建設(shè)大慶油田綠色高性能云數(shù)據(jù)中心

潘愛龍（大慶油田信息技術(shù)公司）

綠色云數(shù)據(jù)中心的實(shí)現(xiàn)可概括為技術(shù)和產(chǎn)品的實(shí)現(xiàn)，包含了從設(shè)備的芯片到建筑物內(nèi)外環(huán)境等方面，可以從設(shè)備、技術(shù)、應(yīng)用、環(huán)境等層面實(shí)現(xiàn)云數(shù)據(jù)中心的綠色發(fā)展。

1 制冷方式和運(yùn)行模式的選擇

1.1 智能空調(diào)

空調(diào)機(jī)組運(yùn)行需要消耗能源，但不同制冷方式消耗的能源是不一樣的。制冷劑、運(yùn)行模式的不同，都可能產(chǎn)生不一樣的能耗結(jié)果[1]。本工程采用新一代的智能節(jié)能雙循環(huán)空調(diào)。當(dāng)室外溫度在15 ℃以下時(shí)，壓縮機(jī)將自動(dòng)停止工作，空調(diào)系統(tǒng)通過冷凝器直接利用室外的自然冷源，有效實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。

1.2 水冷循環(huán)

在云計(jì)算中心采用了制冷效率更高的水冷技術(shù)，相較于風(fēng)冷方式，集中式的水冷在能源利用方面的費(fèi)效比更高。在冷水管道中采用了環(huán)路系統(tǒng)，減小了系統(tǒng)發(fā)生故障的概率，使水冷技術(shù)的可靠性和先進(jìn)性大大提高，而從運(yùn)行維護(hù)角度也更加節(jié)省人力的投入。云計(jì)算中心的水冷系統(tǒng)中采用了隔熱材料的水冷罐，將冷水存儲(chǔ)在其中，冷水機(jī)組就可以間歇運(yùn)行，節(jié)省能耗[2]。根據(jù)系統(tǒng)全年供冷的特殊性，云計(jì)算中心機(jī)房內(nèi)應(yīng)用冷卻塔自然冷卻技術(shù)。當(dāng)室外溫度較低時(shí)，利用冷卻塔降低冷卻水溫度，并通過板式換熱器直接與冷凍水換熱降溫后送往末端，這樣節(jié)能效果非常顯著。

1.3 智能系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化

除水冷技術(shù)外，在云計(jì)算中心還采用了智能節(jié)能技術(shù)手段，如機(jī)房送風(fēng)全部采用地板送風(fēng)、頂部回風(fēng)的方式，以便形成良好排熱的氣流，將熱量快速地排到指定區(qū)域，從而有效提高機(jī)柜冷卻效率。采用精確送風(fēng)方案優(yōu)化機(jī)房氣流，通過密封地板確保冷、熱氣流完全隔離，把冷風(fēng)直接送入機(jī)柜[3]。采用智能送風(fēng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)每個(gè)機(jī)柜的送風(fēng)量；再根據(jù)設(shè)備散熱需要?jiǎng)討B(tài)分配冷風(fēng)，無需散熱的地方則無冷風(fēng)，從而解決了傳統(tǒng)機(jī)房出現(xiàn)的散熱不均問題。柜外精確送風(fēng)，在密閉制冷空間里根據(jù)溫度調(diào)節(jié)風(fēng)閥，節(jié)能達(dá)30%。

對(duì)云計(jì)算中心業(yè)務(wù)區(qū)域的出風(fēng)口、溫度、熱點(diǎn)等數(shù)據(jù)進(jìn)行了實(shí)測。建立CFD 模型并結(jié)合科學(xué)計(jì)算，得出風(fēng)量、冷量和實(shí)際需求值的冗余度，為合理調(diào)配空調(diào)提供了真實(shí)的數(shù)據(jù)支撐。通過降低不必要的冗余度，可以減小風(fēng)量和冷量的供應(yīng)，顯著降低能耗。

1.4 運(yùn)維人員優(yōu)化

運(yùn)維團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，在客戶業(yè)務(wù)增長的過程中，多數(shù)情況下機(jī)柜設(shè)備并非處于滿載狀態(tài)，空閑的槽位使冷氣直接通過機(jī)柜進(jìn)入回風(fēng)通道，降低了冷卻效率。針對(duì)這種情況，在云計(jì)算中心的機(jī)柜里安裝了盲板，避免了這種情況的發(fā)生，優(yōu)化了氣流利用，也提高了數(shù)據(jù)中心節(jié)能水平。同時(shí)提出，架空地板通常有很好的密閉性，但仍然存在一些泄露點(diǎn)，如走線孔。通過對(duì)這些部位的檢測及對(duì)其進(jìn)行密閉處理，也堵住了一些泄露點(diǎn)，進(jìn)而提高氣流的組織效率。

2 虛擬化技術(shù)應(yīng)用

主設(shè)備降耗100 W，機(jī)房可降耗284 W，因此主設(shè)備的節(jié)能至關(guān)重要。云數(shù)據(jù)中心特點(diǎn)首先是高度的虛擬化，包括服務(wù)器、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)、應(yīng)用等虛擬化，使用戶可以按需調(diào)用各種資源；其次是自動(dòng)化管理程度，包括對(duì)物理服務(wù)器、虛擬服務(wù)器的管理。將數(shù)據(jù)中心的各種設(shè)備以及工作流程進(jìn)行有效整合，并使用虛擬化技術(shù)來減少數(shù)據(jù)中心服務(wù)器的數(shù)量，從而減少耗電量，這是最常用的節(jié)能增效策略。

在服務(wù)器領(lǐng)域，絕大多數(shù)情況下服務(wù)器的平均利用率非常低，CPU 利用率為5%左右，系統(tǒng)內(nèi)存的平均占用率在20%以下。在服務(wù)器性能嚴(yán)重浪費(fèi)的同時(shí)，也造成電力、空間等多方面的浪費(fèi)。虛擬化技術(shù)將服務(wù)器、存儲(chǔ)及網(wǎng)絡(luò)連接基礎(chǔ)架構(gòu)整合到一起，旨在安全地實(shí)現(xiàn)更高的利用率，從而降低IT總成本，使硬件資源的利用率得到大幅度提升。CPU 利用率從原來的不足10%提升到60%～80%，硬件采購成本大幅降低，既節(jié)省設(shè)備能耗，提升資源利用率，又減少硬件投資成本和運(yùn)營支出[4]。

能效分析計(jì)算方法如下所述：節(jié)約電能為云數(shù)據(jù)整合前總能耗與云數(shù)據(jù)整合后總能耗之差；PUE為數(shù)據(jù)中心總能耗與數(shù)據(jù)中心IT 設(shè)備總能耗比值。假定云數(shù)據(jù)中心整合原來的200 臺(tái)服務(wù)器（2 顆雙核CPU，4G內(nèi)存），云化整合前，計(jì)算能力合計(jì)為800 核、800G 內(nèi)存。如果采用4 顆8 核CPU 進(jìn)行云化整合，則每臺(tái)服務(wù)器CPU核數(shù)為32核。其他參數(shù)設(shè)定如下：設(shè)整合比為10∶1；設(shè)2顆CPU 服務(wù)器額定功率為550 W；設(shè)4 顆CPU 服務(wù)器額定功率為950 W；設(shè)服務(wù)器使用率為67%；設(shè)PUE 機(jī)房能源利用效率為2.5。以1 年為單位，整合前總能耗為161.403×104kWh，整合后總能耗為27.879×104kWh；云數(shù)據(jù)中心可節(jié)約的電能為133.524×104kWh。通過虛擬化平臺(tái)的動(dòng)態(tài)資源調(diào)度和智能電源管理等技術(shù)，可節(jié)約20%左右的電能，全年節(jié)能效益非?？捎^。

再以網(wǎng)絡(luò)設(shè)備為例，普通數(shù)據(jù)中心流量主要為南北流量，云數(shù)據(jù)中心有大量東西內(nèi)部流量。在防火墻上可以選擇獨(dú)立的設(shè)備形態(tài)，也可以部署多個(gè)Sec blade插卡來做性能擴(kuò)展。當(dāng)需要部署高性能防火墻時(shí)，可以在交換機(jī)上部署多個(gè)插卡實(shí)現(xiàn)性能擴(kuò)展，并比多臺(tái)同等性能的獨(dú)立設(shè)備組合節(jié)能50%以上。

3 結(jié)束語

為了提高電源轉(zhuǎn)換效率和功率，提倡使用高壓直流UPS，取消傳統(tǒng)意義上的UPS逆變功能，不僅能使電源轉(zhuǎn)換效率提高3%～5%，而且其可靠性也大大增強(qiáng)。應(yīng)用高效模塊化UPS技術(shù)，可以降低碳排放量5%[5]。在本次云計(jì)算數(shù)據(jù)中心工程中大量采用直流設(shè)備，其功耗占比達(dá)60%以上，相比傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心顯著提升供配電的效率。

大慶油田高性能云數(shù)據(jù)中心致力于通過技術(shù)和產(chǎn)品創(chuàng)新來降低云數(shù)據(jù)中心PUE，通過先進(jìn)制冷方式的設(shè)計(jì)、虛擬化技術(shù)的應(yīng)用、直流供電系統(tǒng)的選擇，達(dá)到節(jié)能降耗、減少碳排放的目的，為油田生產(chǎn)企業(yè)建設(shè)綠色生態(tài)環(huán)境做出更多貢獻(xiàn)。