如何降低數據中心能耗?

由于目前經濟不景氣，數據中心經理不得不在有限的資金預算條件下滿足苛刻的業務需求。他們一直在千方百計的削減運營成本，目前數據中心運營成本中增長最快，所占份額最大的部分是能源成本，而然這些能源中的大部分被服務器和冷卻系統所消耗。

　　不幸的是，目前大多數高效的節能技術都需要相當可觀的前期投資，并且在數年后才會帶來回報。然而人們卻忽視了一些幾乎不需要什么成本的技術，原因在于這些技術看起來不切實際，或是過于極端。我們在以下為大家列出的8種節能方法已經在實際的數據中心環境中測試過，并且被證明十分有效。其中一些方法幾乎不需要任何投資，大家可以立即采用，另外一些方法可能需要一些資金，但是與傳統的IT資本支出回報率相比，獲得回報的周期要更短。

　　數據中心能源效率的衡量標準是能源利用率(PUE)，也就是數值越低越好，1.0是一個理想數值。PUE指數據中心總電力消耗量與轉化為有效計算任務的電力消耗的比值。2.0意味著輸入數據中心的2瓦電力中只有1瓦輸入到服務器，損失的電力轉化為了熱能，這導致傳統的數據中心冷卻系統需要消耗電力去散熱。

　　以下這些技術或許并不能降低你的 PUE值，但是你可以通過檢查每月的賬單來評估它們的效率。節約資金才是真正的目的所在。

　　在我們列出的方法中，你找不到太陽能、風能或是氫能源。因為這些替代能源需要對先進技術進行大量投資。在目前的經濟危機中，這無疑無法馬上實現成本節約。相比之下，以下這8種方法除了風扇、通風和管道外均不需要任何其他復雜的技術。

　　這8種方法分別是：

　　極端節能方法1：調高溫度設置。你在今天下午就可以使用這種最簡單的節能方法：調高數據中心恒溫器的溫度設定值。傳統觀念認為數據中心溫度應當設定在華氏68度以下。通常人們認為，這種溫度設置能夠延長設備的使用壽命，萬一冷卻系統失靈，管理員也可以獲得更多的反應時間。

　　但是經驗告訴我們，服務器組件如果發生故障，尤其是硬盤發生故障將會導致運行溫度上升。但是近些年來，IT經濟已經跨越了一個重要閾值：服務器運營成本通常會超過購置成本。這使得削減運營成本的優先權要高于硬件保護。

　　在去年召開的GreenNet 會議上，谷歌的“綠色能源沙皇”Bill Weihl介紹了谷歌提高數據中心溫度設置的經驗。他稱， 華氏80度是新的安全設置溫度。不過你的數據中心需要首先滿足一個簡單的先決條件：盡可能地將冷卻用的冷空氣與冷卻后產生的熱空氣相隔離，如果需要，可以使用厚塑料門簾或是隔熱板。

　　盡管谷歌稱華氏80度是安全的溫度，但是微軟的經驗告訴我們可以將溫度設置的更高些。微軟在愛爾蘭都柏林的數據中心使用的是“無冷卻器”模式，它們用免費的外部空氣進行冷卻，服務器進風口的溫度為華氏95度。需要注意的是，隨著設定溫度的提高，會出現一個收益遞減點，因為服務器風扇轉速的增加將導致能源消耗增長。極端節能方法2：關閉不使用的服務器。虛擬化為我們展示了讓不使用的處理器、硬盤和內存休眠所帶來的節能優勢。那么為什么不關閉整個服務器呢?讓服務器時刻處于準備狀態所帶來的“商業靈活性”是否與它們消耗的能源成本等值呢?你是否已經找到了一些可以關閉服務器的情況，如果關閉了服務器，那么你將獲得最低的能源消耗值——0，至少對于服務器來說是這樣。不過，你首先需要面對的是那些異議人士提出的反對意見。

　　他們往往認為重新啟動會降低服務器的平均壽命，因為電壓會加載在主板電容器等一些非熱拔插組件上。這種想法已經被證明是錯誤的：實際情況是，服務器的組件與汽車和醫療設備等一些頻繁啟動的設備所用的組件是相同的。沒有證據能夠證明頻繁啟動將降低服務器的MTBF(平均故障間隔時間)。

　　第二個錯誤認識是，服務器啟動需要很長時間。對于這種情況，你可以通過關閉啟動時的診斷檢查，從硬盤鏡像啟動，以及利用一些硬件具有的熱啟動功能縮短啟動時間。

　　第三種反對意見是：如果我們必須啟動一臺服務器以適應增加的負載，這時用戶不希望等待——無論啟動速度有多快。然而，即使程序申請速度非常慢，大多數應用架構都不會拒絕新用戶，這樣一來，用戶根本意識不到他們是在等待服務器啟動。事實證明，當應用受到使用人數限制影響時，只要能夠向用戶發出“我們正在啟動更多的服務器以提高你的申請速度”這一信息，用戶是愿意進行等待的。

　　極端的節能方法3：使用免費的外部空氣進行冷卻。較高的數據中心溫度設置將為你使用第二種節能方法做好準備，即所謂的免費空氣冷卻。這將方法將溫度較低的外部空氣作為冷卻空氣來源，不再需要昂貴的冷卻器，微軟設在愛爾蘭的數據中心使用的就是這種方法。如果你試圖將溫度維持在華氏80度，而外部空氣只有華氏70度，只需將外部空氣吹入數據中心即可進行冷卻。

　　與方法1相比，這種方法需要花費一些精力。你必須重新布置通風管道，以讓外部空氣吹入數據中心內。此外，還需要安裝一些基本的安全設備，如空氣過濾器、干燥器、防火風閘和溫度傳感器，以確保外部空氣不會損壞精密的電子設備。

　　在試驗中，英特爾通過使用外部空氣冷卻方法成功的降低了74%的能源消耗。在兩組服務器中，第一組使用傳統的冷卻器進行降溫，第二組使用外部空氣冷卻系統與冷卻器聯合冷卻方式，兩組服務器運行了十個月。其中，第二組服務器有91%的時間使用的是外部空氣冷卻。英特爾發現使用外部空氣冷卻的服務器上積有大量灰塵，這表明該系統除需要安裝大顆粒雜質過濾器外，還需要安裝一個細顆粒雜質過濾器。此外，由于需要頻繁更換過濾器，因此在實際使用中需要采用易清潔并可反復使用的過濾器。

　　盡管積灰嚴重，溫度變化范圍較大，但是英特爾發現使用外部空氣冷卻的服務器故障率并沒有增加。據此，以一個功率為10兆瓦數據中心為例，每年可節約冷卻成本300萬美元，以及7600萬加侖水，在某些地區水的價格非常高。

　　極端節能方法4：用數據中心冷卻后產生的熱空氣為辦公室供暖。你可以通過用數據中心冷卻后產生的熱空氣為辦公室供暖的辦法將節能效果提高一倍。同樣，你也可以使用辦公室里溫度相對低的空氣為數據中心降溫。在天冷的時候，你可以獲得充足的暖氣。與此同時，數據中心額外的冷卻空氣需求可以完全從外部中獲取。

　　與外部空氣冷卻不同，你可能不再需要目前的取暖系統。也就是說，你不再需要一個一人多高的取暖爐。你也不用擔心數據中心電子設備在產生的熱量時會施放出有害物質。如今符合《關于限制在電子電器設備中使用某些有害成分的指令》(RoHS)的服務器在生產時已經不再使用污染環境的鎘、鉛、水銀和多溴化合物等材料。

　　與外部空氣冷卻方法一樣，你需要的唯一技術是采暖通風與空調系統(HVAC )方面的經驗：風扇、通風管道和恒溫器。你會發現你的數據中心可提供足夠的熱量，能夠替代傳統的取暖系統。IBM位于瑞士Uitikon的數據中心為當地方居民免費供暖，節約的能源成本相當于80戶居民的取暖費用。TelecityGroup Paris甚至將數據中心冷卻后產生的熱空氣常年供應一些溫室以支持氣候變化研究。

　　重新布置你的取暖系統可能需要花費一周的時間，但是由于成本很低，你在一年內，甚至更短的時間內即可獲得收益。

　　極端節能方法5：為頻繁讀取的數據集配置SSD(固態硬盤)。由于讀取速度快、功耗低、發熱量小，因此SSD在上網本、平板電腦和筆記本電腦上非常流行。SSD也可以使用在服務器上，但是其成本高、可靠性低等缺點阻礙了其在服務器上的部署。幸運的是，SSD的價格在近兩年出現了大幅下降，數據中心可通過部署SSD實現快速節能，你只需將一些應用存儲在SSD上即可。如果配置合理，SSD可大幅降低磁盤陣列的能源和冷卻成本。其大約可以減少50%的電力消耗，發熱量幾乎為零。

　　SSD無法克服的一個問題是寫入操作次數有限。目前適合服務器存儲的單層單元(SLC)固態硬盤的寫入次數約為500萬次。低成本的消費級多層單元(MLC)固態硬盤雖然容量比SLC固態硬盤要大，但是壽命僅為后者的十分之一。

　　好消息是，你可以從市面上買到接口兼容的固態硬盤，以替代現有的高能耗、高發熱量的機械硬盤。為了迅速降低能耗，可將一些通常只需要讀取的數據集存儲在SSD上，如流視頻文件。這樣就不會遇到SSD的寫入次數限制問題。除了降低能源和冷卻成本外，啟動速度也將大幅提升。