提高数据中心能效的十个方法

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，还是甚至不知道对节能何处下手，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。用户会惊喜地发现，这些方法不但简单易学，还经济可行。

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)表示形势不容乐观。美国环保署的估计数字显示，要是能效方面保持目前这个趋势，全美数据中心的能耗量到2011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。

虚拟化及合并IT 系统

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。

避免系统冷却

过头的现象

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。

尽量利用自然冷却

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。

 

不断监视及调整

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。(清风编译  注: 作者Laura Pickering是NetApp公司的副总裁兼环保责任倡导者。）

链接

一些细小的方法将有助于控制数据中心的能耗。

减少数据中心能耗的五个方法

减少数据中心的能耗数量未必很棘手，不过这确实需要全面的方案，通盘考虑IT、冷却和电力等基础设施。正如数据中心咨询公司EYP Mission Critical Facilities的首席技术官Kfir Godrich所说: “如果你在考虑数据中心时不是面面俱到: 从水电输入一直考虑到芯片，然后回过头来考虑电力和冷却，就达不到所定目标。”本文介绍的五个方法有助于控制数据中心的能耗。

1. 注重细节

补上已移除或者已拆走设备在活动地板留下的空眼。网络设备或者服务器通常放在机架上，把挡板安装到机架上的空位。把带孔地砖从热通道移到冷通道。启用服务器和计算机的节能功能。可能的话，关掉数据中心的电灯。

用户表示，这些改进有助于遏制上涨的水电费。面对费用上涨的形势，“我们用节能型LCD换掉了旧显示器; 启用了PC中的所有节能技术，降低硬驱功率，使其处于睡眠模式; 我们换掉了不支持节电功能的任何打印机”。保险代理管理系统公司Applied Systems的IT副总裁Tim Sander如是说。

商业咨询公司Brattle Group的IT主管Carmine Iannace表示，他采取了同样的做法。“我们在空的机架上使用挡板以引导气流。我们移动了服务器的位置，平衡数据中心的冷却负荷。另外，我们关注开发环境的服务器—如果它们没有使用，就关闭电源。”Iannace还使用了台式机和笔记本电脑的节能功能; 另外，要求员工下班后关闭计算机，节省电力。之外，只要没有人在数据中心工作，就关掉电灯。

 

2. 为服务器设定合理的能源规格

要注意所购买IT设备的类型，因为据美国环保署近期的一份能效报告显示，IT设备的能耗占到数据中心的一半。尤其要注意基于x86的行业标准服务器，它们的能耗占到了整个数据中心能耗的33%。x86服务器生产商Rackable Systems的营销副总裁Colette LaForce表示，比方说，要确保系统供应商没有把电源规格定得过高，或者使用不必要的高功率风扇。她建议关注电源效率至少达到90%的系统，它们比能效较低的机型更节电、散热更少。

Brattle公司的Iannace配置了所有服务器，以便使用208伏电源，而不是120伏，这样服务器里面的电源提高了能效。他还把核心的思科网络交换机升级到208伏电源。另外，他采用了多核服务器，并借助虚拟化技术进行了合并。他说，结果冷却要求降低了50%。

3. 合并与虚拟化

UniSource Energy公司的网络系统管理员Tyler Kilian也指出了合并与虚拟化带来的优点。他说: “我们在物理服务器方面全面遇到了制约，无论是电力还是冷却。如今，我们的电力基础设施借助虚拟化技术达到了80%的利用率。行业最佳实践证明我们达到 80%就是打满分了。即使我们在过去的几年明显增加了服务器资源，还是能保持80%的利用率。”

4. 把直流电源放在机架背面

用直流电源重新配置数据中心需要长远规划。Rackable Systems公司的LaForce说: “你可以把直流电电源添加到机架上，而不是让每个服务器都使用独立的交流电源。直流电源装置的功率和效率要高得多，里面的部件也少得多，因而不容易出故障。把它们放到系统里面，然后为机架提供直流电源，可以立即为电力成本节省10%到30%。”大多数服务器厂商提供交流电源装置选件。

5. 改动冷却和电力系统

减少数据中心能耗的另一个方法就是重新设计冷却系统。这就需要安装带变速风扇的冷却装置，让冷却装置在高于正常温度的环境下运行，并且在适当情况下使用自然冷却。

UniSource Energy公司的Kilian说: “我们正在考虑使用更易管理的冷却和能源基础设施，这样可以更有针对性地进行跟踪，以便了解。我们把冷却方案改成了并排式冷却系统，这样就能自动适应冷却要求。在服务器密集较低的地方，我们能够关掉风扇，减少能耗。”

EYP的Godrich说，调整冷却装置以便在较高温度下运行还能节省资金。“如果你能让冷却装置在高出10%的温度下运行，不会看到服务器出现任何峰值电压。”

他还表示，IT人员应当充分利用地理环境。比方说，较寒冷的气候环境可提供成本优势，因为用周围的冷空气或者冰块对空调装置进行降温也许是可行的。