淺析數(shù)據(jù)中心布線系統(tǒng)的綠色環(huán)保與節(jié)能

文｜羅森伯格亞太電子有限公司 周 鋒

1 前言

隨著信息化的飛速發(fā)展，數(shù)據(jù)中心作為網(wǎng)絡(luò)的核心節(jié)點(diǎn)，強(qiáng)有力的支撐著網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行，數(shù)據(jù)中心建設(shè)的關(guān)注度也大幅提升。數(shù)據(jù)中心在建設(shè)過程中所遇到的電能消耗、綠色環(huán)保等問題漸漸被IT經(jīng)理及方案提供商所關(guān)注。對網(wǎng)絡(luò)需求的快速發(fā)展，使得許多投資方不惜重金搭建更為先進(jìn)的數(shù)據(jù)中心。綜合布線系統(tǒng)，作為網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)物理平臺，是數(shù)據(jù)中心建設(shè)的重點(diǎn)之一，直接關(guān)系到數(shù)據(jù)中心的穩(wěn)定性。在TIA 942標(biāo)準(zhǔn)的指引下，全球數(shù)據(jù)中心布線系統(tǒng)以結(jié)構(gòu)化、高密度、高帶寬、易拓展、綠色化等為核心理念，發(fā)展為整個(gè)數(shù)據(jù)中心布線行業(yè)的方向。

綜合布線系統(tǒng)僅僅是一個(gè)無源系統(tǒng)， 它給網(wǎng)絡(luò)設(shè)備提供一個(gè)無源平臺，是網(wǎng)絡(luò)的底層和基礎(chǔ)。綜合布線相對網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用具有透明性，即布線系統(tǒng)與不同網(wǎng)絡(luò)的操作系統(tǒng)和上層的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備都提供同樣的支持。各種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備是架設(shè)在布線系統(tǒng)上的一個(gè)有源平臺，如果基礎(chǔ)平臺上的綠色環(huán)保沒有保障，則在此以上的有源平臺功耗會成倍的增加。綠色布線系統(tǒng)一次性投入后，一般會持續(xù)運(yùn)營十五年以上，布線系統(tǒng)的壽命與穩(wěn)定也直接關(guān)系到數(shù)據(jù)中心的運(yùn)行維護(hù)情況。

“綠色”已成為當(dāng)今數(shù)據(jù)中心建設(shè)的時(shí)代主題，依據(jù)羅森伯格HDCS在數(shù)據(jù)中心綜合布線實(shí)施研發(fā)中十五年以上的經(jīng)驗(yàn)，“綠色”主要包含“綠色環(huán)保”和“綠色節(jié)能”兩大重要組成部分。隨著全球能源及碳排放問題的關(guān)注度日益加大，綠色數(shù)據(jù)中心布線是數(shù)據(jù)中心發(fā)展到一定階段的必然需求。

2 數(shù)據(jù)中心的綠色環(huán)保

探討數(shù)據(jù)中心的綠色布線首先要考慮綜合布線方案中所選擇產(chǎn)品的材質(zhì)是否環(huán)保。評判是否環(huán)保有很多可以參考的依據(jù)，國內(nèi)外均有相關(guān)的政策支持與認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)。2008年的北京奧運(yùn)村、2010年的上海世博會都宣布了將全部使用環(huán)保型產(chǎn)品的相關(guān)政策規(guī)定，在將來通信行業(yè)綠色環(huán)保型產(chǎn)品也將有所偏重，數(shù)據(jù)中心作為網(wǎng)絡(luò)的核心節(jié)點(diǎn)選材的綠色環(huán)保尤其重要。

RoHS 2002/95/EC標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定在電子和電氣產(chǎn)品中嚴(yán)禁使用六種有害物質(zhì)，歐盟頒布RoHS指令時(shí)間要求：于2006年7月1日起，禁止在市場銷售含有鉛、汞、六價(jià)鉻、多溴化聯(lián)苯和多溴化二苯醚。RoHS作為重要的參考標(biāo)準(zhǔn)是限制使用有害物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。數(shù)據(jù)中心建設(shè)中應(yīng)優(yōu)先選取符合RoHS標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品，否則這些材料的產(chǎn)品對環(huán)境產(chǎn)生危害，留下重污染廢棄物，因此在數(shù)據(jù)中心布線產(chǎn)品選型中嚴(yán)禁使用包含有害物質(zhì)超標(biāo)的產(chǎn)品將大大降低對環(huán)境的危害。

當(dāng)前很多企業(yè)，都嚴(yán)格按照RoHS標(biāo)準(zhǔn)來生產(chǎn)，致力于環(huán)境的保護(hù)和綠色環(huán)保產(chǎn)品的可持續(xù)性發(fā)展，隨著符合RoHS標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品的推出，在生產(chǎn)和使用過程中產(chǎn)生的廢棄物也盡可能的循環(huán)再使用和重新利用。許多核心企業(yè)價(jià)值觀中，社會責(zé)任感是很重要的一條，把環(huán)境和資源保護(hù)看作產(chǎn)品解決方案的附加值。

數(shù)據(jù)中心在高密度的同時(shí)，盡可能的選用預(yù)端接光纜產(chǎn)品，減少了75%的施工安裝時(shí)間，如圖1所示。預(yù)端接光纜產(chǎn)品相當(dāng)于普通光纜+光纖熔接+光纖尾纖+光纖測試+返工+便捷安裝+高性能+免維護(hù)。采用預(yù)端接光纜相對于傳統(tǒng)現(xiàn)場熔纖，不僅僅提高了品質(zhì)與性能，并且減少了產(chǎn)品現(xiàn)場安裝所產(chǎn)生廢棄的耗材，使整體實(shí)施過程更加環(huán)保高效。

圖1

依據(jù)國內(nèi)外的各類規(guī)范，數(shù)據(jù)中心在選取線纜時(shí)應(yīng)考慮阻燃、低煙、無煙氣毒性和無腐蝕性，在起火時(shí)兼顧人員和設(shè)備的損失。全球各地的防火標(biāo)準(zhǔn)各不相同，北美UL標(biāo)準(zhǔn)，按線纜陰燃在起火時(shí)優(yōu)先強(qiáng)調(diào)如何減少火焰擴(kuò)張，火勢蔓延和煙霧產(chǎn)生。北美UL標(biāo)準(zhǔn)按阻燃等級從高到低分為：阻燃CMP、非助燃干線級CMR、非助燃商用級CM、非助燃通用級CMG和一般家居級CMX；而歐洲各國在布線領(lǐng)域則力推屏敝和低煙無鹵，注重信息安全和人員安全。歐洲低煙無鹵包含三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)：IEC 60332-3或IEC 60332-1（火焰擴(kuò)張和陰燃）、IEC 61034（煙霧發(fā)散）、IEC 754（腐蝕性和毒性）；低煙無鹵特點(diǎn)是不僅具有優(yōu)良的阻燃性能，而且構(gòu)成低煙無鹵電纜的材料不含鹵素，燃燒時(shí)的腐蝕性和毒性較低，產(chǎn)生極少量的煙霧，從而減少對人體、儀器及設(shè)備的損害，有利于發(fā)生火災(zāi)時(shí)及時(shí)救援。因此在數(shù)據(jù)中心中低煙無鹵線纜的選取也是綠色環(huán)保重點(diǎn)之一。

3 數(shù)據(jù)中心的綠色節(jié)能

在數(shù)據(jù)中心布線過程中，一旦綜合布線安裝完成，就應(yīng)做好保護(hù)工作并且不再對其進(jìn)行操作。之后的任何網(wǎng)絡(luò)配置改變，都應(yīng)通過移動(dòng)MDA水平交叉連接上的光銅跳線來完成。這樣，MDA區(qū)域就成了物理層管理所關(guān)注的對象，在設(shè)計(jì)MDA區(qū)域時(shí)，應(yīng)注意其長期的管理性、可靠性、安全性和擴(kuò)展性。

數(shù)據(jù)中心能源消耗巨大，并呈不斷加大的勢頭，占全球碳排放的比例不斷上升，提升數(shù)據(jù)中心能效刻不容緩。“綠色電網(wǎng)”是一個(gè)非盈利性IT人員組織，它推出了兩個(gè)知名的衡量能效標(biāo)準(zhǔn)，分別是PUE和DCiE（PUE的倒數(shù)）。PUE是衡定數(shù)據(jù)中心節(jié)能的重要指標(biāo)，可以從根本上讓用戶知道總體消耗的電力以及用于實(shí)際計(jì)算的電力。PUE是一個(gè)比值，其基準(zhǔn)值為2，越接近1表明能效水平越高，在目前的技術(shù)水平和設(shè)備條件下，還無法在數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)上讓PUE達(dá)到1的水平。整個(gè)數(shù)據(jù)中心的能源消耗包括供應(yīng)到冷卻設(shè)備、冷卻器、照明、存儲節(jié)點(diǎn)以及服務(wù)器，工作站以及網(wǎng)關(guān)等設(shè)備的耗電，如圖2所示。

圖2

數(shù)據(jù)中心綜合布線采用結(jié)構(gòu)化、高密度、合理的線纜路由管理減少對冷熱通道的阻礙，光銅產(chǎn)品的選取大幅提升網(wǎng)絡(luò)帶寬，這些措施能為節(jié)能降耗做出相應(yīng)的貢獻(xiàn)，從而提升數(shù)據(jù)中心的能效比。

根據(jù)在眾多構(gòu)建綠色數(shù)據(jù)中心的經(jīng)驗(yàn)分析，綜合布線的合理規(guī)劃和布局會節(jié)省數(shù)據(jù)中心2%～3%的電力。這主要取決于如下幾點(diǎn)：

（1）合理規(guī)劃數(shù)據(jù)中心

合理有效的線纜布局決定了網(wǎng)絡(luò)物理層的基礎(chǔ)，對于節(jié)約電能、節(jié)能降耗起到重要作用。要據(jù)TIA 942標(biāo)準(zhǔn)，如圖3所示，將數(shù)據(jù)中心劃分成MDA、HDA、EDA、ZDA等幾大區(qū)域。從MDA到HDA采用OM3預(yù)連接光纜，從而優(yōu)化主配線區(qū)到列頭柜之間的連接。解決從主交換路由到每一列機(jī)柜的列頭柜二層交換機(jī)的連接。每列列頭柜交換機(jī)及KVM設(shè)備通過銅纜或光纜跳線再連接到每一個(gè)服務(wù)器上去。它的優(yōu)點(diǎn)是節(jié)省從主交換機(jī)到用戶服務(wù)器線纜的數(shù)量，從而減少對機(jī)房冷熱通道的阻隔。

圖3

目前，大多數(shù)數(shù)據(jù)中心內(nèi)整體設(shè)計(jì)所支持的數(shù)據(jù)傳輸速率為1Gbps。但是，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)和云計(jì)算的發(fā)展普遍共識是，傳輸速率會向10Gbps推進(jìn)?？梢钥隙ǖ氖?，在未來的3～5年的時(shí)間里，支持10Gbps傳輸?shù)逆溌窌蔀閿?shù)據(jù)中心的主流?；诖朔N情況，ISO以及TIA制定了關(guān)于光纖和銅纜支持10GB以太網(wǎng)傳輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)。數(shù)據(jù)中心的規(guī)劃建設(shè)應(yīng)充分考慮到適用性，立足現(xiàn)有需求，并兼顧未來的拓展。

（2）高密度、高帶寬提升數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施利用率

在相同的數(shù)據(jù)中心面積基礎(chǔ)上，通過提高數(shù)據(jù)中心密度來達(dá)到有效的利用，在網(wǎng)絡(luò)物理連接層面主要體現(xiàn)在高密度線纜管理方面。

角形配線架無需增加理線設(shè)備；高密度光纖配線架可大幅提升光纖配線密度；橋架式光銅混合配線架使用于機(jī)柜上方可支持288芯光纖，減少柜內(nèi)空間占用；MPO連接器是一種多芯的光纖連接器，像IEC 61754-7、TIA/EIA 568C.3等標(biāo)準(zhǔn)中都有MPO連接器的規(guī)定。MPO最近幾年也廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心。數(shù)據(jù)中心采用MPO的好處在于密度特別高，至少是普通LC連接器的3倍以上。以上這些新產(chǎn)品技術(shù)的應(yīng)用，可以有效的節(jié)約40%以上的機(jī)柜空間，提升數(shù)據(jù)中心密度。合理的數(shù)據(jù)中心布局，對于光銅纜路由的合理設(shè)計(jì)，可大量節(jié)省線纜投入。

（3）優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品選型，精準(zhǔn)的制造工藝

布線系統(tǒng)的綠色節(jié)能還體現(xiàn)在散熱性上，線纜的散熱性越好，可以節(jié)約大量的機(jī)房空調(diào)所消耗的電量。直徑更小的Cat.6A萬兆屏蔽電纜和直徑更小的光纖解決方案意味著對制冷系統(tǒng)效率的影響降到最低，屏蔽解決方案因?yàn)楦偷男旁氡刃枨罂梢杂行У販p少服務(wù)器設(shè)備驅(qū)動(dòng)屏蔽銅纜網(wǎng)絡(luò)所需的功率消耗，光纖布線系統(tǒng)相對高速銅纜系統(tǒng)需要消耗的功率更低。

綠色數(shù)據(jù)中心布線系統(tǒng)較之有源的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，將持續(xù)工作15年，甚至更久。優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品，精準(zhǔn)的制造工藝是延長綜合布線系統(tǒng)壽命及穩(wěn)定的重要保證。延長整體系統(tǒng)的使用壽命，也是減少重復(fù)投資，綠色節(jié)能的重要體現(xiàn)。

（4）高性能、高傳輸，精益求精，精細(xì)化管理與實(shí)施

根據(jù)摩爾定律所確定的計(jì)算機(jī)設(shè)備熱負(fù)荷規(guī)律，數(shù)據(jù)中心的配置無法實(shí)現(xiàn)有效的管理。數(shù)據(jù)中心環(huán)境需要考慮所安裝的解決方案及如何安裝和部署這些解決方案。在最近10年中，各公司的數(shù)據(jù)中心和樓宇配線設(shè)施中都大量地增加了網(wǎng)絡(luò)設(shè)備數(shù)目，這些設(shè)備在增加關(guān)鍵性功能的同時(shí)，卻使得數(shù)據(jù)中心的管理變得復(fù)雜。在全球發(fā)展放緩經(jīng)濟(jì)環(huán)境中，投資方都在期望簡化自己數(shù)據(jù)中心管理，以創(chuàng)建一個(gè)安全、易于管理且能夠根據(jù)不可預(yù)知的工作負(fù)荷和業(yè)務(wù)需求的變化，靈活調(diào)整網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)架構(gòu)。采用良好的布線系統(tǒng)管理軟件有利于系統(tǒng)的可維護(hù)性，保持布線系統(tǒng)最大的效率，而不會因?yàn)椴季€管理混亂而產(chǎn)生不必要的能源消耗。

4 結(jié)束語

隨著全球氣候日趨變暖和能源日趨緊張、能源成本不斷上漲，數(shù)據(jù)中心正面臨著降低能耗、提高資源利用率、節(jié)約成本的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，而綠色也成為未來數(shù)據(jù)中心的必然發(fā)展趨勢。在綠色數(shù)據(jù)中心建設(shè)過程中，綠色環(huán)保和綠色節(jié)能是重要的兩個(gè)方面。數(shù)據(jù)中心內(nèi)不斷增加的新需求對綠色布線的要求呈動(dòng)態(tài)的多樣性，在規(guī)劃選擇綜合布線系統(tǒng)時(shí)，需要在帶寬、靈活性、可擴(kuò)展性和成本等要素之間尋求平衡。綜合布線作為基礎(chǔ)系統(tǒng)在更小的空間內(nèi)提供更高的帶寬，作為綠色無源系統(tǒng)盡可能的降低能耗與增加環(huán)保意識，已成為當(dāng)今許多數(shù)據(jù)中心綠色布線部署的新要求。