低碳經(jīng)濟下數(shù)據(jù)中心機房節(jié)能的思考

程升

摘 要 數(shù)據(jù)機房的運作核心是為其內部應用服務提供穩(wěn)定的運行環(huán)境，其內部穩(wěn)定高效的制冷系統(tǒng)和供電系統(tǒng)是保障其運行的基礎，也是節(jié)能減排問題的關鍵核心內容。隨著全球變暖的日益加重，節(jié)能減排已經(jīng)成為全世界共同面對的課題，“節(jié)能”可以說是“綠色數(shù)據(jù)中心”建設的關鍵的一步。從機房用電分配看，服務器設備占電能總能耗的52%，而制冷系統(tǒng)和電源系統(tǒng)各占38%和9%，照明系統(tǒng)僅占1%。因此，從服務器端開始節(jié)能才能真正實現(xiàn)降耗，最終達到減排的目的。

關鍵詞 數(shù)據(jù)中心 節(jié)能減排 穩(wěn)定高效

中圖分類號：TP311.13 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0745（2021）12-0038-02

1 機房的合理規(guī)劃

根據(jù)企業(yè)的特點和發(fā)展前景進行全面、合理的規(guī)劃，根據(jù)其業(yè)務發(fā)展的措施和需要的功效進行一步步的調整。規(guī)劃包括以下幾個方面：一是合理規(guī)劃部署機房設備。機房的主要設備包括服務器、存儲系統(tǒng)、網(wǎng)絡安全等設備，配套設備包括UPS、監(jiān)控、空調、照明等設備。要根據(jù)業(yè)務和功能，對設備進行劃分和部署;二是制訂合理機房制冷系統(tǒng)。根據(jù)設備部署情況，分析各區(qū)域的能耗指標，根據(jù)耗能的分布情況，對機房制冷系統(tǒng)進行合理配置和部署，物盡其用;三是采用綠色的UPS 設備。

1.1 機柜的選擇

網(wǎng)絡機柜作為一種專門排列擺放服務器和網(wǎng)絡連接設備的專用機柜。選購網(wǎng)絡機柜的時候除了設計結構上的因素，還要考慮網(wǎng)絡機柜采用什么樣的門，這對于節(jié)能散熱尤為重要。老式的網(wǎng)絡機柜為了屏蔽輻射，通常采用含鉛玻璃的門，但是服務器和網(wǎng)絡交換機的進風口都是前置的，因此采用這樣的門顯然達不到改善風道的目的?；谏鲜鲈?，新品的機柜一般都是采用蜂窩狀網(wǎng)格前門。這種設計既保證了風道的暢通，又能有效地屏蔽輻射（蜂窩狀網(wǎng)孔屏蔽輻射能力強于同厚度的鋼板）。

1.2 機柜的擺放

網(wǎng)絡機柜的擺放應和正門朝向同一個方向，機柜與同排相鄰的機柜間距必須大于60-80cm，機柜排與排之間的距離不得小于100-120cm的距離，這樣可以保障機柜散發(fā)出去的熱空氣在堆積、疊加和堵塞之前能夠有足夠的空間排散出去，避免機柜過熱導致其內部元件出現(xiàn)損壞的問題出現(xiàn)。

1.3 主機房與操作間之間分離

在數(shù)據(jù)中心機房將主機房與操作間的分離，即將無人區(qū)和有人區(qū)之間進行分離，避免熱量傳遞使主機房出現(xiàn)過熱的問題。其中各個區(qū)域之間的設備應當進行合理的擺放布局，這樣既能保證網(wǎng)絡運行、動力輸送和空調配線之間的走線進行合理的分配，也能在一定程度上分散和減少事故的發(fā)生。另外，通過監(jiān)測系統(tǒng)能盡量降低工作人員出入主機房的頻度，以減少冷量和水分損失。[1]

2 機房節(jié)能管理工作實踐

2.1 中心機房能耗組成與分析

地市央行中心機房能耗設備一般情況下由兩類設備組成：IT設備和機房設備。IT設備包括網(wǎng)絡通信設備、服務器、網(wǎng)絡存儲設備、顯示設備等。機房設備包括配電設備、UPS、線纜、空調機、新風機、照明、加濕機、機柜、監(jiān)控設備等。

2.2 關注IT設備節(jié)能

衡量能耗指標。做好設備購置選型，目前地市央行中心機房所用的服務器多為機架式服務器，其雙電源額定功率多為1.5kW，能耗較大。因此在購置服務器時不僅要注意處理器、硬盤的各項指標是否符合要求，更應注重電源供應器的轉換率。因為在對服務器進行供電時，首先通過服務器電源供應器對輸入的交流電進行直流轉化，在轉化過程中會出現(xiàn)電能損耗并伴隨熱量的產生，此熱量進一步消耗空調制冷量，形成惡性耗能循環(huán)。因此，電源供應器的轉換效率越高越省電。為減少大量人力、能耗的支出，所選擇的設備盡可能的要溫度和濕度數(shù)據(jù)均較高標準范圍的IT設備。實踐表明，如果空調運行的溫度提高1℃，那么其運行效率便會在原有的基礎上增加3%左右，所以，對IT設備購置進行科學、合理的選型，是實現(xiàn)機房有效節(jié)能的基礎。

3 數(shù)據(jù)中心面臨問題

根據(jù)IDC最新數(shù)據(jù)顯示，目前我國有著大量正在投入使用的x86和Non-x86型服務器的用戶正在面臨種種問題和困難。

3.1 能源消耗嚴重

大量正在使用的服務器正在每時每秒地消耗相當驚人的電力資源。這一方面，企業(yè)不僅要承擔相當可觀的電費支出，還嚴重影響到了城市資源的浪費和分配。IDC的數(shù)據(jù)表明，服務器數(shù)量的增加是產生過多能耗的最直接原因，并造成了相當大的資源浪費。另外，隨著服務器的數(shù)量的增加，對服務器的保養(yǎng)、冷卻和管理維修的費用也隨之增長。

3.2 環(huán)境影響堪憂

許多城市都有大量企業(yè)正在使用型號不同耗能不同的服務器，這些服務器的能耗所帶來的環(huán)境污染也日漸堪憂。隨著服務器數(shù)量的增加服務器所產生的二氧化碳和二氧化硫等排放物也在每日劇增，并且由于大氣的籠罩所產生的內部堆積，其增加的幅度遠遠大于服務器增加的速度。

3.3 建筑資源消耗

服務器對建筑資源的分配也有著一定程度上的影響，因服務器數(shù)量的增加其所需的配套空間和占地面積也越來越大，企業(yè)數(shù)據(jù)不斷地增加，其機房的面積也被迫不斷地加大，與此同時也在影響著城市建筑資源的使用效率，增加資源的浪費，隨著現(xiàn)如今城市基地面積越來越昂貴，相應地減少土地利用面積，將節(jié)省下來的面積和費用利用在其他更利于企業(yè)公司發(fā)展的方向上，合理優(yōu)化資金的分配更加有利于企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

3.4 維護成本巨大

隨著企業(yè)數(shù)據(jù)中心服務器數(shù)量的增加，相對應的人工維護成本資金也在驚人地加劇，要知道一套精密設備系統(tǒng)的維護保養(yǎng)工作是十分費時且消耗資金的，一方面不僅增加了企業(yè)資金的投入，還因其維修難度和整理數(shù)據(jù)的繁瑣程度的加大而浪費了更多的人力和資金。于是隨著服務器數(shù)量的增加，使得企業(yè)的系統(tǒng)軟件許可證費用、應用軟件開發(fā)費用也不斷增加。倘若為了減少服務器的增加而選擇使用更加先進科學的虛擬化技術，可以使企業(yè)抽出維修管理服務器時所需的費用，將之投入到企業(yè)創(chuàng)新力的發(fā)展中，給企業(yè)帶來更多的效益和發(fā)展前景。

3.5 采用虛擬化技術

服務器的整合加上虛擬化技術，可將一臺服務器分化成若干個服務器進行同時使用。以下根據(jù)地市央行應用系統(tǒng)部署情況，結合所用服務器性能進行分析。一般情況下，服務器的使用率很底，造成了資源的大量浪費。為有效降低能耗、整合資源，地市央行應根據(jù)應用系統(tǒng)使用情況，對其進行分類，如分為重要業(yè)務類、辦公類、臺賬類等，然后再分步進行虛擬整合。在應用了虛擬資源后，服務器的使用效率可提高至65%左右。虛擬技術可大幅度增加服務器的工作效率，實現(xiàn)機房物理空間的縮小，從而降低資源的使用率，減少能源的過度消耗。[2]

4 綠色數(shù)據(jù)中心節(jié)能

綠色數(shù)據(jù)中心不是一套設備或者一個新型產品，他是一種理論數(shù)據(jù)模型，也是一種適用于當代和未來的一種低碳環(huán)保的概念，而且現(xiàn)如今最高效的數(shù)據(jù)中心很難達到綠色節(jié)能的效果。

4.1 虛擬化技術

何為虛擬化數(shù)據(jù)，虛擬化數(shù)據(jù)是為系統(tǒng)的計算能力和數(shù)據(jù)資源儲存提供一套邏輯運行圖。通過虛擬化，數(shù)據(jù)中心可以將現(xiàn)有資源整合，提高服務器與儲存庫的利用率，其成本（TCO）將得以有效降低。虛擬化數(shù)據(jù)的應用，不僅降低了資源的損耗，而且還可以為企業(yè)公司提高各子系統(tǒng)數(shù)據(jù)的使用率并減少硬件設施的成本，還能通過虛擬分區(qū)在同一服務器上運行不同的操作系統(tǒng)和應用程序。虛擬化服務器已經(jīng)被絕大多數(shù)的公司企業(yè)當做減少服務器數(shù)量，并且提高效率降低成本的最有效途徑。

4.2 資源集中化

目前大型企業(yè)在國內形成了多個數(shù)據(jù)中心，既方便數(shù)據(jù)、服務等資源的均衡訪問，也可以對數(shù)據(jù)進行有效的保存和異地備份，確保儲存數(shù)據(jù)的安全性。但缺點是會導致機房過于分散，很難做到實時性地管理，不利于整體策略的部署，同時數(shù)據(jù)內容過于龐大再加上使用年限較長，還極易導致大量數(shù)據(jù)的堆積和資源的浪費。因此整合分布于各地的小型數(shù)據(jù)中心，形成區(qū)域大數(shù)據(jù)中心，更利于集中管理和策略的部署，更重要的是可以減少數(shù)據(jù)中心機房的空調、制冷、UPS等配套設備的耗能，減少能耗成本和運維成本。

4.3 模塊化技術

數(shù)據(jù)中心的傳統(tǒng)模式為整體模板化，其解決之道為建立進行集裝箱式的布局中心。將IT設備、電源及冷卻裝置和設備采用集成于標準化集裝箱體內。這樣既可對單一模板進行操控，也可以做作為數(shù)據(jù)中心來構建。這種集裝箱式數(shù)據(jù)中心的主要特點是高密度、低PUE和快速部署。

4.4 存儲系統(tǒng)的節(jié)能

其中服務器是數(shù)據(jù)中心的最大能源消耗部分，而其中儲存系統(tǒng)則是第二大耗能單位。實際上，只要減少所使用設備的數(shù)量，對服務器和儲存系統(tǒng)進行整合統(tǒng)一管理，那么便會從根本上減少數(shù)據(jù)中的能耗資源浪費，進而提高能源的使用效益并且降低成本，達到低碳環(huán)保的綠色功效。其中存儲系統(tǒng)可以通過采用以下策略進行節(jié)能：一是選用高容量磁盤驅動器;二是通過共享存儲提高存儲系統(tǒng)利用率;三是利用基于重復數(shù)據(jù)刪除技術的多應用加載方案。

5 結語

現(xiàn)如今新型更高效科學的機房使用布局方法將逐漸替代傳統(tǒng)的布局，以減少能耗的過渡浪費來緩解環(huán)境的污染問題。針對現(xiàn)如今已經(jīng)普遍建設的大數(shù)據(jù)中心來講，筆者認為應建設相關綜合管理和數(shù)據(jù)評測，引用更加先進的環(huán)?？茖W理念，既能降低企業(yè)的成本，又能減少能耗對環(huán)境的污染，共同造福社會。

參考文獻：

[1] 傅光勇.數(shù)據(jù)中心機房的設計[J].電子技術與軟件工程，2016（24）：176.

[2] 姜皓遐.數(shù)據(jù)中心空調系統(tǒng)的設計、節(jié)能解決方案[J].潔凈與空調技術，2016（04）：64-68.