提高数据中心能效的十大技术

无论你的公司已经开始走上了以提高数据中心能效为目的的道路，还是甚至不知道节能该从何处下手，本文将介绍NetApp公司用来改善数据中心基础设施的十项方法。您也许惊喜地发现，这些方法不但简单易学，还经济可行。

　　作者简介：Dan Hoffman 具有20 多年的设备管理经验，专长于废热发电和节能。目前，他于加利福尼亚桑尼维尔的NetApp 总部管理数据中心操作团队。

　　大大小小的客户反映，能耗带来的成本是他们担心的一大问题。Gartner公司估计，到2008年，IT预算总额当中48%将用于能源这一项。这个比例实在高得惊人。

　　在2007年8月发布的报告中，美国环保署(EPA)表示形势不容乐邸Ｃ拦?繁Ｊ鸬墓兰剖?窒允荆??悄苄Х矫姹３帜壳罢飧銮魇疲??朗?葜行牡哪芎牧康?011年几乎要翻一番。

　　多年来，NetApp里面的跨部门团队与地方电力公司之间的合作大大提高了数据中心的能效。这要归功于公司主数据中心的改进，已经达到了节省能效的目的，环保署称这种节省对2011年的数据中心而言处于"先进水平"。另外，公司预计，新建的数据中心都将符合美环保署为2011年制订的"可以达到的最高目标"，不但能提前三年实现，而且只使用现有的技术。

　　以下是提高能效的十个方法：
　　测量以便控制
　　要是无法测量能耗情况，就无法控制，这是运营效率方面的经典格言。为了防止能效低下，先要从基准测量开始。如果不知道电力耗用情况，就不知道要关注哪些方面。为了帮助测量能耗，可以分成以下几大类: IT系统、UPS、冷却装置、照明系统等。

　　IT 系统虚拟化及整合
　　美国环保署估计，数据中心的总耗电量中50%来自服务器和存储系统，它们自然就成了首要的节电对象。眼下的热门趋势就是服务器虚拟化，这种有效策略可以节省空间、电力和冷却资源。

　　为了充分获得服务器虚拟化带来的好处，需要存储基础设施提供汇集的网络存储资源。与服务器虚拟化一样，存储虚拟化也可提高能效: 数量较少、比较庞大的存储系统提供了更多的容量和更高的利用率，因而减少了空间、电力和冷却资源。

　　通过实施存储和服务器虚拟化技术，改用了更加节能的存储模式。我们用10个最新的存储系统换掉了50个较旧的存储系统，因而获得了以下好处:

　　存储机架的占用空间从25个机架减少到了6个机架;

　　电力需求从329kW减少到了69kW;

　　空调制冷能力方面的需求减少了94冷吨;

　　系统供电所需的成本每年减少了6万美元。

　　管理数据
　　在进行存储虚拟化规划时，我们对现有业务数据进行了审查。结果发现，存储的数据有50%可以删除。

　　遏制数据过度增长的首要方法就是事先阻止数据激增。企业的磁盘卷通常都含有数百万个重复数据对象。这些对象被修改、分发、备份及归档时，重复数据对象也重复存储。

　　在使用了几种不同的方法之后，如重复数据删除、克隆和自动精简配置，它们都有助于实现同一目标: 减少不必要的数据。

　　避免系统过度冷却现象
　　冷却系统是IT部门往往开支过多、估计错误的一个方面。厂商通常根据系统一直在峰值负荷下运行来估计功耗。要问问自己，系统在峰值状态下运行的时间有多长?答案可能是几乎没有。那么，为什么要对系统进行不必要的冷却呢?

　　关键在于算出准确的电力负荷，这可能很棘手。为了帮助得出合理的电力负荷估计值，我们首先在实验室环境测试了设备，之后把设备部署到数据中心。通过这样的测试，我们确定了系统的合理电力负荷估计值比厂商的估计值低30%到40%。知道这一点后，我们就能监控每个机架的电力使用情况，相应调整冷却系统，从而减少了冷却过头所浪费的能源。

　　我们还采取更进一步的行动: 在空气处理器上使用了变频驱动装置。不是让风扇一直全速运行，变频驱动装置可根据每一排机架的实际设备冷却要求来改变风扇转速。由于风扇能不断监控温度，自动调整，以便需要时加快或者减慢风扇转速，我们大大节省了能源。实际上，风扇转速降低50%可以把功耗降低87%。

　　合理设计空间布局
　　先讲讲物理知识: 热空气上升，冷空气下降。这样的规则也适用于数据中心。通过活动地板对数据中心里面铺设的地板向上输送冷却空气，这种老方法通常耗用更多能源。我们采用的是在机器正面向下输送冷空气。然后，冷空气被吸到机器里面，再从后面作为热空气排出来。热空气升到天花板后，经通风口排到外面。

　　不过，机架的位置极其重要，因为用户不希望把一台机器排出来的热空气被另一台机器吸进去。我们放置的机架是前端对前端、后端对后端。这种名为"热通道/冷通道"的方案成了数据中心设计的最佳实践，因为它确实有效。

　　由于冷却系统放在机架上，也不需要活动地板(通常要铺传输冷水的水管及其他冷却线缆)，从而节省了另外的能源和空间。

　　不断改进热隔离
　　无论在什么地方使用热通道/冷通道方案的高密度机架，都需要另外的气流措施防止排出来的热空气进入到冷通道。这时，动一动脑筋就能收到成效，不需要什么高技术。

　　我们把上升热空气经通风口排出去，同时采用了一种低成本的方法。这方法很有效，也很重要。为了隔离热量，我们在热通道的两头以及机架上的冷却排气系统使用了透明塑料挂帘，使用透明塑料长条把空气控制在热通道，使用同样的长条在管道和设备周围形成一道物理屏障。

　　我们估计，单单放在一个数据中心的塑料挂帘每年就可以节省100万度电。

　　充分利用自然冷却
　　生成的冷空气不一定是惟一冷却来源。干嘛不同时借助大自然呢?我们使用室外空气作为自由冷却，每年可节省150万美元的能源成本。为此，我们在大楼一侧安装了调节风门，可自动调节从室外进入的空气。如果室外气温低于设定的温度点，调节风门会开启，室外空气经过滤后进入冷却系统。反过来，如果室外空气高于设定的温度点，调节风门会关闭，冷却装置则开始工作。

　　不过，这种方法需要不断微调及改进。在环境工程师的帮助下，正在努力提高设定的温度点，以便更充分地利用室外空气。最初设定的温度点是11摄氏度，后来逐步提高到了18摄氏度。我们正在进一步提高到24摄氏度，这样可以把自然冷却的时间段增至全年的85%。

　　尽量减少电力变换损耗
　　数据中心如今不是使用依赖电池的系统，而是使用运转时可存储能量的动态UPS。能量来自我们的切换基础设施，可以让每个UPS设备的电动马达转动起来。

　　UPS存储的能量可供电15秒到20秒，这时间足以执行任何切换操作。较旧的电池UPS能效有85%，如今最出色的UPS其能效平均达到了约94%，而有些UPS的能效高达97.7%，损耗的能源不到电池UPS的一半。

　　利用废热
　　电力要求和能源价格与夏季温度攀升密切相关。在温度和电力出现高峰的期间，我们以天然气为动力的热电联供(cogeneration)系统就会投入使用，为一百万瓦的数据中心提供经济的电力。通过这种方法得到了两个好处。

　　首先，通过在靠近用电区域的地方发电(分布式发电)，降低了电力成本，并且减少了输电过程中损耗的电量。第二个优点直接来自热电联供。热电联供指通过热力学原理高效利用燃料。它利用了发电过程中形成的大量废热。在其中一个数据中心，利用了天然气作为动力的发电机生成的废热，作为对冷却系统所用水进行冷却的吸附式冷却装置的动力源。我们的热电联供系统总能效达到了75%至85%，每年可节省30万美元。

　　定期监视和调整
　　可以采取另一个步骤来帮助提高数据中心的能效: 准确、定期地监控环境。大多数数据中心测量周边的负荷，因而无法准则测量结果。为了能够真正提高能效，有必要提高测量的准确性，即在机架层面进行测量(每个机架耗用的瓦特)，而不是数据中心的某个地方开始温度升高时，单单加快风扇的转速。我们不断测试及调整环境，放在中间层的多个温度传感器测得温度高低平均相差10到12度。

　　每个数据中心各不一样。如何决定实施节能型数据中心策略，这取决于用户本身的具体情况。不过，本文介绍的这10个方法应当提供了几条思路。如果不知道这些方法，建议确定数据中心的电力使用效率(PUE)值是多少。之后再设计相应的方法和改进措施，开始启动提高数据中心能效的计划。