綠色數(shù)據(jù)中心的基礎(chǔ)概念

    什么是綠色數(shù)據(jù)中心？綠色數(shù)據(jù)中心應(yīng)該參照什么樣的標(biāo)準(zhǔn)來設(shè)計(jì)？目前這些問題都還沒有一個(gè)公認(rèn)的概念和標(biāo)準(zhǔn)。綠色數(shù)據(jù)中心在標(biāo)準(zhǔn)方面依然面臨缺位，行業(yè)內(nèi)對(duì)此認(rèn)識(shí)也還不夠深入。以前的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)主要針對(duì)計(jì)算機(jī)信息中心，而機(jī)房標(biāo)準(zhǔn)只針對(duì)基礎(chǔ)設(shè)備層面的技術(shù)需求而提出。現(xiàn)在的數(shù)據(jù)中心不但涉及計(jì)算機(jī)設(shè)備，還要應(yīng)對(duì)存儲(chǔ)管理和應(yīng)用軟件等方面的要求，導(dǎo)致當(dāng)前沒有制定出詳細(xì)的技術(shù)參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)來界定綠色數(shù)據(jù)中心的標(biāo)準(zhǔn)。因此，國(guó)家應(yīng)當(dāng)盡快投入人力物力，提早出臺(tái)綠色數(shù)據(jù)中心的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，以此來指導(dǎo)數(shù)據(jù)中心的建設(shè)。

    一、目前數(shù)據(jù)中心存在的問題

    綠色數(shù)據(jù)中心是數(shù)據(jù)中心發(fā)展到一定階段的必然要求，它是涉及數(shù)據(jù)中心整體的系統(tǒng)問題，包括整體建筑、機(jī)房、空調(diào)、UPS、服務(wù)器等IT設(shè)備、應(yīng)用系統(tǒng)和數(shù)據(jù)管理效率等全方位的問題。綠色數(shù)據(jù)中心的對(duì)公司發(fā)展的必要性能源緊缺是當(dāng)今世界的難題。降低能耗是公司每一個(gè)業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)所必須關(guān)注的，并成為提高企業(yè)成本競(jìng)爭(zhēng)力的一個(gè)保障。在確保業(yè)務(wù)穩(wěn)定運(yùn)營(yíng)的同時(shí)，降低IT長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)的成本，是每一個(gè)現(xiàn)代企業(yè)的任務(wù)。

    那么，當(dāng)前用戶的數(shù)據(jù)中心應(yīng)對(duì)綠色數(shù)據(jù)中心的表述，還存在哪些主要問題呢？

    1、物理環(huán)境層面的問題，物理層面主要包括機(jī)房、UPS、布線、監(jiān)控、空調(diào)等。

    傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心普遍存在局部過熱導(dǎo)致的宕機(jī)。傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心因設(shè)計(jì)不合理而制冷不能按實(shí)際設(shè)備的需要進(jìn)行分配，導(dǎo)致總體能源浪費(fèi)高且存在局部過熱而宕機(jī)。機(jī)房空調(diào)設(shè)置不合理，沒有采用機(jī)房專用的精密空調(diào)，而是直接采用了家庭舒適性空調(diào)。電源線纜布放過細(xì)，存在重大的安全隱患。沒有配備保障電源，機(jī)房的設(shè)備安全運(yùn)行無法保證。

    科學(xué)的數(shù)據(jù)中心動(dòng)力配置，成本會(huì)在建設(shè)初期提高，相比由此帶來的系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)營(yíng)帶來的業(yè)務(wù)高可靠性，同時(shí)體現(xiàn)出的節(jié)能減耗帶來的低成本價(jià)值。

    2、IT設(shè)備層面的問題，包括服務(wù)器、存儲(chǔ)等，解決方案如服務(wù)器虛擬化、芯片性能能耗比提高等。

    數(shù)據(jù)中心的電力密度在過去10年間增長(zhǎng)了10倍。美國(guó)在1992年每機(jī)柜2.1千瓦，到了2006年漲到14千瓦;很多企業(yè)經(jīng)常因電力限制而無法充分利用其機(jī)柜空間。處理器能力的飛速提高，導(dǎo)致數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施電源需求大幅增加，既要用電力來驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行，又要用相當(dāng)?shù)碾娏�來�?qū)動(dòng)空調(diào)，以冷卻系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量。

    3、數(shù)據(jù)應(yīng)用管理層面，包括應(yīng)用系統(tǒng)與數(shù)據(jù)庫，解決方案如應(yīng)用系統(tǒng)整合、信息生命周期管理等。

    傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)存儲(chǔ)混亂，沒有達(dá)到服務(wù)器與存儲(chǔ)的最佳效能比。這樣導(dǎo)致了數(shù)據(jù)管理的困難和潛在危險(xiǎn)。很多數(shù)據(jù)中心中的數(shù)據(jù)沒有合理和及時(shí)的進(jìn)行災(zāi)備，也給突發(fā)事件的處理帶來了很大的麻煩。要最大限度地發(fā)揮員工、合作伙伴和客戶的潛力，組織中的每個(gè)員工必須能夠快速查找和訪問信息。對(duì)于必須應(yīng)對(duì)無計(jì)劃的應(yīng)用程序停機(jī)、較差的系統(tǒng)可伸縮性和性能以及對(duì)數(shù)據(jù)安全性缺乏適當(dāng)控制等情形的 IT 專業(yè)人士和數(shù)據(jù)庫管理員，過時(shí)或效率低下的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)難以滿足此需求。

    二、綠色數(shù)據(jù)中心標(biāo)準(zhǔn)的商榷

    所謂數(shù)據(jù)中心的“綠色”，業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)并不統(tǒng)一，也沒有形成可以參考的規(guī)范。筆者認(rèn)為，綠色標(biāo)準(zhǔn)可以體現(xiàn)在兩個(gè)方面：第一、整體設(shè)計(jì)的科學(xué)合理和設(shè)備的節(jié)能環(huán)保。綠色應(yīng)該體現(xiàn)在通過科學(xué)的機(jī)房配置建設(shè)設(shè)計(jì)或改善，來形成動(dòng)力環(huán)境最優(yōu)化的配置，實(shí)現(xiàn)初始投入最小化;在保障機(jī)房設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)營(yíng)的同時(shí)，達(dá)到節(jié)能減耗;同時(shí)服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)等設(shè)備要實(shí)現(xiàn)最大化的效能比。第二、滿足IT環(huán)境的基本運(yùn)營(yíng)，同時(shí)確保可擴(kuò)展性。要合理規(guī)劃數(shù)據(jù)中心的使用壽命，爭(zhēng)取達(dá)到總體TCO最小化。

    針對(duì)數(shù)據(jù)中心的綠色化標(biāo)準(zhǔn)，可以參考如下指標(biāo)：

    1. 數(shù)據(jù)中心能源效率指標(biāo)。該指標(biāo)將評(píng)估一個(gè)數(shù)據(jù)中使用的能源中有多少用于生產(chǎn)，還有多少被浪費(fèi)掉。其中綠色網(wǎng)格組織的電能利用率PUE (Power Usage Effectiveness) 影響較大，PUE=(數(shù)據(jù)中心的總用電量)/(IT設(shè)備的總用電量)。數(shù)據(jù)中心電能利用率的物理含義是在用戶總輸入電能中，到底有多少的電能是真正被饋送到IT設(shè)備上。數(shù)據(jù)中心機(jī)房的PUE值越大，則表示用于確保 IT設(shè)備安全運(yùn)行所配套的、由UPS供電系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、輸入/輸出供配電系統(tǒng)以及照明系統(tǒng)等所組成的動(dòng)力和環(huán)境保障基礎(chǔ)設(shè)施所消耗的功耗越大，所以 PUE值越小，越能體現(xiàn)機(jī)房的節(jié)能性。目前，國(guó)內(nèi)絕大多數(shù)的數(shù)據(jù)中心PUE為3左右，歐美一些國(guó)家PUE平均值在2左右。

    2.IT設(shè)備的能效比。IT設(shè)備能效比=(IT設(shè)備的數(shù)據(jù)處理流量/秒或數(shù)據(jù)吞吐量/秒)/IT設(shè)備的功耗，IT設(shè)備諸如服務(wù)器、存儲(chǔ)等主要設(shè)備。所選用IT設(shè)備的能效比越高，則意味著IT設(shè)備每消耗1W的電能，所能處理、存儲(chǔ)和交換數(shù)據(jù)量越大。因此李成章先生認(rèn)為：由此所帶來的另一個(gè)潛在好處是可以大幅度地降低數(shù)據(jù)中心機(jī)房所需配套的UPS和空調(diào)系統(tǒng)的容量和功耗,從而達(dá)到節(jié)能、節(jié)投資和節(jié)省機(jī)房安裝面積的目的。因此，當(dāng)我們?cè)谶x用服務(wù)器時(shí)，不僅需要了解各種產(chǎn)品在滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)的功耗大小和效率的高低。還需了解它們?cè)谳p負(fù)荷運(yùn)行時(shí)的實(shí)際功耗大小和效率的高低。

    3.IT設(shè)備的工作溫度和濕度范圍。如果用戶選用了對(duì)工作溫度和濕度都很敏感的IT設(shè)備，勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致他們必須再花費(fèi)大量的人力和物力去建立和維護(hù)耗能很大的空調(diào)保障系統(tǒng)。因此，應(yīng)盡量選用具有較寬工作溫度和濕度范圍的IT設(shè)備。此外，相關(guān)的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)顯示：對(duì)于空調(diào)系統(tǒng)而言，在其它的運(yùn)行工況條件保持不變的情況下，如果將空調(diào)機(jī)的運(yùn)行溫度(例：回風(fēng)口的溫度)提高1℃，就能將其運(yùn)行效率提高3%左右。

    4. 技術(shù)本身的能源效率指標(biāo)。如電腦顯示器、服務(wù)器、芯片等，它所運(yùn)行的時(shí)候使用多少能源。很多的國(guó)家都有關(guān)于消費(fèi)電子產(chǎn)品的能耗標(biāo)準(zhǔn)。正是此背景之下，在信息產(chǎn)業(yè)部所公布的首批“節(jié)能降耗電子信息技術(shù)、產(chǎn)品與應(yīng)用方案推薦目錄”中、已將服務(wù)器的“節(jié)能指標(biāo)”納入到國(guó)家的節(jié)能規(guī)劃體制。從某種意義上講，它標(biāo)志著在我國(guó)推進(jìn)服務(wù)器的節(jié)能工作已進(jìn)入了一個(gè)嶄新的階段。與此相配合的動(dòng)向之一是：近年來，若干著名的服務(wù)器生產(chǎn)商(例：IBM、HP、Dell、Sun和Cisco等公司)紛紛提出各自的“綠色數(shù)據(jù)中心”解決方案。

    5. 機(jī)房基礎(chǔ)設(shè)施的利用率指標(biāo)。關(guān)鍵電源及制冷設(shè)備的綜合利用率、布線的合理程度、管理的人性化程度等。在機(jī)房的基礎(chǔ)設(shè)施方面，與UPS相關(guān)的電源設(shè)備也是節(jié)能需要重點(diǎn)考慮的環(huán)節(jié)。調(diào)查顯示，盡管機(jī)房UPS的購買成本約占整個(gè)機(jī)房投入的5%左右，但是，其電源消耗可能占機(jī)房總電耗的10%以上。要降低數(shù)據(jù)中心制冷的能源消耗，最根本的辦法是減少外界的熱量進(jìn)入，同時(shí)減少內(nèi)部熱量的產(chǎn)生。減少外界的熱量就要求作為建筑物的數(shù)據(jù)中心要符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，如符合GB50189-2005《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》的要求。

    三、對(duì)綠色數(shù)據(jù)中心的建設(shè)與評(píng)估

    綠色數(shù)據(jù)中心的本質(zhì)是一整套設(shè)計(jì)和方法論，而不是簡(jiǎn)單地購買新一代產(chǎn)品，最高效的數(shù)據(jù)中心不一定就是綠色的。綠色數(shù)據(jù)中心需要全面的理解和整體認(rèn)識(shí)，這包括位置、環(huán)境、物理建筑、基礎(chǔ)設(shè)施、員工、系統(tǒng)建設(shè)和維護(hù)等眾多因素。如同周源所說，“對(duì)于企業(yè)IT負(fù)責(zé)人來說，綠色數(shù)據(jù)中心的效果就像是一條長(zhǎng)尾——曲線靠前的頭部通常由服務(wù)器功耗、體積、空調(diào)功耗、不間斷電源等’大指標(biāo)’組成，而在曲線的尾部則是由空氣動(dòng)力設(shè)計(jì)、設(shè)備擺放位置、機(jī)柜和服務(wù)器之間的距離、維護(hù)難易程度等無數(shù)’小指標(biāo)’組成。如果沒有整體設(shè)計(jì)和方法論，即使抓住了全部的“大指標(biāo)”，也未必能達(dá)到理想的綠色效果。”

    1、基礎(chǔ)設(shè)施與動(dòng)力環(huán)境設(shè)計(jì)、安裝合理，達(dá)到最優(yōu)化

    第一，數(shù)據(jù)中心應(yīng)配置保證電源，至少配置N+1的UPS電源，確保市電中斷以后能確保設(shè)備正常運(yùn)行。如果條件可以，應(yīng)該再配置一臺(tái)發(fā)電機(jī)，確保市電中斷時(shí)間過長(zhǎng)造成的影響。

    第二，數(shù)據(jù)中心要配置機(jī)房專用的精密空調(diào)，并做好整體監(jiān)控，能夠根據(jù)機(jī)房環(huán)境和濕度的變化隨時(shí)對(duì)空調(diào)的運(yùn)行進(jìn)行調(diào)節(jié)。

    第三，數(shù)據(jù)中心要建設(shè)專用的送風(fēng)通道。數(shù)據(jù)中心的設(shè)備由于能耗大，發(fā)熱量也大，下送風(fēng)方式效果最好，因此必須在機(jī)房設(shè)置地板，建立專用的下送風(fēng)通道。

    第四，要進(jìn)行專門的規(guī)劃。要根據(jù)公司的發(fā)展做好規(guī)劃，最好能對(duì)機(jī)房進(jìn)行全面的規(guī)劃，然后根據(jù)業(yè)務(wù)發(fā)展的需要分步實(shí)施。只有這樣，機(jī)房的建設(shè)才會(huì)正規(guī)，才不會(huì)出現(xiàn)電源線纜發(fā)熱的情況。

    2、重點(diǎn)關(guān)注耗能的各個(gè)部分，層層把關(guān)，嚴(yán)防超標(biāo)

    第一、IT設(shè)備系統(tǒng)。由服務(wù)器、存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)通信等設(shè)備所產(chǎn)生的功耗約占數(shù)據(jù)中心機(jī)房所需的總功耗的50%左右。其中服務(wù)器所占的總功耗為40%左右，另外10%功耗由存儲(chǔ)設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備均分。

    第二、空調(diào)系統(tǒng)。由它所產(chǎn)生的功耗約占數(shù)據(jù)中心機(jī)房所需的總功耗的37%左右。其中25%左右的功耗來源于空調(diào)的制冷系統(tǒng)所產(chǎn)生的功耗，12%左右的功耗來源于空調(diào)送風(fēng)和回風(fēng)系統(tǒng)所產(chǎn)生的功耗。

    第三、UPS供電系統(tǒng)。它們的功耗約占機(jī)房總功耗的10%左右。其中7%左右來源于UPS供電系統(tǒng)所產(chǎn)生的功耗，3%左右來源于UPS輸入供電系統(tǒng)系統(tǒng)所產(chǎn)生的功耗。

    第四、照明系統(tǒng)。它約占數(shù)據(jù)中心機(jī)房所需的功耗的3%左右。

    3、注重?cái)?shù)據(jù)中心的整體成本和環(huán)保措施，達(dá)到最大效用比

    當(dāng)前，建造綠色數(shù)據(jù)中心和建造普通數(shù)據(jù)中心的成本基本相差不多，很多所謂的“綠色實(shí)施”，比如更高效的服務(wù)器，更高的整合程度，虛擬化技術(shù)的應(yīng)用以及高效的冷卻設(shè)備，很快都成為了當(dāng)前數(shù)據(jù)中心建設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)，因此“綠色”和“傳統(tǒng)”數(shù)據(jù)中心建設(shè)成本的區(qū)別有時(shí)并不明顯。對(duì)于環(huán)保問題，數(shù)據(jù)中心的建設(shè)不僅僅是服務(wù)器、存儲(chǔ)等設(shè)備的節(jié)能環(huán)保，數(shù)據(jù)中心本身的建設(shè)也要遵循環(huán)保規(guī)范。一般來說，一提起數(shù)據(jù)中心的綠色環(huán)保措施，人們首先想到的就是減少能耗、增添能效、減少空調(diào)數(shù)量以便節(jié)省能源等，措施基本都集中在對(duì)硬件設(shè)備的改造上。軟件同樣也是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心綠色節(jié)能環(huán)保的主要手段。軟件為綠色數(shù)據(jù)中心做的最大貢獻(xiàn)體現(xiàn)在，軟件可以改變數(shù)據(jù)中心中數(shù)據(jù)系統(tǒng)的架構(gòu)，從而帶來服務(wù)器使用數(shù)量以及服務(wù)器中各種硬件設(shè)備的減少，由此實(shí)現(xiàn)綠色數(shù)據(jù)中心的目標(biāo)。采用目前流行的虛擬化技術(shù)，可以讓一臺(tái)服務(wù)器中運(yùn)行多個(gè)應(yīng)用，這相當(dāng)于可將一臺(tái)服務(wù)器作為幾臺(tái)服務(wù)器使用，這就大大提高了服務(wù)器的使用效率，并減少了服務(wù)器的數(shù)量，這是對(duì)綠色數(shù)據(jù)中心做的貢獻(xiàn)之一，也是為什么虛擬化軟件日益流行的主要原因。■