数据中心电源效率策略

Dan Hoffman 著

NetApp 承诺一定要成为数据中心节能方面的业界领袖。我们实现此承诺靠的是建立高效的系统以及不断地减少我们的数据中心的电源低效率。我们很幸运有一位一直鞭策我们挑战可能极限的首席执行官。

本文总结了我们在数据中心电源效率方面的制胜策略。您可以并通过我们在桑尼维尔的数据中心。
您可能还想参阅我们有关的报告。

最近数据中心电源效率大会上的一份 EPA 报告引用了我们如何最大限度地降低支持数据中心操作所需的电力和冷却要求。EPA 建议应当将电源使用能效 (PUE) 比率作为对整个数据中心电源使用的衡量。目前的 PUE 基准为 2.0，相当于电源与冷却之比为 1:1。进入 2008 年后，我们在加州桑尼维尔的新设备和北卡罗来纳州罗利市的三角研究园 (RTP) 都将超过 EPA 建议到 2011 年数据中心达到电源效率要求的最尖端方案。我们新设备的设计 PUE 为 1.2，这符合 EPA 2011 年最终可完成方案。

我们团结协作并始终将电源效率摆在第一位

注重电源效率的第一步需要我们公司所有部门的一致努力。我们发现让身边具有更庞大的团队可让我们做出更好的决策以便更有效地使用 IT 系统和设备。当大家都知道业务系统的总成本并考虑电源和冷却系统时，我们就可以在支持业务不断增长的同时使效率达到更高。

我们通常与 IT 公司的同行、NetApp 车间员工和外部专家合作。为了规划桑尼维尔数据中心最新样式，我们求助了外部咨询公司和我们的本地能源供应商 PG&E。PG&E 提供的帮助非常宝贵。那里的专业人员不仅提供了建议，而且还通过其慷慨的回扣计划最终还对重要的样式改进进行了融资。在不到一年时间内，减免款项与节能的结合就为我们投资提供了回报。

我们要从里到外地解决问题

数据中心是一项具有多种移动部件的复杂操作，任何部件都可以影响电源公式。我们消除电源低效策略的重点就是要解决各个方面的低效，从 IT 系统和数据中心布局开始，到数据中心周围的支持基础结构，再到建筑物的外墙，最后到发电场外。

虚拟化并整合 IT 系统。我们从存储整合开始，这是从服务器虚拟化获取巨大收益的基础。通过解除 50 个存储系统并整合至运行 Data ONTAP® 7G 的 10 个最新的存储系统，我们将存放空间从 25 个减少到 6 个机架。功耗仅为 69kW 的设备取代了功耗为 329kW 的设备。在这个过程中，我们每年减少 94 吨的大气排放和 60,000 美元为这些系统供电的电费。一个主要的服务器虚拟化项目目前正在为在利用率、场地空间、电源和冷却方面节省开支提供帮助。请在以后的 Tech OnTap 文章中继续关注这些结果。

管理数据。通过仔细分析业务数据，我们发现我们存储的 50% 的数据都可以删除。

在数据中心布局方面结合物理知识。利用（而不是违背）物理规律是另一种节能方法。首先，我们将设备前端对前端、后端对后端放入机架，交替使用冷热通道。由于冷空气较重，大量的冷空气就从机器的前端上方往下沉。冷空气被吸入机器内，然后将以热空气形式从后面排出。热空气将自然上升到顶部的通风口，即从数据中心排出。我们仅靠冷却系统（而非整个数据中心），将热空气隔离防止其吸入系统内就可以节省很多电能。未使用过的机架空间中的空白面板、乙烯基屏蔽及物理障碍都有助于进一步隔离热空气。

最大程度地减少电力转换损失。要最大程度地减少电力转换损失，我们可以使用高效飞轮 UPS。飞轮 UPS 对环境的危害较少，需要的维护也很少，且与电池 UPS 相比，效率更高。电池 UPS 的效度为 85% 至 94%，而飞轮 UPS 的效率为 97.7%。

采用自然冷却 “更经济的冷却”是冷却系统使用外部空气进行自然冷却的行业术语。我们不是对数据中心内的空气循环使用，而是引入清凉的外部空气将热空气排出数据中心。只有当外部空气低于设定的温度设置点时，才可以达到这种效果。在桑尼维尔，每年自始至终我们都是使用自然或混合 68% 的冷却空气。在我们的新实验室，我们将监控湿度和温度并根据更有效的那个过程计算所使用的外部空气量。

使风扇的速度符合实际的冷却要求。我们的可变频率驱动器可自动降低空气调节风扇速度以达到机架传感器确定的某个排气流的要求。通过降低风扇速度所节省的能量成几何式增长：风扇速度每降低 50% 就可以减少 87% 的电源消耗。

使用现场发电的热量。为避免使我们在能量需求达到高峰时能量成本过大，我们需要依靠使用天然气发电的现场设备。这种将热量与电源系统 (CHP) 的结合可以使我们无需购买电力即可生产冷水。发电产生的热就用作我们的水吸附式制冷设备的能量来源。此外，我们的水冷式冷却器比空气式冷却器效率更高。

我们挑战旧假设并对新假设进行测试

假设 1：设备管理和 IT 策略都是分散的功能。
许多年以前，在 NetApp 我们发现协作可以使系统效率更高。让各个组都知道其他组的需求和困难，从而让设备快速应对 IT 不断变化的增长需求。同时，IT 人员可了解场地、空间、电源和冷却的设备需要并可以平衡这些关系来应对业务的增长需求。

假设 2：我们已经按这种方式在做。
数据中心内的活动地板是大型机时代的人造物。我们的冷通道/热通道的布局设计可以不必考虑活动地板，这就使我们节省了电源和冷却传输开销。我们的最新数据中心看起来更像一连串的密闭通道，而不像一个大房间。该设计提供了冷热空气之间的最重要的物理屏障。

假设 3：高技术问题需要用新技术来解决。
电源效率并不总是需要昂贵的高技术解决方案。比如聚乙烯挂帘。您几乎找不到技术更低的了。通过创建冷热通道之间的物理屏障，聚乙烯挂帘每年仅在桑尼维尔就可以为我们节约 1 兆瓦特电量。

假设 4：数据中心必须真正冷却。
这些年来，我们逐渐从最开始的 52°F 提高数据中心内的温度。由于提高了温度，我们在多个方面上获得了节省：我们需要更少的冷却；可以使用外部空气获得较长时间的自然冷却；还可以提高我们冷却器内的水温最大限度地提高冷却器效率。

我们真正认识到提高数据中心温度可以减少冷却系统出现故障时造成的利润损失。防止这类情况的唯一方法就是不断监视、检测和调整您的 IT 环境。

监视、检测和调整

运行的温度越高就意味着出现故障的频率越低。为了防止发生灾难，我们不断监视、检测和调整数据中心内的多种环境组件，包括温度、天然气和电力成本及电源负载情况。这些听起来是微不足道的小事，但如果将这些小事累积起来就可以产生很大的影响。例如，我们在整个数据中心都安装了传感器以密切监视温度并提醒我们热点情况。我们经常监视天然气成本和电力成本以便我们知道什么时候运行天然气生成器以及运行多长时间，同时我们也经常调整冷却系统以减少系统冷却过度浪费的能量。

让电能节约达到极限

我们正在利用我们所了解的有关最大限度地提高电能效率的知识并将其用于我们的新数据中心。2008 年，我们将使用当前可用到的技术达到 EPA 2011 年“可能情况”的方案。12 千瓦用于为机架供电，冷却机架需要 3 千瓦。

以下是我们正在使用的几种超前技术：

• 增大冷室的压力以消除机柜周围的短期气流循环并减少为设备风扇供电所需的能量。
• 提高温度设定值以降低整体冷却成本，使用外部空气提高较长时间的自然冷却、最大限度地提高冷却器效率。
• 热通道中用于自动调整光线和冷却程度的占用监视可以保存数据中心空闲时的 90% 的能量。

提高电源效率不仅可以节省金钱，而且根据 EPA 还可以提高系统可靠性。有关我们结合现成产品和多种创造性思维在电源效率上做出巨大进步的详细信息，请查看“