全美國的數據中心到底消耗了多少能源？

    數據中心的那些規模龐大、但卻其貌不揚的建筑在成為全球經濟的強大引擎，并為經濟動脈源源不斷的輸送血液的同時，也消耗了巨大的能量早已經不是什么秘密了。但是，盡管我們對于數據中心的這些基礎設施及其規模化處理能力的瘋狂增長存在著依賴，事實證明，整體而言，數據中心行業提高能源效率作為其規模化擴展的能力則是非凡的。

    根據美國政府近期所公布的一項最新的數據中心能源使用情況的調研結果顯示，在過去的五年中，美國的數據中心的容量需求大幅增長，但總的數據中心能源消費的增長幅度卻并不大。該項調研是首次對全美國數據中心行業近十年來的能源使用情況的全面分析。

    根據這項研究顯示，在2014年，全美國數據中心行業共計消耗了大約700億千瓦時的電力資源，占全美國能源消費總量的2%。這相當于該年度約640萬戶美國普通家庭能源消耗的數量。而從2010年至2014年，全美國數據中心行業總能耗增長了大約4%，該能耗較之前一個五年可以說是發生了巨大的變化，在此期間，全美國數據中心行業總能耗增長了24%，而其甚至較之本世紀最初的五年的能耗也發生了一個更大的變化，彼時的能源消耗增長了近90%。

    根據這項由美國能源部與來自斯坦福大學、西北大學和卡內基·梅隆大學的研究人員共同進行的能源合作研究顯示，效率的提高已經在控制整個數據中心行業的能源消費增長速度方面發揮了巨大的作用。如果沒有這些效率的提升，仍然停留在2010年的能效水平的話，整個數據中心會消耗接近400億千瓦時，遠遠超過他們在2014年執行相同的工作量所消耗的能源。

    根據該項研究預測，在2010年到2020年之間，能源效率的提升將幫助節省6200億千瓦時的能源。研究人員預計，從現在到2020年，全美國總的數據中心的能源消耗量將增長4%，他們預測未來五年的能源消耗量的增長率與過去五年是相同的，將達到約730億千瓦時。

    上面這幅圖表顯示了從2000年到2020年，全美國數據中心總的能源消耗的增長情況。其還說明了如果該行業并沒有自2010年以來采取任何相應的效率提升措施的話，整個數據中心行業能耗增長將如何更快。(數據來源：美國能源部，勞倫斯伯克利國家實驗室)

    能耗增速放緩

    在世紀之交，圍繞著數據中心的能耗情況逐漸開始引起了很多公眾的關注。隨著互聯網是快速發展，許多人開始詢問其在國家能源使用大局中所扮演的角色的問題。

    許多人，包括政府部門的官員們，也紛紛開始敲響了警鐘，擔心互聯網企業能耗的持續增長將很快將成為一個大問題。這些擔憂很快就由于煤炭集團的游說而變得愈演愈烈。這些煤炭集團資助了一些動機可疑的“專家”們所進行的偽科學研究。他們表示，互聯網企業的能耗已經失去了控制，而如果社會希望其得到繼續的生長的話，那么繼續關閉燃煤發電廠是不明智的。

    美國能源部(DOE)首次決定嘗試量化數據中心行業到底消耗了多少能源，其結果報告發表在2008年的國會報告中，可以說是對這方面不斷升溫的關注的響應。其結果表明：的確，數據中心的基礎設施消耗了大量的能源，而且能源的消耗還在繼續迅速增長，但問題并沒有上述研究“專家”們所描述的那樣嚴重。

    “DOE最新的研究…真的是對于全美國數據中心行業的能源使用情況在某些方面的首次量化。”美國能源部的勞倫斯伯克利國家實驗室的研究科學家、及最新研究報告的主要撰稿人Arman Shehabi在接受Data Center Knowledge網站的記者專訪時表示說。

    這些2008年、及今年的調研報告的撰稿人們所沒有預料到的是：整個數據中心行業能源使用總量的增長曲線從2008年到現在的扁平化。這是Shehabi和他的同事們在分析最新的調研數據時所發現的最大的驚喜。

    “整個數據中心行業能源使用總量的增速正在放緩，而現在增長的速率則相當穩定。”他說。

    “現在，數據中心需要處理更多的業務量，數據中心的處理能力則更高效了。”

    更少的服務器

    關于該能耗增長曲線扁平化有一份完整的因素清單列表，但其中最為明顯的因素是：數據中心所部署的服務器的數量沒有如過去一樣快速增長。服務器已經變得更為強大且更加有效，該行業已經想出了各種不同的方法來充分利用每臺服務器更多的總容量，而其中最主要的方法便是通過服務器虛擬化，該方法使得一臺單一的物理服務器能夠托管許多的虛擬機。

    該研究報告援引市場研究公司IDC的服務器出貨量估計，在2000年至2005年間，企業每年所采購的服務器的數量都比上年度的服務器的平均數量增加了15%。在這五年間，數據中心的服務器的部署總量只增加了一倍。

    在過去五年，每年的服務器出貨量增長速度下降到5%，部分原因是由于2008年以來的市場大跌崩潰，同時也是由于在此期間出現的服務器虛擬化。自2010以來，每年的服務器出貨量增長下降到3%，而研究者預計其將繼續維持在這一水平直到至少2020年。

    超大規模數據中心的因素

    從過去的十年至今，我們也同時看到了超大規模數據中心的趨勢開始興起，龐大的基礎設施被設計用于最大限度的提升效率。而這些都是由云服務和互聯網巨頭所打造的，包括諸如谷歌，Facebook，微軟和亞馬遜，以及數據中心提供商，專注于設計和建設數據中心并租賃給他人的服務商。

    根據美國能源部的研究，占到每年3%的年度出貨量增長的服務器中的絕大部分都已經進入了超大規模的數據中心。云服務巨頭們已經創造了一種科學，以最大限度地提高服務器的利用率和數據中心的效率，并使其成為了整個數據中心行業整體能源使用量減緩的一大重要的方式;而數據中心供應商在他們的基礎設施運營效率、設備功能和冷卻方面也取得了巨大的改善。這兩方面的因素都很好的激勵了數據中心運營商們積極的提高效率，因為其直接影響到他們的利潤。

    企業組織機構在云中、以及在數據中心提供商的基礎設施中所部署的應用程序的量也開始不斷增長。根據Uptime Institute最新的一項調查發現，企業自有的數據中心托管了當今企業組織71%的IT資產，20%的IT資產是由數據中心提供商托管，剩下的9%則是在云中托管。

    上面的圖表顯示了：隨著時間的推移，不同類型的數據中心的能源使用比例狀況。SP數據中心是由服務供應商所運營的數據中心，包括主機托管商和云服務提供商，而內部數據中心是典型的單用戶企業數據中心。(數據來源：美國能源部，勞倫斯伯克利國家實驗室)

    此外，不僅企業組織機構現如今正在部署更少量的服務器，而且每臺服務器所需的功率量也并沒有像其過去那樣迅速增長。從2000年到2005年服務器的功率要求有所增加，但從那時起，就一直相對穩定，根據美國能源部介紹。當運行閑置服務器或維持低利用率時，服務器在降低功耗方面變得更有效，而底層的數據中心的電源和冷卻基礎設施也變得更有效。存儲設備和網絡硬件也得到了顯著的效率提升。

    從IT機柜到超大規模的設施

    為了能夠更好的分析數據中心行業所消耗的能源數據，了解數據中心產業的發展軌跡是相當重要的。早在2007年，這仍然是一個非常年輕的領域，彼時，美國能源部門才首次發布其研究結果，Shehabi表示說。不久之前，我們根本沒有需要數據中心的必要，彼時，企業組織沒有數據中心，只需要購置一臺服務器安置在某位員工的辦公桌旁邊。但很快，他們將需要添加另一臺新的服務器，隨后又不斷添置服務器，直到他們需要一個單獨的機房或機柜來安置這些服務器。最終，所需服務器的數量已經發展到需要專用的設施的地步。

    這一切都發生得非常快，首批數據中心運營商們所主要關注的點則是如何能夠跟上企業業務發展的需求，而不是盡可能的減少能耗，并遵守能源法案。 “而到了現在，數據中心的規模是如此之大，數據中心是從整個系統的視角來設計的，數據中心運營商們需要找尋到一種方法，讓他們更有效率的運行，并盡可能富有成效，而這一找尋的過程也為我們帶來了很多在我們這份新的報告中所看到的效率的提升。”Shehabi說。

    效率也不是最終的答案

    雖然數據中心行業作為一個整體已經在設法盡量使其能源使用的增長曲線扁平化，但更為重要的是要記住：所有現有的軟件中的相當大的一部分，仍然運行在非常低效的數據中心，某些小企業的IT基礎設施是在十年前或更早的時候所建立的，而這些IT基礎設施還需要繼續用于支持醫院，銀行，保險公司等等的應用程序。“這些規模非常小的數據中心的效率問題無疑是迫切需要解決的問題。”Shehabi說。 “即使他們發展的速度不是很快...但在這些數據中心仍然擁有數以百萬計的服務器，而這些服務器的運行都只是非常低效的。”展望未來，找尋到一種方法要么能夠使得這些較小規模的數據中心變得更高效;要么用高效的超大規模基礎設施來替換它們將是非常重要的。

    而較之美國能源部的第一份數據中心行業調研報告，最新的調研結果則是相當令人鼓舞的。當然，最新的調研也并未表明，整個數據中心行業已經有效地解決了他們在未來可能面臨的能源問題。您的數據中心僅僅只能通過幾個方式來提高效率——您可以通過設計出更高效的基礎設施，并提高服務器的利用率——而世界上最大規模的數據中心運營商們已經在這兩方面做出了相當多的努力了，但鑒于數據中心服務的需求不斷增加，而且也沒有跡象表明這種需求將在任何時候會有所放緩。“我們只能盡量實現百分之百的效率。”Shehabi說。

    在撰寫這份調研報告的過程中，他和他的同事們警告說，隨著信息和通信技術的不斷發展，未來的新的系統和服務的部署很可能“無需太多考慮能源方面的影響”。但是，不同于15年前，該行業現在已經積累了大量關于如何有效地部署這些系統的知識。故而一味的等待具體有效的部署計劃的確定可能只會導致您企業未來的挫折。

    “數據中心服務的潛力，特別是從全球范圍來看，目前仍處于一個相當初級的階段，而隨著我們目前繼續實施了一系列最大化的提高能源利用效率的戰略措施之后，未來的需求可能會增加。了解這種轉變是否會發生，何時可能發生，以及數據中心可以采取何種措施來盡量減少他們的成本和并減少對環境影響的方式，將是整個行業在今后的重要研究方向。”<