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施耐德：节能增效实施绿色数据中心

2012/5/3 16:29:25 作者：UPS应用来源：UPS应用
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数据中心的电能成本是一项巨大的运营成本，这一成本应该加以管理。节能设计的数据中心还可以节约其它成本，例如与电源和冷却系统相关的投资成本和运营成本，同时还可节约空间。

数据中心的电能成本是一项巨大的运营成本，这一成本应该加以管理。节能设计的数据中心还可以节约其它成本，例如与电源和冷却系统相关的投资成本和运营成本，同时还可节约空间。
　　
　　施耐德电器旗下的APC(以下简称APC)研究数据表明，一些数据中心使用的电能只有大约一半甚至不足一半消耗在IT负载上。另一半消耗在包括电源设备、冷却设备和照明设施在内的数据中心物理基础设施(DCPI)上。如图是典型的采用高度冗余系统的数据中心，包括2N电源设备和N+1冷却设备，大约在30%的额定容量下工作的。根据输入电能中实际消耗在IT负载上的比例，此数据中心的效率为47%。
　　
　　现有数据中心的电力消耗可以通过各种低成本方法加以降低，但主要还是通过迁移到更节能的计算平台这一手段。对于新的数据中心，在IT架构和DCPI架构方面还可有其它选择，从而获得更大的节约效果。
　　
　　对数据中心“效率”的探讨即对“电能消耗(kW)”的探讨。通过降低电能消耗，可以降低电能成本以及与功率容量相关的成本，例如UPS成本、发电机成本、空调设备成本和配电设备成本。也就是说，如果一种实施方法可以节约电能，则它也有可能减少DCPI基础设施成本(随负载功率需求降低而降低)。
　　
　　降低IT设备电能消耗
　　
　　数据中心的能耗主要来自IT设备的电能开销和为IT设备供电和制冷而间接导致的各种基础设施电能成本。目前，企业可以从运营和规划两方面入手，系统化地降低能耗.一是运营措施：淘汰某些系统、以高效的方式使用现有系统，以及迁移到更节能的平台。二是规划措施：虚拟化和标准化。
　　
　　运营措施：淘汰某些IT系统
　　
　　大多数数据中心都仍会有旧的技术平台处于运行中。实际上，大多数数据中心都有一些应用服务器在运行，却根本没有用户在使用。对这些系统存档并制定淘汰计划是很有用的。在许多情况下，即使不直接淘汰系统，也可以使其脱机并关停。
　　
　　一种相应的方法是，将多个旧技术平台上的应用合并到新服务器上，从而大幅度减少服务器总数。这种类型的合并不需要虚拟化。一般情况下，这种方法可以降低多达20%的能耗。即使未减少占地面积，但因用户部署的IT设备密度更高，释放的功率容量也非常可观。
　　
　　运营措施：以高效的方式使用现有系统
　　
　　如今，大多数新服务器都具有电源管理功能。也就是说，它们可以在计算负载下降时降低能耗。在可能的情况下，企业应在具有电源管理功能的所有设备上启用该功能。
　　
　　电源管理功能可以降低总用电量，但不能降低功率容量需求。
　　
　　运营措施：迁移到更节能的计算平台
　　
　　迁移到电力效率更高的平台是降低能耗的另一种有效策略。大多数数据中心都有已投入使用3至5年的所谓“低密度服务器”。通常，这些服务器每台消耗的电能与如今的刀片式服务器相当或较低，而每台的体积要大得多。从传统服务器逐台迁移到现代的刀片式服务器通常并不能降低总能耗，甚至有可能增加能耗。但是，这种迁移可以实现高得多的服务器组合密度和单位kW的运算能力。刀片式服务器产生的热量并不比同等的1U服务器多，但产生热量的面积更小，这会导致排热问题，因此会使人觉得刀片式服务器产生的热量过多。
　　
　　在规划新服务器部署时，使用刀片式服务器而非其它形式的服务器通常会降低20%的能耗。这是因为通常刀片式服务器的电源效率更高，并且能够共享某些组件，如风扇。需要了解的是，与其它服务器形式相比，在新部署设备时选择刀片式服务器可以通过提高运算能力降低单位IT应用所需要的能耗，但一台刀片式服务器本身能耗并不一定比旧服务器低。
　　
　　通过上述讨论可以看出，迁移通常并不是降低能耗的最有效手段。至于新服务器技术帮助降低能耗的主要方法，一是通过合并服务器上的应用来减少服务器总数，二是对服务器进行虚拟化。
　　
　　规划措施：虚拟化
　　
　　服务器虚拟化可大幅降低IT功率需求。虚拟化几乎总是能够大幅度减少所安装的服务器数量。消除一台服务器可以实现约200至400瓦的结构性(永久)节能，具体取决于所使用的技术。因此，每消除一台服务器，每年可节约能耗约为380美元，这一结构性节约在10年内节约的总TCO成本约为每台服务器7680美元。这一节约数额明显大于服务器本身的成本。
　　
　　规划措施：标准化
　　
　　即使未使用虚拟化，对服务器实行标准化也是一种非常有效的方法。如今，刀片式服务器是电力效率最高的服务器形式。不过，一个刀片式服务器系统可以使用的刀片形式在性能和能耗方面差异巨大。基于服务器的应用的性能需求往往难以事先预测，因此，用户往往会以大量增加能耗为代价来选择尽可能高的性能。
　　
　　如果服务器已经虚拟化，那么使用性能最高的服务器的策略一般是最大程度地降低总体能耗的最佳途径。不过，如果根据应用来部署服务器，则应当使服务器的性能与应用需求相匹配，这样才可以做到节能。对于刀片式服务器系统实行标准化并根据应用来部署服务器的用户，可以选择两台刀片式服务器实行标准化，即一台高性能/高功率刀片式服务器和一台低性能/低功率刀片式服务器。能耗范围可以大于2：1。合乎逻辑的策略是，默认情况下，在低性能刀片式服务器上部署应用，而仅在需要时，才迁移到高性能刀片式服务器上。刀片式服务器便于预配置，这使上述过程变得很容易。通过这种方式，典型的商业数据中心可以节约10%或更高的结构性IT负载能耗。降低DCPI设备电能消耗通过以下技术可以降低DCPI设备的电能消耗：根据负载适度规划DCPI系统的规模，使用高效的DCPI设备，以及设计节能的系统。
　　
　　适度规划规模
　　
　　在可供用户使用的所有方法中，根据负载适度规划DCPI系统的规模对DCPI的耗电量影响最大。
　　
　　大多数用户都不知道，不管是否存在IT负载，电源和冷却系统中都存在固定的损耗，而且这些损耗与系统的总额定功率成正比。在典型安装中，这些固定损耗是DCPI耗电量的主要形式。在IT负载很小的安装中，DCPI设备的固定损耗通常会超过IT负载。一旦DCPI系统规模过大，固定损耗占总电费的比例就会提高。对于其负载仅为额定负载的30%的典型系统，每千瓦IT负载每年的电能成本约为2300美元。如果根据负载适度规划系统的规模，每千瓦IT负载每年的电能成本降至大约1440美元，电能成本节约38%。
　　
　　值得注意的还有电能成本节约之外，适度规划可以使花费在用于支持IT负载的数据中心物理基础设施方面的投资和运营成本上每千瓦每年1400美元的节约，几乎能与电能成本的节约相媲美。
　　
　　节能的系统设计
　　
　　系统设计对数据中心的电力消耗具有巨大的影响，由相同设备组成的两个数据中心的电能成本可能会有明显的不同。因此，系统设计在决定数据中心效率方面所起的作用甚至超过了电源和冷却设备的选择。
　　
　　实际上，造成电能浪费的大多数不良设计实践均与空调有关，因为电源系统的架构更为标准化，因此比较不容易出现设计错误。电源和制冷的系统设计问题可能导致数据中心在DCPI上的能耗为所需的两倍。其实只需通过简单的设计决策便可避免所有这些问题，所需开支甚少，或无需任何开支。根据之前提到过的标准化设计获得完整的DCPI系统，包括预先设计、预先测试并指定规格的模块，就可以避免出现上述问题。
　　
　　使用高效的DCPI设备
　　
　　尽管与IT架构、DCPI适度规划或DCPI系统设计相比DCPI设备(比如电源和冷却设备)的选择对系统总耗电量的影响较小，但在设计节能高效的数据中心时，设备的选择仍然是一个重要因素。
　　
　　即使是在相同条件下运行的相同类型的DCPI设备，彼此的电力损耗也存在巨大差异。例如，美国电力研究所2005年12月的一篇论文称，在30%额定负载条件下工作的不同UPS系统的损耗介于4%到22%之间，相差达500%。
　　
　　综上所述，因此，数据中心节能是一个系统工程，既需要在规划建设阶段设定能效目标和采取节能措施，包括采用高能效的设备和优化的系统(包括高效的UPS设备，行级空调，以及变频风机和压缩机等)并按需规划，又要在运维过程中不断地运用管理的手段和总结最佳实践。
　　
　　

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