李 棒

（深圳綠色云圖科技有限公司，廣東深圳，518106）

云計(jì)算數(shù)據(jù)中心節(jié)能關(guān)鍵技術(shù)分析

李 棒

（深圳綠色云圖科技有限公司，廣東深圳，518106）

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，各行各業(yè)對(duì)于信息化的運(yùn)用越來越普遍，云計(jì)算作為信息化技術(shù)發(fā)展中的一部分，對(duì)云計(jì)算數(shù)據(jù)中心節(jié)能進(jìn)行定量指標(biāo)方面的分析和研究，并且針對(duì)云計(jì)算數(shù)據(jù)中心節(jié)能的一些關(guān)鍵性技術(shù)，即機(jī)房選址、IT設(shè)備選型、電源系統(tǒng)優(yōu)化、制冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)和應(yīng)用場景的選擇等進(jìn)行詳細(xì)的分析和研究。

云計(jì)算；數(shù)據(jù)中心；節(jié)能；技術(shù)

0 引言

信息化的發(fā)展為數(shù)據(jù)中心的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，從而也推進(jìn)了全球數(shù)據(jù)中心規(guī)?；?、虛擬化、綠色化、智能化的發(fā)展，并且就當(dāng)前中國建立的一些大型數(shù)據(jù)中心，均已經(jīng)將云計(jì)算技術(shù)運(yùn)用其中，并且最新型的SaaS、laaS類的業(yè)務(wù)作為當(dāng)前數(shù)據(jù)中心節(jié)能發(fā)展的重要方向[1]。云計(jì)算數(shù)據(jù)中心節(jié)能主要是在云計(jì)算結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，不僅保持了云計(jì)算業(yè)務(wù)的靈活性特征，而且也具備了節(jié)能性的特征，進(jìn)而使得整個(gè)云計(jì)算的過程都能夠保障一個(gè)較為合理的運(yùn)算成本，并獲取巨大的利潤。

1 云計(jì)算數(shù)據(jù)中心節(jié)能定量方面的分析

1.1 云計(jì)算數(shù)據(jù)中心運(yùn)營成本的組成部分

在云計(jì)算技術(shù)應(yīng)用的過程中，施耐德公司主要就是采用一種數(shù)據(jù)中心，并且可以作為成本核算的工具，對(duì)傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心的總成本進(jìn)行有效的測算。如圖1成本測算，數(shù)據(jù)中心耗能最大的地方就是要進(jìn)行成本控制的主要部分，并且其比例占據(jù)總成本的1/5，所以，數(shù)據(jù)中心運(yùn)營成本控制的主要部分就是電力。在整個(gè)測算的過程中，其額定的功率是100KW，功率密度是500W/m2，每個(gè)機(jī)器的額定功率是1500W，冗余方式依據(jù)2N來進(jìn)行核算，生命周期保障是10年。

1.2 云計(jì)算數(shù)據(jù)中心電力能耗的組成部分

就當(dāng)前中國的數(shù)據(jù)中心的能耗發(fā)展情況來看，電力能耗分布的情況如下，即IT設(shè)備占據(jù)48%，UPS占據(jù)7%，制冷系統(tǒng)占據(jù)35%，照明占據(jù)5%，其它占據(jù)著5%，由此可見，數(shù)據(jù)中心的能耗最主要的構(gòu)成部分就是IT設(shè)備、制冷系統(tǒng)和UPS。然而，從能耗這個(gè)角度來看問題，其中最重要的數(shù)據(jù)就是PUE值。而能耗與IT使用的能耗比公式如下。

圖1 成本測算

PUE=數(shù)據(jù)中心總設(shè)備能耗/IT設(shè)備能耗

=（IT設(shè)備能耗+空調(diào)能耗+供配電系統(tǒng)能耗+其它能耗）/ IT設(shè)備能耗

=1+空調(diào)設(shè)備能耗+供配電系統(tǒng)能耗/ IT設(shè)備能耗+其它能耗/ IT設(shè)備能耗

=1+CLF+PLF+其它能耗因子綜上可以看出，PUE值自身就是一個(gè)基準(zhǔn)，且基準(zhǔn)為2，當(dāng)其PUE值接近為1時(shí)，其節(jié)能水平越高。

2 云計(jì)算數(shù)據(jù)中心節(jié)能的關(guān)鍵性技術(shù)

2.1 機(jī)房選址

就中國當(dāng)前的數(shù)據(jù)中心在能耗、電力、功率方面的消耗處在全球較高的水平范圍內(nèi)，尤其是在十二五規(guī)劃中，工業(yè)的數(shù)據(jù)中心PUE值要降低到8%的范圍內(nèi)，通信業(yè)是不能高于1.5%。因此，為了節(jié)能目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)和經(jīng)濟(jì)效益方面的考慮，對(duì)數(shù)據(jù)中心選址方面的考慮一般除了考慮經(jīng)濟(jì)、交通、安全、政策、人力、網(wǎng)絡(luò)等方面的因素，還應(yīng)該就制冷方面的問題進(jìn)行全面性的考慮。就這些因素的限制下，我國北方地區(qū)地區(qū)，地域遼闊、冬季較夏季時(shí)間長，電力資源豐富、溫度低、空氣清新，為制冷奠定了一定的獨(dú)有優(yōu)勢，其優(yōu)勢性非常顯著，同樣，也為能耗的降低提供了先天性的優(yōu)勢條件[2]。

2.2 IT設(shè)備選型

IT設(shè)備節(jié)能改造方面的發(fā)展向著聚合微服務(wù)器、虛擬切分X86服務(wù)器和新型Atom芯片方向發(fā)展。尤其是Atom芯片的使用，采用的就是將能耗降到最小的技術(shù)，不僅能夠運(yùn)用于智能手機(jī)，而且還能夠運(yùn)用于平板電腦之類的服務(wù)器，同傳統(tǒng)的服務(wù)器對(duì)比，其耗能量實(shí)現(xiàn)了質(zhì)的降低，云計(jì)算的過程中不僅資金的投入量少、電量少，而且其計(jì)算能力大大的增強(qiáng)。

2.3 電源系統(tǒng)優(yōu)化

電源系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)主要就是高頻UPS的使用，因?yàn)閁PS的電源轉(zhuǎn)化功率和負(fù)載率呈現(xiàn)出正相關(guān)的關(guān)系。如當(dāng)前我國電信運(yùn)營商的發(fā)展過程中，其電源轉(zhuǎn)化效率提高了4%~5%，其可靠性和安全性也大大的提升。其次，還消除了中心式的UPS，谷歌在發(fā)展的過程中，在每個(gè)服務(wù)期內(nèi)都設(shè)置了一個(gè)電池，這些電池自身就可以提供電源，而且其轉(zhuǎn)化率達(dá)到了99.9%。

2.4 制冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.4.1 數(shù)據(jù)中心高溫化

在信息化發(fā)展的過程中,谷歌作為數(shù)據(jù)中心高溫化發(fā)展的典型，其數(shù)據(jù)中心的PUE值達(dá)到了1.2的范圍，領(lǐng)先于世界水平。在運(yùn)行過程中，其數(shù)據(jù)中心服務(wù)器自身的運(yùn)行溫度達(dá)到了27℃，普通的也保證在了21℃，在這個(gè)技術(shù)性要求較高的系統(tǒng)中，最為關(guān)鍵性的就是服務(wù)器的崩潰點(diǎn)和溫度的精準(zhǔn)性控制。然而，中央處理器最難的一點(diǎn)就是對(duì)溫度的控制，但是，控制其溫度并不是核心的關(guān)鍵點(diǎn)，而是要解決內(nèi)存和硬盤方面的問題。只有運(yùn)行空間擴(kuò)大了，溫度即使升高也不會(huì)影響機(jī)器運(yùn)行。

2.4.2 控制冷熱通道

在這個(gè)技術(shù)得設(shè)計(jì)中，采用了冷熱雙通道的設(shè)計(jì)理念，主要就是將服務(wù)器背靠背的進(jìn)行排列，由服務(wù)器開始從前面將冷風(fēng)吸入，在后排地區(qū)將熱風(fēng)排出去。服務(wù)器都合理的布置在機(jī)器的柜臺(tái)里，機(jī)柜和服務(wù)器前面的部分都必須要保持一致性，形成一個(gè)機(jī)柜前門和服務(wù)器設(shè)備之間的專用性通道，相向布置，形成一個(gè)密封性的通道，這就是我們所說的“冷熱通道”布局，同時(shí)，這種布局在應(yīng)用的過程中，完全的將熱通道密閉，并且大大的將能耗降低[3]。

2.4.3 自然冷卻和水冷空調(diào)

（1）自然冷卻。在長期的發(fā)展中，在冬天這個(gè)季節(jié)里，一些云計(jì)算數(shù)據(jù)中心會(huì)將室外的冷空氣抽入機(jī)房內(nèi)部，通過過濾之后，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備上的降溫，在夏天這個(gè)季節(jié)里，實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換，盡量將空調(diào)使用的時(shí)間降低，減少空調(diào)的工作負(fù)荷量。（2）水冷空調(diào)。水冷空調(diào)就是室外環(huán)境的溫度處在一個(gè)低溫的狀態(tài)時(shí)，就可以關(guān)閉制冷機(jī)，使用換熱器進(jìn)行熱量之間的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)自然冷卻。

2.4.4 液體冷卻技術(shù)

上述制冷系統(tǒng)空氣作為散熱介質(zhì)，難以適應(yīng)數(shù)據(jù)中心高熱密度芯片的散熱需求。而隨著數(shù)據(jù)中心朝大規(guī)模、高集成和高熱密度的趨勢快速發(fā)展，單機(jī)架功率密度越來越高，傳統(tǒng)風(fēng)冷散熱方式將會(huì)達(dá)到散熱能力的瓶頸。高效節(jié)能且能解決高熱密度難題的液體冷卻技術(shù)是未來數(shù)據(jù)中心的冷卻散熱方式的發(fā)展趨勢。尤其是在數(shù)據(jù)中心液冷技術(shù)的應(yīng)用之后，數(shù)據(jù)中心的運(yùn)行溫度可以保持在40℃以上，并且根據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)得出，這是當(dāng)前中國數(shù)據(jù)中心發(fā)展最節(jié)能的制冷技術(shù)。

2.4.5 溫度控制智能化

在云計(jì)算數(shù)據(jù)中心運(yùn)行的過程中，首先，主要就是借助了傳感器的作用，計(jì)算出所需要的實(shí)時(shí)的制冷量大??；其次，利用溫度和地板下風(fēng)壓傳感器的參數(shù)來控制該空調(diào)自動(dòng)調(diào)整的制冷量和風(fēng)量的多少，進(jìn)而滿足大眾的需求；最后，借助動(dòng)態(tài)性的效率調(diào)節(jié)技術(shù)，空調(diào)將制冷的需求量輸出給冷凍水機(jī)組，再由冷凍水機(jī)組根據(jù)制冷的需求量進(jìn)行自動(dòng)式的設(shè)置和調(diào)節(jié)。

2.5 應(yīng)用場景的選擇

隨著綠色化生活、工作等的理念的提出，推動(dòng)著我國各大產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)變發(fā)展方式，進(jìn)行優(yōu)化性發(fā)展，尤其是當(dāng)前信息化發(fā)展的時(shí)代，云計(jì)算數(shù)據(jù)中心節(jié)能理念的提出，帶動(dòng)著我國云計(jì)算數(shù)據(jù)中心的運(yùn)營商為了能夠獲取更大的利益，紛紛針對(duì)不同的應(yīng)用的場景進(jìn)行實(shí)質(zhì)性的模擬、優(yōu)化和運(yùn)用，最終設(shè)計(jì)出最優(yōu)化的方案實(shí)現(xiàn)發(fā)展，并在發(fā)展中取得了一定的成就。

3 總結(jié)

綜上所述，在云計(jì)算技術(shù)應(yīng)用的過程中，對(duì)于電信運(yùn)營商而言，在建設(shè)云計(jì)算數(shù)據(jù)中心的過程中，其優(yōu)勢性是最為顯著的，主要的表現(xiàn)就是經(jīng)驗(yàn)豐富、技術(shù)設(shè)施完善和資源廣泛且豐富，并且以實(shí)現(xiàn)低能耗為目標(biāo)，著力于機(jī)房選址、IT設(shè)備選型、電源系統(tǒng)優(yōu)化、制冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)和應(yīng)用場景的選擇方面的關(guān)鍵性技術(shù)的研究，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)統(tǒng)籌性的發(fā)展，為實(shí)現(xiàn)良好的成本控制和利潤增長奠定堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。

[1]劉航.WMSNs在云計(jì)算中心節(jié)能減排中的關(guān)鍵技術(shù)研究[J].大連理工大學(xué),2011-06-10.

[2]敬思遠(yuǎn).面向綠色虛擬數(shù)據(jù)中心資源管理的若干關(guān)鍵技術(shù)研究[J].電子科技大學(xué),2012-09-01.

[3]王德文.基于云計(jì)算的電力數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)架構(gòu)及其關(guān)鍵技術(shù)[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化,2012-06-10.

Key Technology Analysis of Energy Saving in Cloud Computing Data Center

Li Bang
(Shenzhen Eco-otlos Technology Co., Ltd.,Shenzhen Guangdong,518106)

With the rapid development of economy, the application of information technology in all walks of life is becoming more and more common. Cloud computing, as part of the development of information technology, analyzes and studies the quantitative indexes of energy saving in cloud computing data center, Cloud computing data center energy conservation of some key technologies, namely, room selection, IT equipment selection, power system optimization, refrigeration system design and application scenarios such as the selection of a detailed analysis and research.

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