據安全性缺乏適當控制等情形的 IT 專業(yè)人士和數據庫管理員，過時或效率低下的數據管理系統難以滿足此需求。

    二、綠色數據中心標準的商榷

    所謂數據中心的“綠色”，業(yè)界標準并不統一，也沒有形成可以參考的規(guī)范。筆者認為，綠色標準可以體現在兩個方面：第一、整體設計的科學合理和設備的節(jié)能環(huán)保。綠色應該體現在通過科學的機房配置建設設計或改善，來形成動力環(huán)境最優(yōu)化的配置，實現初始投入最小化;在保障機房設備穩(wěn)定運營的同時，達到節(jié)能減耗;同時服務器、網絡存儲等設備要實現最大化的效能比。第二、滿足IT環(huán)境的基本運營，同時確保可擴展性。要合理規(guī)劃數據中心的使用壽命，爭取達到總體TCO最小化。

    針對數據中心的綠色化標準，可以參考如下指標：

    1. 數據中心能源效率指標。該指標將評估一個數據中使用的能源中有多少用于生產，還有多少被浪費掉。其中綠色網格組織的電能利用率PUE (Power Usage Effectiveness) 影響較大，PUE=(數據中心的總用電量)/(IT設備的總用電量)。數據中心電能利用率的物理含義是在用戶總輸入電能中，到底有多少的電能是真正被饋送到IT設備上。數據中心機房的PUE值越大，則表示用于確保 IT設備安全運行所配套的、由UPS供電系統、空調系統、輸入/輸出供配電系統以及照明系統等所組成的動力和環(huán)境保障基礎設施所消耗的功耗越大，所以 PUE值越小，越能體現機房的節(jié)能性。目前，國內絕大多數的數據中心PUE為3左右，歐美一些國家PUE平均值在2左右。

    2.IT設備的能效比。IT設備能效比=(IT設備的數據處理流量/秒或數據吞吐量/秒)/IT設備的功耗，IT設備諸如服務器、存儲等主要設備。所選用IT設備的能效比越高，則意味著IT設備每消耗1W的電能，所能處理、存儲和交換數據量越大。因此李成章先生認為：由此所帶來的另一個潛在好處是可以大幅度地降低數據中心機房所需配套的UPS和空調系統的容量和功耗,從而達到節(jié)能、節(jié)投資和節(jié)省機房安裝面積的目的。因此，當我們在選用服務器時，不僅需要了解各種產品在滿負荷運行時的功耗大小和效率的高低。還需了解它們在輕負荷運行時的實際功耗大小和效率的高低。

    3.IT設備的工作溫度和濕度范圍。如果用戶選用了對工作溫度和濕度都很敏感的IT設備，勢必會導致他們必須再花費大量的人力和物力去建立和維護耗能很大的空調保障系統。因此，應盡量選用具有較寬工作溫度和濕度范圍的IT設備。此外，相關的運行經驗顯示：對于空調系統而言，在其它的運行工況條件保持不變的情況下，如果將空調機的運行溫度(例：回風口的溫度)提高1℃，就能將其運行效率提高3%左右。

    4. 技術本身的能源效率指標。如電腦顯示器、服務器、芯片等，它所運行的時候使用多少能源。很多的國家都有關于消費電子產品的能耗標準。正是此背景之下，在信息產業(yè)部所公布的首批“節(jié)能降耗電子信息技術、產品與應用方案推薦目錄”中、已將服務器的“節(jié)能指標”納入到國家的節(jié)能規(guī)劃體制。從某種意義上講，它標志著在我國推進服務器的節(jié)能工作已進入了一個嶄新的階段。與此相配合的動向之一是：近年來，若干著名的服務器生產商(例：IBM、HP、Dell、Sun和Cisco等公司)紛紛提出各自的“綠色數據中心”解決方案。

    5. 機房基礎設施的利用率指標。關鍵電源及制冷設備的綜合利用率、布線的合理程度、管理的人性化程度等。在機房的基礎設施方面，與UPS相關的電源設備也是節(jié)能需要重點考慮的環(huán)節(jié)。調查顯示，盡管機房UPS的購買成本約占整個機房投入的5%左右，但是，其電源消耗可能占機房總電耗的10%以上。要降低數據中心制冷的能源消耗，最根本的辦法是減少外界的熱量進入，同時減少內部熱量的產生。減少外界的熱量就要求作為建筑物的數據中心要符合相關標準，如符合GB50189-2005《公共建筑節(jié)能設計標準》的要求。

    三、對綠色數據中心的建設與評估

    綠色數據中心的本質是一整套設計和方法論，而不是簡單地購買新一代產品，最高效的數據中心不一定就是綠色的。綠色數據中心需要全面的理解和整體認識，這包括位置、環(huán)境、物理建筑、基礎設施、員工、系統建設和維護等眾多因素。如同周源所說，“對于企業(yè)IT負責人來說，綠色數據中心的效果就像是一條長尾——曲線靠前的頭部通常由服務器功耗、體積、空調功耗、不間斷電源等’大指標’組成，而在曲線的尾部則是由空氣動力設計、設備擺放位置、機柜和服務器之間的距離、維護難易程度等無數’小指標’組成。如果沒有整體設計和方法論，即使抓住了全部的“大指標”，也未必能達到理想的綠色效果。”

    1、基礎設施與動力環(huán)境設計、安裝合理，達到最優(yōu)化

    第一，數據中心應配置保證電源，至少配置N+1的UPS電源，確保市電中斷以后能確保設備正常運行。如果條件可以，應該再配置一臺發(fā)電機，確保市電中斷時間過長造成的影響。

    第二，數據中心要配置機房專用的精密空調，并做好整體監(jiān)控，能夠根據機房環(huán)境和濕度的變化隨時對空調的運行進行調節(jié)。

    第三，數據中心要建設專用的送風通道。數據中心的設備由于能耗大，發(fā)熱量也大，下送風方式效果最好，因此必須在機房設置地板，建立專用的下送風通道。

    第四，要進行專門的規(guī)劃。要根據公司的發(fā)展做好規(guī)劃，最好能對機房進行全面的規(guī)劃，然后根據業(yè)務發(fā)展的需要分步實施。只有這樣，機房的建設才會正規(guī)，才不會出現電源線纜發(fā)熱的情況。

    2、重點關注耗能的各個部分，層層把關，嚴防超標

    第一、IT設備系統。由服務器、存儲和網絡通信等設備所產生的功耗約占數據中心機房所需的總功耗的50%左右。其中服務器所占的總功耗為40%左右，另外10%功耗由存儲設備和網絡通信設備均分。

    第二、空調系統。由它所產生的功耗約占數據中心機房所需的總功耗的37%左右。其中25%左右的功耗來源于空調的制冷系統所產生的功耗，12%左右的功耗來源于空調送風和回風系統所產生的功耗。

    第三、UPS供電系統。它們的功耗約占機房總功耗的10%左右。其中7%左右來源于UPS供電系統所產生的功耗，3%左右來源于UPS輸入供電系統系統所產生的功耗。

    第四、照明系統。它約占數據中心機房所需的功耗的3%左右。

    3、注重數據中心的整體成本和環(huán)保措施，達到最大效用比

    當前，建造綠色數據中心和建造普通數據中心的成本基本相差不多，很多所謂的“綠色實施”，比如更高效的服務器，更高的整合程度，虛擬化技術的應用以及高效的冷卻設備，很快都成為了當前數據中心建設的標準，因此“綠色”和“傳統”數據中心建設成本的區(qū)別有時并不明顯。對于環(huán)保問題，數據中心的建設不僅僅是服務器、存儲等設備的節(jié)能環(huán)保，數據中心本身的建設也要遵循環(huán)保規(guī)范。一般來說，一提起數據中心的綠色環(huán)保措施，人們首先想到的就是減少能耗、增添能效、減少空調數量以便節(jié)省能源等，措施基本都集中在對硬件設備的改造上。軟件同樣也是實現數據中心綠色節(jié)能環(huán)保的主要手段。軟件為綠色數據中心做的最大貢獻體現在，軟件可以改變數據中心中數據系統的架構，從而帶來服務器使用數量以及服務器中各種硬件設備的減少，由此實現綠色數據中心的目標。采用目前流行的虛擬化技術，可以讓一臺服務器中運行多個應用，這相當于可將一臺服務器作為幾臺服務器使用，這就大大提高了服務器的使用效率，并減少了服務器的數量，這是對綠色數據中心做的貢獻之一，也是為什么虛擬化軟件日益流行的主要原因。■