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数据中心节能减排方案
  • 文中就联想集团众多节能减排的应用项目中,专门介绍数据中心的绿色包装应用和能耗管理软件,以及其引用后的效果。
  • 在全球碳排放总量中,信息通信技术设备的贡献在2040年将达14%,达到交通运输碳排放的一半以上,数据中心的能耗占其中的很大一部分。在全社会履行节能减排的大环境下,数据中心的节能减排越来越受到厂商和用户的重视。本文就联想集团众多节能减排的应用项目中,专门介绍数据中心的绿色包装应用和能耗管理软件,以及其引用后的效果。
      
      看到图1,是否有点触目惊心?人类在享受工业化带来的便捷生活的同时,也给地球带来了沉重的负担和严重的环境污染,二氧化碳的过量排放,导致全球气候变暖。由于温度的上升,北极冰川面积逐年下降,预测到2100年,将仅剩下最中间的一小块。到那时,北极冰川将近乎消失,珍惜的北极熊将无处生存。海平面将上升2.2m,一些岛屿和沿海城市将被淹没,我们人类赖以生存的陆地也会变小。近在咫尺的北戴河沙滩、远在万里之外的马尔代夫,都可能仅保存在照片中了。气候变化对全球自然生态系统也产生显著影响,除了温度升高,极端气候事件也频繁发生,这给人类生存和发展带来严峻挑战。
      
      图2显示二氧化碳的排放量趋势。过去150年,随着工业化的进程,全球二氧化碳的排放量急剧增加。从1950年到2015年,全球二氧化碳的排放量增长迅猛,这时期也是我国经济建设高速发展的阶段。到2015年中国GDP占比已经超过了世界GDP总量的14%,14%的GDP对应多大比例的二氧化碳排放比例呢?图中显示,我国二氧化碳排放比例已经占到全球的24%,14%和24%这两个数据对比,明显不合比例,虽然有经济结构的元素,但是这也说明我国的节能减排的任务很重,我们有很长的路要走,这需要我们共同努力,来保护我们和子孙后代赖以生存的环境。
      
      面对全球变暖的问题,联合国也是多次召开气候变化大会商讨遏制变暖的策略。在第11届联合国气候大会,第21次缔约方大会上,中国提出了自己的自主贡献目标。中国政府宣布到2020年,单位GDP碳排放相比2005年下降40%~45%,森林覆盖面积和林木蓄积量分别比2005年增加4000万公顷和13亿立方米。国家目标的实现,离不开每一个企业的贡献。说到支持国家的节能减排目标,降低碳排放,我们通常会认为,石油、化工、钢铁冶炼等高污染、高能耗行业才是碳排放的主要“元凶”。而最近加拿大麦克马斯特大学研究人员发布的一项最新研究,颠覆了大众的认知。研究人员认为,智能手机等信息通信技术产品也是全球变暖的推手之一。在全球碳排放总量中,信息通信技术设备的“相对贡献”从2007年占1%,到2020年可能升至3.5%,最终在2040年可能达14%,达到交通运输碳排放的一半以上。与智能手机等信息通信技术配套的数据中心,已经成了能源消耗大户。数据中心的建设运营产生了大量的温室气体排放,给资源和环境带来了巨大的挑战。
      
      联想致力于为节能减排事业做贡献。联想对数据中心从部件开发、整机生产、包装运输、到回收再利用,进行全生命周期能耗管控,致力于打造“绿色环保数据中心”,践行社会责任。联想推出了节能的固态硬盘替代传统的机械硬盘;开发了采用可回收材料的绿色包装;推出了水冷服务器和水冷数据中心替代传统的风冷数据中心;联想采用虚拟管理技术对数据中心全生命周期进行能耗管理,降低能耗。从硬件到软件、从开发到制造、全方位开展节能减排。这些措施得到了全球环境管理体系的支持,公司通过了ISO14001的认证。下面重点介绍两种节能减排应用方案:绿色包装和全生命周期能耗管理。
      
      1 绿色环保包装
      
      绿色包装就是尽可能使用废弃物来制作包装物,一方面减少环境污染,一方面减少碳排放。一般服务器楦体材料是使用从石油中提取的聚乙烯树脂制作而成的发泡聚乙烯,俗称珍珠棉,它具有很好的减震抗震能力,但是石油是不可再生的资源。而聚乙烯回收颗粒则是重复利用现有的资源,可以大大减少对不可再生的资源的消耗,达到减少碳排放的目的。经过统计,每台服务器可以减少26%的碳排放。两种材料形态如图3所示。
      
      聚乙烯回收颗粒再利用的生产过程介绍:
      
      在衡量回收料使用比例方面有两个指标,HRC(High Recycled Content)和MRC(Maximal Recycled Content),HRC是指回收料使用的占比高于65%;而MRC是指回收料使用占比达到90%以上。基于对结构强度、成本、减排的综合考虑,联想采用回收料的使用比例高达65%以上。
      
      简单来说,聚乙烯回收颗粒再利用的生产过程就是收集废弃料,挑选检测其中可利用的物料,将这些回收料制作成颗粒,通过机器挤压制作成卷材,然后对卷材进行处理。处理完毕的卷材粘贴成厚的板材,就可以制作成各种尺寸的包装楦体了。生产流程如图4所示。
      
      对于采用回收料制作包装物对减少碳排放的贡献,从下图中可以看出,按照联想服务器三个系列每年的销量计算,使用回收颗粒产生的碳排放,相比原始颗粒产生的碳排放,一年可以减少2140吨碳排放,这相当于20公顷森林一年可以吸收的碳排放。如果按照一颗树一年能够吸收的碳排放10kG/年进行换算,相当于214000棵树一年吸收的二氧化碳总量。
      
      2 全生命周期的能耗管理系统
      
      谈及数据中心的节能降耗,工业和信息化部、国家机关事务管理局、国家能源局三部门联合印发了《关于加强绿色数据中心建设的指导意见》,提出到2022年全国新建大型、超大型数据中心PUE值需达到1.4以下,如图5所示。
      
      要达到这个目标,需要先了解数据中心的能耗占比PUE。
      
      图6是PUE值=2的传统数据中心机房的典型能耗分布图,从图中我们不仅可以非常直观地观察到在数据中心机房中各种用电设备耗电量的统计分布状态。而且它还能非常清晰地暗示我们为了最大限度地降低数据中心的总能耗,它的最大节能降耗潜力何在。IT设备用电占50%,空调压缩机制冷系统能耗占比位居第二。要降低PUE值,需要尽可能的降低制冷等辅助设备的用电量。联想推出的能耗管理系统是用来限制、调整、降低IT设备能耗,这样间接降低IT设备发热,也就同时降低空调系统的负荷。
      
      联想的能耗管理系统简称LXEM,如图7所示。
      
      它能够帮助数据中心管理员建立房间中的机架物理模型,监控能耗和温度,并触发能耗限制规则来限制能耗,以降低总体运营成本。它具有四大特点:
      
      (1)可针对单台服务器,也可针对整个机架甚至整个数据中心进行功耗和散热的监控。可以远程实时地监控数据中心IT设备和网络设备的功耗,以及散热状态。可以提供各个层级的功耗和散热的历史数据,用于分析和预测功耗趋势。可以预先定义好多个功耗和散热的预警事件,当此类事件发生时进行报警。
      
      (2)可以进行单台服务器或者群组的能耗限定。通过执行能耗限定策略,避免系统过载事件的发生。当遇到突然断电,系统启动备用电源时,可以减低电源事件期间的平台功耗,让机器处于低速运行状态,保证关键业务不会被中断。执行功耗策略可以针对单台服务器,也可以针对一个机架,一行机架,达到灵活的限定功耗目的。通过执行功耗策略,在不影响性能情况下,可以启用一些被搁浅的功耗。
      
      (3)可以进行功耗分析。识别出低利用率的服务器,对这些服务器资源进行整合,关机处理,降低功耗。可以提供2D视图,展示数据中心过冷和过热的区域,避免过热导致的关机或者制冷过度造成资源浪费。还可以给出如何部署新机器的建议,在不影响性能情况下,增加机架密度,增加数据中心的产值。可以建立数据中心的功耗模型,可以预测功耗。
      
      (4)具有超强的适应性,可以管理不同厂商的服务器。它是通过外挂方式管理服务器的,因此不会影响服务器的性能。可以通过人工导入预定义的文件和模块方式,建立数据中心的层级,针对不同层级进行管理。
      
      图8是采用全生命周期能耗管理系统的一些实验数据:
      
      图9为进行能耗限定的实验数据:
      
      图10为提供2D温度和功耗视图的展示:
      
      通过与客户的深度合作,在各个环节执行有效的节能减排策略,已经取得了一些非常好的效果,例如与北京大学合作的数据中心PUE值可以达到1.08,与德国莱布尼兹超算中心的合作,PUE可值以达到1.1。
      
      无论是采用聚乙烯回收颗粒料制作包装,还是应用能耗管理软件进行能耗监控合管理,仅仅是联想众多节能减排应用中的两个例子。毕竟成绩的取得已经成为过去,持续改善是企业经营的必由之路,相信联想在节能减排的道路上会砥砺前行,为节能减排事业尽到更多力所能及的责任。
      
      作者简介
      
      王爱梅,现为联想集团数据中心业务集团服务器研发部高级项目经理。有19年服务器相关开发经验,带领开发团队开发具有国际先进水平的系列服务器产品,为我国的计算行业发展做出突出贡献。
      
      编辑:Harris

     

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