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打造绿色数据中心的能耗策略

2015-01-03 18:47:17 来源:中存储

在数据中心策略层面,下列因素与数据中心能耗密切相关:

首先,选址。只要有可能,尽量将数据中心选择在低温干燥的地理区域,这样会让数据中心的设计人员有更大的节能设计余地。

其次,数据中心等级建设。HP数据中心服务部做过评估,对于一个IT运维能力和场地设施运维能力都很强的成熟客户,在特定应用场景下,建设两个Tier2等级的数据中心比建设一个Tier4的数据中有着更高的综合可靠性和相似甚至略低的建设成本。随着更多软件冗余技术(如云计算、虚拟化)的成熟和应用,人们开始重新评估场地设施的级别,低级别的数据中心因系统冗余少,有着更高的系统利用率,也意味着更低的能耗。实际的案例包括,原来主流数据中心采用T3/T4级别的eBay和Yahoo,已经把大部分应用部署在Tier1甚至更低等级的数据中心,只有核心数据库和核心网络继续留在高级别数据中心里。

第三,分期规划。数据中心的建筑属于不动产之列,一旦建成难于扩展,因此现代的数据中心需要做好规模规划,一般企业数据中心会预留10年以上的发展规模。这意味着机电系统需要进行分期建设,找到一个合适的容量进行机电设备的实施,使得IT设备在合理的时间内达到较高的负载进而提升机电系统的利用率,达到节能的目的。需要注意的是,数据中心机电系统的实施也属于“动土”范畴,分期建设的规划还是需要考虑适当的稳定运行期,不要“不间断地动土”,需要为分期规模找到平衡点。

第四,机柜部署密度。前面提到,在业务处理能力一定的情况下,高密度机柜部署会更节能,TCO也更低。高密度部署的前提是IT设备标准化。

在数据中心设备和系统设计层面,下列因素与数据中心能耗密切相关。一个是气流组织。气流组织的好坏会大幅度影响能耗,应当进行机柜的冷热通道隔离,必要时作封闭处理。优良的气流组织设计目前已经落实到大部分新建的数据中心,但一些老旧机房这方面的问题依然严重。另外一个是,高压直流。相比于交流系统,高压直流系统具有能源效率高、能耗低、系统简单、稳定可靠等特点。目前在数据中心行业的实践当中,高压直流的应用主要在于电气系统的末端(接入服务器一端)。高压直流系统目前处于大规模应用的前期阶段,其设备对比直流系统也暂时不具备成本优势。或许高压直流系统最大的好处在于系统的简单和稳定,以往交流数据中心的设备故障之中UPS和电池的故障高居榜首,直流系统则可以让你大幅度减少这些烦恼。至于高压直流的具体节能数据,不同的厂商尚有分歧。下图是HP公司内部的一个工作小组联合业界部分电气系统厂商做的一次评测结果,其数据不一定具有普遍适用性,仅供参考。注意其中仅在末端系统(Rack-level)采用高压直流和整个场地全部电气系统(Facility-level)都采用高压直流的大幅能耗差异。

值得一提的是,HP公司已经于2014年正式推出直流服务器,到2014年底,直流IT设备将覆盖主要高低端的服务器、存储和网络设备。主流IT设备厂商也有类似的直流产品计划。

还有空调系统技术,采用先进的空调系统技术进行数据中心的设计是数据中心场地基础设施节能的核心。在较高的服务器进风温度前提下(在ASHRAE建议的服务器进风温度上限27℃,现代服务器都能够保持良好的运行状态),对于新建的大中型数据中心,我们推荐前端采用高温冷冻水系统,使得冷冻水送回水温度得以较传统设计大幅度提高,达到17到23℃,这样使得可使用自然冷却的时间大为延长,也使得这一方案能够适用于我国绝大多数地理区域。

对于末端系统而言,如下图所示,越接近热源的末端空调方式是越节能的方式。我们推荐末端系统采用接近机柜的水冷技术(审慎的行业和单位慎用),目前可落地的方案包括水冷背板方案(RDHX)和顶置式对流制冷方案(OCC),由于OCC方案具有更少的物理接头(意味着更高的可靠性)、更低的造价、更好的冗余部署方式(N+1,2N等),我们认为OCC是更好的方案。

控制系统也很重要。数据中心的控制系统(Building ManagementSystem,BMS,也称为“楼控系统”),是数据中心利用自然冷却节能的重要部分,BMS是空调系统进行自动加机减机、平稳地在各种空调运行模式间切换、实现故障组件的替代的重要系统。BMS系统缺失或手动的BMS系统会导致作为过渡季节的春秋季,空调系统进行部分自然冷却期间,无法有效地加机减机、调整运行工况达到节能目的,其原因是运维人员手工操作太繁琐,干脆让空调系统全负荷运行(对运维人员而言这样也更“安全”),这意味着成百上千小时的部分自然冷却时间被浪费。

就新建数据中心而言,这可能目前国内数据中心与国外相比差距最大的地方。目前国内新建数据中心在控制系统上还是走传统路线,采用楼控厂商的商用或办公楼宇设计方案,存在不少单点故障,控制系统的可用性级别低于数据中心级别,其实这样的数据中心无法获得高级别等级认证。更要命的是,楼控厂商不了解数据中心的工作需求(业主方也不了解),系统都号称可编程,但是因为没有人说得清楚编程需求,于是“可编程”变成了“没编程”,业主最终花了自动系统的钱,得到的是一个手动系统,这样的现象可以说遍地都是。HP公司在数据中心控制系统上有着超强的技术实力和超过30年的经验(来自美国EYP),愿为解决国内数据中心市场上最后的一块大的技术堡垒做出应有的贡献。