绿色数据中心规划设计

绿色数据中心规划设计绿色数据中心规划设计 随着近年来网络及信息化建设的不断深入和发展 各种 IT 设 备不断增加 做为 IT 基础设施的数据中心机房正在承受着越来越大 的压力 供电 制冷 承重 消防 网络布线 备份和管理运维等 方面问题不断出现 很多原有数据中心机房无法满足需要 新一代 的绿色数据中心机房已经成为近年来很多单位信息化建设中的重点 任务 新一代绿色数据中心的建设的过程中 通过虚拟化资源整合 自动化管理以及能源管理等新技术的采用 消除传统服务器资源或 存储资源之间的壁垒 将物理资源整合为可统一管理的资源池 通 过标准化 模块化 松耦合的模式构建虚拟化云计算数据中心 使 得系统得以水平无缝扩展 使用户可以按业务需求优化配置基础设 施的资源使用 实现节约资源 优化计算资源使用效率 缓解或解 决目前数据中心普遍存在的资源 含机柜资源 机房空间 电力资 源 制冷资源 人力资源等 浪费严重的问题 但必须注意到 建 设一个或者致力于管理一个绿色数据中心的过程中 只是在局部采 用绿色技术 而没有一个绿色的 整体的规划 实现数据中心的整 体绿色目标还是不够的 至少是不完整的 我们还需要一个整体的 绿色架构规划 并在数据中心建设的不同阶段 设计相应的架构视 图 确定数据中心整体的技术目标 技术方向和选项原则等 整体 架构需要涵盖从数据中心选址 建筑设计甚至建材选择的过程 数 据中心的电源系统设计 制冷系统设计 布线系统设计 消防系统 设计等多个方面 都要纳入整体绿色架构的设计体系 绿色数据中心关键效率和环境特点的度量标准进行简单描述 在规划 设计数据中心的过程中可以考虑应用这些标准 1 电源使用效率 电源使用效率 PUE 电源使用效率应该是目前在数据中心度量标准中使用最为广泛的 指标 其含义就是通过关注服务器的用电成本 策略服务器环境的 用电效率 追溯下该指标的由来 其实是在 2006 年 美国绿色网 格联盟的成员建立了电源使用效率公式 电源使用效率 PUE 机房总用电量 IT 设备用电量 解释下 IT 设备用电量包括了服务器 网络 存储和外围设备及所有在数据 中心用于数据计算和处理的设备 机房总用电量包括 IT 设备的用电量加上所有与数据中心有关的主要 配电系统 空调 制冷 以及其他所有基础设备的用电量 PUE 的值越低 表明其电源使用效率越高 完美的电源使用效率值 是 1 0 这是不可能地 这里需要注意的是 PUE 的值实际上即使在一天内 都是动态变化 的 随着服务器的计算负荷 外部环境温湿度升降 都会对 PUE 的 值产生影响 2 数据中心基础架构效率 数据中心基础架构效率 DCIE 和数据中心有关的第二个用电效率标准是数据中心基础架构效 率 DCIE DCIE 是 PUE 的倒数 运算公式也使用了想用的参数 数据中心基础架构效率 DCIE IT 设备用电量 机房总用电量 我也曾疑惑过 为什么有了 PUE 还要颠倒过来计算 再造一个 DCIE 出来呢 后来这事儿我想明白了 这是因为 PUE 与数据中心 的用电效率成反比 如此看来 DCIE 看起来就更顺眼了 3 计算机电源效率 计算机电源效率 CPE 计算数据中心效能的另一个方法是计算数据中心的用电成本 然后除以机房中服务器 CPU 的平均利用率 该方法被称为计算机电 源效率 该标准实际上在 2007 年已被引入 也是美国绿色联盟成 员创建的 计算机电源效率 CPE IT 设备使用率 IT 设备用电量 机房设备总用电量 从公式可以看出 有了 PUE 可以使用 IT 设备使用率除以 PUE 直接计算出该数据中心的 CPE 因为 PUE 的值通常带有小数 所 以 CPE 和其他整合了 PUE 的标准比使用原始的 IT 设备用电量和机 房设备总用电量更准确 4 技术碳效率 技术碳效率 TCE 我们也可以从另一个角度测评数据中心的绿色程度 可以将能 源的碳排放量因素乘以机房的电效率 这种评估方法称为技术碳效 率 TCE 该指标要结合数据中心所用电源的发电方式来测算 也 就是说 要去看数据中心的 碳足迹 显然 该测评指标目前在国 内根本不具备可行性 只做了解吧 5 数据中心整体平均效率 数据中心整体平均效率 CADE 考虑到数据中心内的 IT 设备能效 设备使用率和 IT 设备使用 率 将这些因素综合起来 就得到了数据中心的总体效率 在数 据中心能耗中 IT 设备所占比重越大 数据中心就距离其理想的 最大效能运行状态越近 数据中心 CPU 的利用率越高 CADE 的 得分就会越高 CADE 使用了和 CPE 相同的 3 个参数 6 数据中心生产率 数据中心生产率 DCP 2008 年美国绿色网格联盟倡议根据数据中心生产率 DCP 制定未来数据中心度量标准架构 需要说明的是 上述各种度量标 准只有在特定环境下才有意义 在使用上存在一定的潜在限定条件 例如 收集数据的方法不同 工具不同 频率不同 时间段不同 得到的结果可能也就不同 实际上 有效的应用这些标准进行评估 即使不能得到绝对的数值 也可以通过相对的数据进行分析和评估 以便为持续改进提供辅助参考信息 最后提一下的就是发电机 其 碳排放量 余热和水消耗 也是评估数据中心绿色程度的关键指标 项 甚至还有建筑本身的环保评估等 总之 尽可能在规划和设计 过程中 始终以建设绿色数据中心为宗旨 7 规划绿色数据中心应当具有以下的三种理念 规划绿色数据中心应当具有以下的三种理念 一 数据中心的安全可用性 A 数据中心其础设施是为确保 IT 核心设备安全 稳定和可靠的 运行 任何设备和系统都不是完全可靠的 系统出现故障的原因很 复杂 包括产品设计 生产质量 运行环境和操作因素 也有系统 配置的合理性和可维护性等因素 从设备和系统有效使用功能看 更要关注系统设计和可维护性 MTBF MTTR 可用性 A t 等是系统可用性的主要衡量指标 即 A MTBF MT13F MTTR 式中 A Avaifahility 表示设备或系统的可用性 它的含义是在 整个规定运行时间中设备或系统可靠运行时间的比例 MTBF Mean Time Between Failure 表示设备的平均无故障时间 它的含 义是平均多长时间不出故障 MTTR Mean Time To Repair 表示平 均修复时间 它的含义是设备所有故障维修时间之平均值 从式中可以看出 为了提高系统的可用性可以有两个途径 提 高系统的平均无故障时间 MTBF 和缩短平均修复时间 MTTR 当工业化制造达到一定水平之后 设备质最也将达到一个天花 板水平 再增大平均无故障时间 MTBF 的代价较大 而且效果也不 太显著 因为总不能将 MTBF 做到无穷大 但是缩短平均修复时间 MTTR 的效果却比较明显 如果平均 修复时间缩短为零 这种可能性是存在的 而且也不难实现 那么 设备和系统的可用性 理论上就将接近于 100 二 数据中心的能效比 PUE 当前 测量数据中心的能效比指标主要有 电能使用效率 PUE Power Usage Effectiveness 和数据中心基础架构效率 DCIE DataCenter Infrastructure Efficiency 这两个指标都考虑了数据中 心的供电 制冷和 IT 设备所消耗的能量 PUE 数据中心总设备能耗 IT 设备能耗 DCIE IT 设备能耗 数据中心总设备能耗 100 PUE 与 DCIE 两者互为倒数 PUE 值理论上是大于等于 1 越 接近 1 越好 相反 DCIE 数值越大越好 据统计 国际上先进机房 的 PUE 值可以达到 1 6 而我国的 PUE 平均俏则在 2 5 以上 特 别是中小规模的机房 PUE 值更高 测量数流普遍在 3 左右 这说 明有大最的电能实际都被电源 制冷 散热这些设备给消耗了 而 用于 IT 设备的电能很少 三 数据中心生命周期的总体拥有成本 TCO 数据中心项目作为一种产品与系统 也像人体一样具有完整的 生命周期 数据中心的生命周期一般为 15 20 年 其总体拥用成为 TCO 初始投资 运营成本 其中 初始投资包括设计部署 设备购置成本 工程实施等 运营成本包括电力 设备维护 人员等 在数据中心初始投资部分重要的抉择是 按满负荷 一次到位 还是根据发展边成长边投资 在运营投资部分重要的抉择是 整体自 己运营 还是选择部分外包 数据中心项目投资决策时 通过比较 不同方案的 TCO 可选择 TCO 最优的方案 正是基于对数据中心以上三个指标的深刻认识 绿色数据中心 规划设计的 三点理论 这也是绿色数据中心战略解决方案的一 个重要内涵 八 如何让好的意压和理念落地八 如何让好的意压和理念落地 方案顾问和设计不可少方案顾问和设计不可少 有了前面了解和理念的引导 最后一步就是方案规划的实施 前期规划对项目的成功至关重要 为所有后续步探奠定了基础 数 据中心是一个复杂的系统工程 需要通过多方面来考虑 对于数据中心建设 我们也需要一个好的方案顾问 首先 因为数据中心是一个复杂的系统工程 我们将其归纳为 有逻辑秩序的 10 大子系统 分别是 装修及承重 机柜及 PDU 供 配电系统 UPS 供电系统 精密空调系统 新风系统 机房布线系 统 综合监控系统 KVM 气体消防系统 其次 整个项目涉及的环节很多 我们将其归纳为 7 个环一节 分 别是 交流培训 规划咨询 方案设计 工程建设 检侧验收 改造 搬迁 监控运维 举例来说 供配电架构 数据中心的供配电应该根据 IT 核心 设备的属性来选择供电方式 它是为 IT 核心设备的运行提供基础保 障 犹如人体的血液系统 其重要性不言而喻 如果为了节能 就 有可能降低了 TCO 和可用性等级 如果为了保障数据中心安全可靠 而提高可用性 就有可能忽略了节能 PUE 而增加了投资 如何