綠色數(shù)據(jù)中心助力數(shù)字油田建設(shè)

張居庫

[摘 要] 本文以企業(yè)數(shù)據(jù)中心機(jī)房建設(shè)前瞻性研究為基礎(chǔ)，簡要闡述了綠色數(shù)據(jù)中心建設(shè)的必要性，以及如何打造企業(yè)的綠色數(shù)據(jù)中心，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，助力數(shù)字油田的開發(fā)建設(shè)，大大提升油田生產(chǎn)和管理水平，為油田生產(chǎn)帶來巨大的效益。

[關(guān)鍵詞] 綠色數(shù)據(jù)中心；數(shù)字油田；PUE

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2014 . 12. 025

[中圖分類號] F272.7 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 1673 - 0194（2014）12- 0040- 02

0 前 言

數(shù)據(jù)中心作為企業(yè)信息系統(tǒng)的運(yùn)行中心和災(zāi)備中心，承擔(dān)著企業(yè)核心業(yè)務(wù)的運(yùn)營、信息資源服務(wù)以及數(shù)據(jù)的存儲與備份等任務(wù)，它是實(shí)現(xiàn)企業(yè)業(yè)務(wù)運(yùn)作的連續(xù)性和高效性的重要保障。

據(jù)IDC的統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，在IT行業(yè)中，能源消耗成本已經(jīng)達(dá)到其硬件采購成本的25%，而企業(yè)生成的關(guān)鍵數(shù)據(jù)正以52%的年均復(fù)合增長率不斷攀升，與之相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)中心規(guī)模也隨之?dāng)U大。當(dāng)石油企業(yè)在面對諸如為了處理呈指數(shù)級快速增長的數(shù)據(jù)而需要對IT系統(tǒng)設(shè)備提出更多和更高要求的IT需求時，如何在確保企業(yè)數(shù)據(jù)的高效、安全處理，保證企業(yè)核心業(yè)務(wù)正常運(yùn)作的前提下，實(shí)現(xiàn)企業(yè)數(shù)據(jù)中心建設(shè)的節(jié)能與環(huán)保，最大限度地減少浪費(fèi)和降低無效投入，為助力數(shù)字油田建設(shè)和提升油田開發(fā)生產(chǎn)的質(zhì)量效益而打造一個真正“綠色節(jié)能”的數(shù)據(jù)中心是當(dāng)前石油企業(yè)數(shù)據(jù)中心建設(shè)所面臨的一個重要課題。

1 現(xiàn)狀及問題

據(jù)調(diào)查，62%的被訪企業(yè)認(rèn)為他們的數(shù)據(jù)中心面臨著諸如散熱、供電、成本等問題；23%的被訪企業(yè)認(rèn)為其數(shù)據(jù)中心存在供電和散熱能力不足的問題，無法充分利用高密度計算設(shè)備，限制了IT基礎(chǔ)設(shè)施的發(fā)展；19%的被訪企業(yè)認(rèn)為其數(shù)據(jù)中心的耗電量太大，費(fèi)用超高，無法負(fù)擔(dān)；還有17%的被訪企業(yè)認(rèn)為機(jī)房溫度過高，影響了計算設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，隨之導(dǎo)致一系列問題的出現(xiàn)。

隨著信息系統(tǒng)機(jī)房IT設(shè)備高密度的集成化，機(jī)房設(shè)備散熱量日漸趨高，與IT相關(guān)的碳排放已經(jīng)成為主要的溫室氣體排放源之一，且該領(lǐng)域的排放勢頭還在隨著企業(yè)對計算、數(shù)據(jù)存儲和通信技術(shù)需求的增長而快速上升；另一方面，企業(yè)數(shù)據(jù)中心普遍存在因運(yùn)算設(shè)備密度的提高而迅速加大用電量，從而導(dǎo)致數(shù)據(jù)中心總體用電成本成倍增加的問題。

過去，數(shù)據(jù)中心將設(shè)備運(yùn)算能力作為主要關(guān)注的目標(biāo)，設(shè)備的能源消耗卻被忽視。然而，隨著人們環(huán)保意識的提高，越來越多的企業(yè)在考慮數(shù)據(jù)中心運(yùn)算能力的同時，也更加重視數(shù)據(jù)中心的節(jié)能與環(huán)保，并開始逐漸關(guān)注綠色機(jī)房的建設(shè)。

2 打造綠色數(shù)據(jù)中心

綠色數(shù)據(jù)中心是指數(shù)據(jù)中心機(jī)房中的IT系統(tǒng)、機(jī)械、照明和電氣等能取得最大化的能源效率和最小化的環(huán)境影響。綠色數(shù)據(jù)中心的“綠色”主要體現(xiàn)在數(shù)據(jù)中心的整體運(yùn)行在滿足系統(tǒng)高可靠性、高可用性和合理性的基礎(chǔ)上具備節(jié)能、環(huán)保的特征。

評價綠色數(shù)據(jù)中心的重要指標(biāo)之一是PUE（Power Usage Effectiveness的簡寫）。PUE是指數(shù)據(jù)中心消耗的所有能源與IT負(fù)載消耗的能源之比，即PUE = 數(shù)據(jù)中心設(shè)備總能耗/IT設(shè)備能耗，其中數(shù)據(jù)中心設(shè)備總能耗=IT設(shè)備能耗+制冷系統(tǒng)能耗+電源系統(tǒng)能耗+照明系統(tǒng)能耗。數(shù)據(jù)中心的PUE值越大，則表明為了確保IT設(shè)備安全正常運(yùn)行的動力和環(huán)境保障基礎(chǔ)設(shè)施（如：供/配電系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)、照明系統(tǒng)等）消耗的能源就越大，反之則越小。PUE值越接近于1，表示節(jié)能程度越高，數(shù)據(jù)中心的綠色度也就越好。當(dāng)前，國外先進(jìn)的數(shù)據(jù)中心機(jī)房PUE值通常小于2，而我國的大多數(shù)數(shù)據(jù)中心的PUE值在2～3之間，這就意味著當(dāng)數(shù)據(jù)中心芯片級主設(shè)備每消耗1W的能耗時，國內(nèi)數(shù)據(jù)中心需消耗掉2～3W的總電量，而國外數(shù)據(jù)中心卻僅消耗2W以下的總電量。

為了構(gòu)建綠色數(shù)據(jù)中心，企業(yè)需要從機(jī)房裝飾裝修、電氣配電、綜合布線、機(jī)柜布置、空調(diào)通風(fēng)、設(shè)備環(huán)境監(jiān)控、數(shù)字KVM，以及IT設(shè)備和技術(shù)等方面提出一個完整的綠色數(shù)據(jù)中心構(gòu)建方案。本文主要從綜合布線、空調(diào)制冷設(shè)計以及IT設(shè)備和技術(shù)選用等方面對綠色數(shù)據(jù)中心的建設(shè)進(jìn)行初步的探討。

2.1 綜合布線結(jié)構(gòu)與節(jié)能密切相關(guān)

為了實(shí)現(xiàn)節(jié)能，數(shù)據(jù)中心在連接網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的時候，建議采用結(jié)構(gòu)化布線方式，而不宜采用點(diǎn)到點(diǎn)的連接方法。結(jié)構(gòu)化布線一定要有層次，要有一個主配線區(qū)，有一個水平線配線區(qū)，還要有一個設(shè)備的配線區(qū)，做一些交叉連接。數(shù)據(jù)中心結(jié)構(gòu)布線系統(tǒng)建議采用機(jī)柜上走線的布線方式，其最大的優(yōu)點(diǎn)是部署靈活，強(qiáng)弱電完全分離，防止電磁串?dāng)_，同時不占用架空地板空間，增大了靜壓風(fēng)庫壓力，減少對空調(diào)冷風(fēng)氣流的干擾。

還有一點(diǎn)需要注意，布線系統(tǒng)屬于基礎(chǔ)設(shè)施，企業(yè)應(yīng)該對布線系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃和合理搭建。數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施的規(guī)劃設(shè)計一定要有前瞻性，應(yīng)避免基礎(chǔ)設(shè)施隨著企業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)的變化而改變?；A(chǔ)設(shè)施的頻繁調(diào)整和改變，既不“綠色”，也不節(jié)能，更不節(jié)省成本，因此保持基礎(chǔ)設(shè)施的穩(wěn)定尤為重要。

2.2 空調(diào)制冷設(shè)計是實(shí)現(xiàn)機(jī)房綠色設(shè)計的關(guān)鍵

根據(jù)IDC的數(shù)據(jù)統(tǒng)計，機(jī)房制冷所需要的電力，與機(jī)房的IT設(shè)備所消耗的電力基本相當(dāng)，二者相加幾乎占到整個數(shù)據(jù)中心電力消耗的近80%。所以，數(shù)據(jù)中心制冷系統(tǒng)設(shè)計對實(shí)現(xiàn)綠色節(jié)能來說非常關(guān)鍵。數(shù)據(jù)中心制冷系統(tǒng)可以從如下幾方面進(jìn)行節(jié)能規(guī)劃。

2.2.1 空調(diào)的布置

在空調(diào)的布置上，空調(diào)要盡可能擺放在機(jī)房的一端，送風(fēng)距離根據(jù)空調(diào)的最大送風(fēng)量來設(shè)計；空調(diào)應(yīng)設(shè)計為N+1冗余模式；機(jī)柜擺放要設(shè)計冷熱通道，如果條件允許盡可能將冷熱通風(fēng)道封閉；對于預(yù)留環(huán)境應(yīng)采取措施，預(yù)留的環(huán)境需盡可能進(jìn)行隔離，以減少不必要的空調(diào)制冷量。

2.2.2 空調(diào)的選擇

在空調(diào)的選擇上，要選用精密的制冷空調(diào)，充分考慮到空調(diào)的性能及能耗比，按照國家及行業(yè)機(jī)房建設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)，選擇性能技術(shù)指標(biāo)優(yōu)勢比較大的空調(diào)。

2.2.3 氣候環(huán)境

數(shù)據(jù)中心要充分利用當(dāng)?shù)氐臍夂颦h(huán)境實(shí)現(xiàn)節(jié)能。例如在我國北方地區(qū)，數(shù)據(jù)中心可根據(jù)冬天較冷的氣候條件有選擇地購置空調(diào)，盡量利用室外冷空氣進(jìn)行機(jī)房制冷，可大大節(jié)省機(jī)房的能源消耗。

2.2.4 空調(diào)的送風(fēng)方式

空調(diào)的送風(fēng)方式可分為上送風(fēng)和下送風(fēng)兩種方式。下送風(fēng)方式是將低溫空氣直接從架空地板下送到機(jī)房或機(jī)架內(nèi)，吸收設(shè)備的熱量后，從機(jī)房頂部回風(fēng)。在這種方式下，冷、熱風(fēng)流動方向與空氣特性相一致，冷、熱風(fēng)可以自然分離，容易得到好的制冷效果。而上送風(fēng)方式是冷空氣往下沉，熱空氣往上升，容易發(fā)生冷、熱空氣摻混，影響制冷效果。

另外，地板下的空間比風(fēng)管斷面的面積要大許多，地板下的空間容易形成靜壓箱，使得下送風(fēng)方式送風(fēng)均勻，整個機(jī)房區(qū)域的溫差小。綜上所述，從空調(diào)的送風(fēng)方式來看，下送風(fēng)方式比上送風(fēng)方式的制冷效果要好。因此，對于發(fā)熱量大的機(jī)房來說，空調(diào)的下送風(fēng)方式更節(jié)能。

2.3 重點(diǎn)關(guān)注節(jié)能設(shè)備和相關(guān)技術(shù)

從目前數(shù)據(jù)中心的建設(shè)和運(yùn)維管理上看，為了從根本上解決數(shù)據(jù)中心的節(jié)能與環(huán)保問題，企業(yè)應(yīng)從機(jī)房的關(guān)鍵設(shè)備以及相關(guān)技術(shù)入手。

（1）選用刀片服務(wù)器實(shí)現(xiàn)節(jié)能。首先，刀片服務(wù)器較之同等配置的機(jī)架式服務(wù)器更加節(jié)電，可以緩解企業(yè)總的供電壓力，減少企業(yè)電力支出；同時，刀片服務(wù)器的高密度設(shè)計，不僅使刀片服務(wù)器節(jié)省空間，而且不需要大量的線纜，從而可以有效減少線纜連接故障的發(fā)生，使得設(shè)備故障排查更加方便和迅速。

（2）選擇智能CPU技術(shù)和服務(wù)器內(nèi)的節(jié)能組件實(shí)現(xiàn)節(jié)能。目前數(shù)據(jù)中心可選擇英特爾睿頻加速技術(shù)，該技術(shù)可以智能地加快處理器速度，從而為高負(fù)載任務(wù)提供最佳性能——即最大限度地有效提升性能以匹配工作負(fù)載；睿頻加速技術(shù)能夠使處理器自動調(diào)整速度，從而快速響應(yīng)需求。關(guān)于服務(wù)器的硬盤選擇，隨著固態(tài)硬件技術(shù)的日臻成熟，在數(shù)據(jù)中心內(nèi)選擇SSD固態(tài)硬盤也可實(shí)現(xiàn)節(jié)能。

（3）采用虛擬化技術(shù)可最大限度地實(shí)現(xiàn)節(jié)能。虛擬化是一個廣義的術(shù)語，是指計算元件在虛擬的基礎(chǔ)上而不是真實(shí)的基礎(chǔ)上運(yùn)行，是一個為了簡化管理、優(yōu)化資源的解決方案。這種把有限的固定的資源根據(jù)不同需求進(jìn)行重新規(guī)劃以達(dá)到最大利用率的思路，在IT領(lǐng)域就叫做虛擬化技術(shù)。虛擬化的發(fā)展過程，首先是服務(wù)器虛擬化，然后是存儲虛擬化，到目前逐漸進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)虛擬化，而一切的虛擬都只為了一個目的，即將所有資源整合到資源池中，由一個云平臺（或者云操作系統(tǒng)）加以統(tǒng)一的管理，從而降低能耗，提高能效，節(jié)約成本。

3 助力數(shù)字油田建設(shè)

數(shù)字油田是全面信息化的油田，它是以信息技術(shù)為手段全面實(shí)現(xiàn)油田企業(yè)的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化和可視化。數(shù)據(jù)中心承擔(dān)著數(shù)字油田的數(shù)據(jù)集中管理和應(yīng)用，是數(shù)字油田建設(shè)的核心任務(wù)。

數(shù)據(jù)中心為企業(yè)實(shí)現(xiàn)信息交換和自動化操作提供了一個基于網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)平臺，它使得油田管理中一些復(fù)雜的工作流程簡單化，并且使各個相關(guān)部門實(shí)現(xiàn)團(tuán)隊合作，合理有效地利用各種油田資源，提高資源利用率和經(jīng)濟(jì)效益，為油田集中管理打下了良好的基礎(chǔ)。

綠色數(shù)據(jù)中心建設(shè)是未來油田實(shí)現(xiàn)高效管理和精細(xì)管理的必經(jīng)之路。為了應(yīng)對快速變化的各類信息資源需求，利用數(shù)據(jù)中心對資源進(jìn)行整合顯得越來越重要。綠色數(shù)據(jù)中心能夠滿足信息系統(tǒng)的高可用性、連續(xù)性，而且還能具備計算、存儲、網(wǎng)絡(luò)、容災(zāi)、管理、基礎(chǔ)設(shè)施等綜合功能。打造綠色數(shù)據(jù)中心的目標(biāo)從根本上是為了服務(wù)油田勘探開發(fā)，助力數(shù)字油田建設(shè)，提高油田生產(chǎn)效益。

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