論數(shù)據(jù)中心的節(jié)能與環(huán)保

（胡慶年 中國鐵通天津分公司 天津 300142）

當(dāng)前，綜合布線系統(tǒng)作為網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)物理平臺(tái)，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。依據(jù)TIA-942標(biāo)準(zhǔn)《數(shù)據(jù)中心電信基礎(chǔ)設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)》，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。

最初，人們只關(guān)注較大環(huán)境中的電力和冷卻問題，因?yàn)槠涿娣e和能耗規(guī)模較大。然而，所有的環(huán)境都對能耗增加敏感。下面的例子因位置、應(yīng)用程序、IT設(shè)備空間、電力消耗、預(yù)算和其他因素而變化。冷卻IT設(shè)備和為其供電所需的電量，反映出更快、更強(qiáng)和更密集設(shè)備的相關(guān)增長情況。PCFE資源受到限制，阻止了增長或?qū)е鲁杀驹黾?，以補(bǔ)償較高的能源成本或支付ETS相關(guān)費(fèi)用，隨著時(shí)間的流逝，IT設(shè)備的效率變得越來越高，然而，IT資源需求的增長也給可用的PCFE資源造成了壓力。

“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)德國羅森伯格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)?！焙汀熬G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。

一、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到的是綠色環(huán)保，也就是綜合布線方案中所選擇產(chǎn)品的材質(zhì)是否環(huán)保。評(píng)判是否環(huán)保有很多業(yè)內(nèi)可以參考的依據(jù)，目前國內(nèi)外有很多相關(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(huì)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)中心做為網(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(Pb)、汞(Hg)、鎘(Cd)、六價(jià)鉻(CrVI)、多溴化聯(lián)苯(PBB)和多溴化二苯醚(PBDE)，六種有害物質(zhì)的電子電氣設(shè)備。RoHS做為重要的參考標(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,否則包含這些材料的產(chǎn)品對環(huán)境產(chǎn)生危險(xiǎn)，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地循環(huán)再使用和重新利用。許多核心企業(yè)價(jià)值觀中，社會(huì)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)，盡可能地選用預(yù)端接光纜產(chǎn)品，減少了75%的施工安裝時(shí)間。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。

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)平衡考慮同時(shí)且有阻燃，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)，力主線纜阻燃在起火時(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(jí)從高到低分為：阻燃CMP、非助燃干線級(jí)CMR、非助燃商用級(jí)CM、非助燃通用級(jí)CMG和一般家居級(jí)CMX；而歐洲各國在布線領(lǐng)域則力主屏敝和低煙無鹵，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)：IEC60332-3或IEC60332-1（火焰擴(kuò)張和阻燃）、IEC61034(煙霧發(fā)散)、IEC754（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，從而減少了對人體、儀器及設(shè)備的損害，有利于發(fā)生火災(zāi)時(shí)的及時(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。

二、數(shù)據(jù)中心的綠色節(jié)能

在數(shù)據(jù)中心設(shè)備應(yīng)用方面，如何改進(jìn)能源使用方面的情況，包括部署更加有效的服務(wù)器、存儲(chǔ)器和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，以便能夠用更快的速度處理更多的信息、存放更多的數(shù)據(jù)。改進(jìn)的目標(biāo)是：每瓦特電可以做更多工作;在給定的空間里，每單位能源可以存儲(chǔ)更多的數(shù)據(jù)。想取得這樣的結(jié)果，必須提供更多可用的PCFE資源?？捎玫腜CFE范圍允許組織做下列工作:減少費(fèi)用及其相關(guān)環(huán)境排放;或者利用一些PCFE資源把老式、低效的技術(shù)轉(zhuǎn)變成新式的、更加高效節(jié)能的技術(shù)，以維持業(yè)務(wù)的增長。通過一些更新的技術(shù)，可以獲得額外的利益。這些技術(shù)結(jié)合了改善后的數(shù)據(jù)和存儲(chǔ)管理工具以及一些最佳實(shí)例。這些最佳實(shí)例可以進(jìn)一步充分利用PCFE資源,并規(guī)劃設(shè)備應(yīng)用，以大大降低資源的利用。

規(guī)劃措施：虛擬化

服務(wù)器虛擬化可大幅降低 IT功率需求。虛擬化幾乎總是能夠大幅度減少所安裝的服務(wù)器數(shù)量。消除一臺(tái)服務(wù)器可以產(chǎn)生約 200至400瓦的結(jié)構(gòu)性節(jié)能，具體取決于所使用的技術(shù)。因此，每消除一臺(tái)服務(wù)器，每年可節(jié)約能耗約為 380美元，這一結(jié)構(gòu)性節(jié)約在10年內(nèi)節(jié)約的總TCO成本約為每臺(tái)服務(wù)器7680美元。這一節(jié)約數(shù)額明顯大于服務(wù)器本身的成本。

規(guī)劃措施：標(biāo)準(zhǔn)化

即使未使用虛擬化，對節(jié)能服務(wù)器實(shí)行標(biāo)準(zhǔn)化也是一種非常有效的方法。如今，刀片式服務(wù)器是電力效率最高的服務(wù)器形式。不過，一個(gè)刀片式服務(wù)器系統(tǒng)可以使用的刀片形式在性能和能耗方面差異巨大。基于服務(wù)器的應(yīng)用的性能需求往往難以事先預(yù)測，因此，用戶往往會(huì)以大量增加能耗為代價(jià)來指定盡可能高的性能。如果服務(wù)器已經(jīng)虛擬化，那么使用性能最高的服務(wù)器的策略一般是最大程度地降低總體能耗的最佳途徑。不過，如果根據(jù)應(yīng)用來部署服務(wù)器，則應(yīng)當(dāng)使服務(wù)器的性能與應(yīng)用需求相匹配，這樣才可以做到節(jié)能。對刀片式服務(wù)器系統(tǒng)實(shí)行標(biāo)準(zhǔn)化并根據(jù)應(yīng)用來部署服務(wù)器的用戶，可以選擇對兩臺(tái)刀片式服務(wù)器實(shí)行標(biāo)準(zhǔn)化，即一臺(tái)高性能/高功率刀片式服務(wù)器和一臺(tái)低性能/低功率刀片式服務(wù)器。能耗范圍可以大于2:1。合乎邏輯的策略是，默認(rèn)情況下，在低性能刀片式服務(wù)器上部署應(yīng)用，而僅在需要時(shí)，才遷移到高性能刀片式服務(wù)器上。刀片式服務(wù)器便于預(yù)配置，這使上述過程變得很容易。通過這種方式，典型的商業(yè)數(shù)據(jù)中心可以節(jié)約10%或更高的結(jié)構(gòu)性IT負(fù)載能耗。

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絧跳線來完成。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)能降耗做出相當(dāng)大的貢獻(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)，綜合布線的合理規(guī)劃和布局會(huì)節(jié)省數(shù)據(jù)中心2-3%的電力。這主要取決于如下的幾點(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。依據(jù)TIA-942標(biāo)準(zhǔn)，將數(shù)據(jù)中心劃分成 MDA，HDA，EDA，ZDA等幾大區(qū)域。從MDA到HAD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)備通過絧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。

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1Gb/s。但是，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)和云計(jì)算的發(fā)展普遍共識(shí)是，傳輸速率會(huì)向10Gb/s推進(jìn)?？梢钥隙ǖ氖牵谖磥淼?-5年的時(shí)間里，支持10Gb/s傳輸?shù)逆溌窌?huì)成為數(shù)據(jù)中心的主流。基于此種情況，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)施的利用率

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：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，線纜的散熱性好了，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)效率的影響被減到最低，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)整的網(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(huì)因?yàn)椴季€管理混亂所產(chǎn)生許多沒有利用的鏈路產(chǎn)生不必要的能源消耗。

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)能是最重要的兩個(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)與設(shè)備性能時(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(shí)，已成為當(dāng)今許多數(shù)據(jù)中心綠色布線部署的新要求。

[1]ICTforgreengrowth,http://www.greenkorea2009.org/02_prngram/download/s3/PYO_Sam_Soo.pdf

[2]吳慶偉，光傳輸網(wǎng)節(jié)能減排分析，現(xiàn)代電信科技，2010年第11期

[3]The Climate Group,Smart 2020:Enablingthelowcarboneconomyintheinformationage,2010.