面向新一代数据中心建设的节能技术.doc

面向新一代数据中心建设的节能技术当前所有机构的数据中心都面临日益严峻的高能耗挑战。解决好供电和散热问题已经成为建设新一代核心技术之一。为了建设高能效的新一代数据中心必须象管理IT资源一样灵活地管理电力和散热资源，确保数据中心成为高能效、低排放的绿色数据中心。日益严峻的节能减排压力长期以来数据中心供电和散热仅仅被认为是“比较次要的辅助技术”，从事这些工作的人员也被认为是“辅助人员”，为什么在数据中心革命中却被认为是一项主要技术、被放置在核心地位？这主要反映了随着计算中心外部环境、运营和管理模式的变化，迫使各机构数据中心以前所未有的力度采用现代化的供电和散热技术，建设绿色数据中心成为IT产业界关注的头号大事！供电和散热开支的增加、消费了比以前更大的预算资源份额。近10年来数据中心运营的开支增长速度是其它开支的增长速度的3倍。而且，电费开支是累加的，机构购买了设备以后，23年内电费开支就超过设备的总价格。当前，IT应用不计成本的时代已经一去不复返了。许多机构为了提高经济效益，都纷纷紧缩IT预算，使得能量开支成为数据中心难以承受的负担。当前处理器密度和性能仍在按照摩尔定律揭示的规律发展，但现有的供电和散热能力却不能支持高密度计算的能力。人们发现，许多数据中心机架利用效率低于1/3。即使机架大半是空的，也不能加入新设备。昂贵的电费也使得许多数据中心没有能力添置新的设备。供电和散热已经成为阻碍数据中心发展的主要制约因素。除了节能之外，机房的设备安全也越来越与散热有关：随着处理器等器件的工艺水平和主频的提高，它们的发热量也不断增加；高密度计算的发展也大大增加了局部的发热量。由于器件在服务器内部、服务器设备密集、电缆数量多而且联接复杂，大大增加了散热的难度，往往在设备内部形成集中的高温热点，影响设备的稳定运行，甚至造成诱发火灾等恶性事故的重大安全隐患。这一切使得数据中心不能实现无人值守，也难以维持长期的安全持续运行、实现连续服务。数据中心和计算机设备消耗的电力越多，消耗的自然资源越多，排放的温室气体也越多。HP 科学家估计全球计算机设备每年消耗4.15 亿吨煤、排放8.64 亿吨CO2 温室气体。为了生产它所耗费的电力也必然会消费自然资源、增加污水、热量、温室气体排放。这一切都成为影响环境保护和人类可持续发展的因素。当前，许多国家政府对环境保护的要求越来越严格。对于机构来说，节能减排已经不再是一个选择项，而将成为必须遵循的法规和义务。造成能耗急剧增长的原因人们不禁要问：为什么数据中心能耗增长如此之快？事实上，造成这一困境的原因是多方面的，只有全面分析方能正确有效地解决这一难题。IT设备发热量的急速增加，并非是偶然的，其主要原因是社会的发展、应用需求急剧增长。服务器和存储等设备数量的增加、必然导致用电量增加、还必须使用更多的电力来消除所产生的热量；服务器性能的提高要求使用主频更高、线宽更密的处理器、容量更大的内存、速度更高的网络器件，这些都导致发热量的增加；为了容纳急剧增加的IT设备、提高空间利用效率，要求缩小设备体积、提高计算密度，推动了以刀片服务器为代表的高密度计算的发展。这不仅要求更高的供电密度，也大大增加了散热的难度。因此，当前困扰数据中心的供电和散热问题是IT技术发展和需求扩展的产物。从长期发展趋势来看，伴随着机构IT需求的发展，供电和散热问题对数据中心发展的制约将越来越严重，解决这一问题的难度和复杂性也将越来越高！事实上，需求的增长是永远不会停止的，解决供电和散热难题也永远不能停止！这就是建设新一代数据中心无论如何也避不开解决供电和散热难题的根本原因！高密度计算的发展也对供电和散热技术施加了更大的压力。当前，许多新型的应用促使数据中心中服务器数量爆炸性地增长，形成了“服务器蔓延”的现象。为了避免机房面积过快扩大以及随之而剧增的照明、致冷和其他运行维护费用，机构数据中心要求大幅度缩小服务器（以及存储设备和网络通信）的体积、提高计算密度，促使IT应用向高密度计算方向发展。最近5年中，应用需求和VLIC技术的发展推动服务器的计算密度提高了500，对数据中心和机架电源设计和供电能力提出了更高的要求。例如，今天的数据中心能够把供电能力要求提高到每平方英尺300W。一个典型的42U机架装满服务器和存储需要的负载从58 KW、提高到1214 KW、在高峰时间可达20KW。传统数据中心服务器使用和应用部署模式的局限和低效。传统数据中心的设计思想是采用过度供应资源的方法来支持一个个孤立的应用系统的运行，相互之间资源不能动态调度和共享。为了保持它们在涨落的工作负载下正常运行必须按照高限来配置资源，造成资源的超额和过度供应、而资源利用效率却非常低下。传统的服务器和存储资源供应模式造成数据中心中服务器数量越来越多、存储容量也爆炸性增加。这必然造成耗费更多的电力、增加更多的开支和占用更大的空间。与传统服务器使用模式同样低效的传统制冷和散热技术。相同的事情也产生于数据中心如何消除高能耗和高密度计算产生的巨大热量以及局部的高温的难题上。传统的散热技术大多数机房采用强制通风方式盲目散热、散热资源至少过度供应1倍以上、机房内各CRAC完全隔离，不能合理调度、散热设备不了解机房内发热状况和温度分布，只能盲目地鼓风、“移动空气”，使得许多数据中心面临当年采用传统服务器和存储技术时同样的挑战和难题。采用全面和综合性的供电和散热技术如上所述，当前造成数据中心高能耗和低能效的困境的原因是多种多样和错综复杂的：设计不合理、指导思想不明确、认识和技术的历史局限性、掌握的信息不全面、决策错误、技术发展不平衡、政策和环境的变化、各种系统集成得不好、管理水平低凡此种种都可以成为造成数据中心能效低下的原因。机构数据中心当前在供电和散热方面面临的挑战贯穿于数据中心内部从IT设备的芯片和其它器件、到服务器和存储等IT设备、到放置各种设备的机架、直到整个机房的多层次挑战。造成这一困境的原因也是多方面的。任何一种单项技术或者试图从某一层次孤立地解决问题的战略，或者只具有某一层次技术的厂商都不可能取得成功。遗憾的是当前只有很少厂商能够如此全面和综合性的供电和散热技术。下面，我们将以惠普为例说明面向新一代数据中心建设的供电和散热技术。惠普全面和综合性的供电和散热技术HP 制订了采用综合性的技术解决节能和提高能效难题的战略。HP 以统盘考虑的全面方法和综合性技术帮助客户从供电和散热涉及的方方面面来解决问题，例如：从企业级服务器到机架到电源插座各种构件模块、机房设计技术、软件产品和技术、虚拟化技术、系统整合和集成技术、自动化技术等等。有些技术与供电和散热直接密切相关，有些技术表面上看似乎无关主旨，实际上却能够解决更深层次的问题。提供覆盖面很广的综合性技术、从方方面面着手解决节能和提高能效这一中心问题，正是HP的优势所在。服务器与存储内置节能技术：1、低功率内存2、低功率处理器3、高效电源系统4、小型硬盘驱动器5、能耗优化的服务器整体设计机箱级节能技术（能量智控技术）1、主动式散热风扇。2、PARSEC机箱散热3、动态电源管理节能管理工具1、HP Insight Power Manager软件和iLO 2工具2、虚拟化3、动态容量管理4、精简配置&重复数据删除数据中心级节能技术1、动态智能散热。动态智能散热技术是惠普创新研究的杰出成果，也是目前比较先进的针对数据中心的散热节能技术之一，借助安装在机柜上热传感器实时收集与传输环境数据的技术及与数据中心制冷设备的动态互动控制，动态智能散热技术可将数据中心的散热成本降低15%到40%，减少了二氧化碳的排放量。2、模块散热系统（水冷机柜）。惠普新型模块化散热系统（MCS）达到每机柜35Kw的散热能力，可用于对高密度部署的服务器和刀片系统进行散热，能够在不增加数据中心散热负载的情况下，提升计算能力，从而提升现有的传统数据中心的散热性能。3、配电机柜。配电机柜通过将数据中心的集中配电改为区域配电方式，将配电管理移到“区域”级，解决了从机箱到机架的集成电源管理问题，并使得供电效率更高。4、三相UPS。三相供电输入结合配电机柜简化了电源分配管理，消除了地板下杂乱的电缆配备，并支持功率的扩展需求，也为未来交直流的电源分配提供了灵活性，而这种三相UPS配电机柜更是具有很高的电源利用率。建设新一代数据中心的核心技术HP 综合性供电和散热技术既能够实现提高能效和节约开支，又能够支持数据中心的安全运行和无人值守，成为推动NGDC建设的核心技术：提高数据中心使用能量的效率，建立高能效的数据中心。传统的数据中心采用超额供应的策略、来满足需求，不仅IT设备超额供应，而且供电和制冷基础设施也超额供应，造成很大的浪费。由于当前大多数数据中心供电和散热的效率非常低下，因此数据中心在这方面提高能效和节约能量的潜力非常大。HP所提供综合性供电和散热技术能够帮助机构数据中心在不降低性能和可用性的条件下，提高能效、支持高密度计算等新型应用。减少数据中心对能量的需求，降低供电的开支。HP所提供综合性供电和散热技术能够使原有的供电和制冷容量能够满足更长时间的扩展需求，消除或延缓了机构建立新的数据中心的计划。从微观的角度，HP通过采用低功耗的芯片、低发热量的外设以及节电的各个档次的服务器有效地减少了数据中心的能量需求；从宏观角度，HP 通过全面采用虚拟化技术以及实施服务器和存储整合解决方案，减少了数据中心中服务器台数和存储容