基于绿色数据中心节能建设分析

(整期优先)网络出版时间:2016-12-22
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基于绿色数据中心节能建设分析

刘宝新

北京国信网通科技有限公司北京市100085

摘要:绿色数据中心是指运用虚拟化、云计算、节能等新技术,实现最大化的能源效率和最小化的环境影响,满足数据中心安全标准,并具有自我管理能力的智能数据中心。绿色数据中心应具备可视、可控、可管理的特征,能实现数据中心故障的快速恢复和数据动态迁移。同时,智能化技术的应用减少了人工干预,避免了人为误操作,提高了系统的安全性和可靠性。本文针对绿色数据中心节能建设进行了探析。

关键词:绿色;数据中心;节能建设

1绿色数据中心节能指标分析

目前,衡量数据中心是否绿色的主要量化指标是采用绿色网格组织(GreenGrid)制定的能效比指标,又称为PUE(PowerUsageEfficiency)。

PUE=[TotalFacilityοfPower(设备总能耗)ITEquipmentPower(IT设备总能耗)×100%]=1+[空调能耗IT设备能耗]+[通风能耗IT设备能耗]+[配电能耗IT设备能耗]+[UPS能耗IT设备能耗]+[照明能耗IT设备能耗]+……

PUE反映了数据中心总能耗和计算、存储、网络等IT设备能耗的比值。PUE值大于1,其数值越小,说明能源利用率越高。目前,国外先进的数据中心的PUE值能达到1.5~1.8,而我国的数据中心的PUE值为2~3,说明仅有33%~50%的电能用在了IT设备运行上,50%~66%的电能消耗在空调、配电等设备上。

2建设绿色数据中心应遵循的原则

2.1突出绿色环保,科学拟制方案:绿色数据中心建设要结合数据存储使用需求,根据信息采集、传输、处理和分发的具体使用需求,以及IT设备的具体特点,围绕绿色环保对数据中心的供电方式、UPS电源容量、制冷方式、照明、风路、水路、电路、管网、主要IT设备的选型等方面进行综合考虑,进行统一规划设计,并逐项细化,寻求最高效益。

2.2突出节能高效,合理配置资源:首先要突出保障重点。根据实际和存放数据的重要程度,可将数据中心划分为高密区、中密区和低密区,重点对高密区的电源、通风、制冷设备采取多种技术措施,制订多种配置应用方案。其次要便于系统扩容。根据信息化建设的发展特点,基础设施需求会呈现非线性爆炸性增长趋势,所以在数据中心的规划建设中,要充分考虑选址合理、系统容量易于扩展。

2.3突出稳定可靠,提高重组能力:不能稳定可靠运行的数据中心是无用的数据中心,因此设计数据中心一定要在提高其重组再生能力方面下功夫。硬件设施方面,在电源引接上,要有两个以上不同方向的路由线路;在UPS配置上,要采取多组互联方式,保证每个PDU单元、每个机柜的接电排、每个设备的电源输入端子上,都有两路以上独立UPS电源引接;在风机、制冷及配线上要进行N+1备份,对重要的保障区域要实现1+1备份。软件配置方面,运用云计算及虚拟化技术,将故障的网络、计算、存储等设备的应用随时自动平滑迁移到其他网络、计算、存储设备上,保证业务的不间断运行,提高系统重组能力。

2.4突出安全智能,提高管控水平:在外围监控上,要设立安全隔离区,建立由电子围栏、红外探测、夜视监控、自动报警、门禁系统等组织的综合外围监控系统,以提高安保等级。在区域设置上,区分维护区、设备区、控制区,将数据中心规划为不同的安全防护等级,采取多种身份认证措施和不同的防护手段,对核心控制区要设置以生物特征识别为基础的身份认证系统,严格人员进出管理;对核心设备区要设置气体消防,保证设备安全。在防电磁泄露上,对电源线、信号线等要采用屏蔽电缆,避雷装置和电缆屏蔽层应接地,对核心设备区要加装电磁屏蔽设施,保证设备安全可靠;在智能管理上,对数据中心的周边安全、内部温(湿)度等环境参数,对风、机、电、水相关配套系统运行指标,对计算、存储、网络设备负载运行状态,要能做到实时感知、直观呈现、智能处理,提高运维管理效率。

3建设绿色数据中心应关注的问题

3.1减少IT设备能耗:根据能耗结构和能耗路径图,IT设备每减少能耗1W,数据中心将整体减少能耗2.84W。在保证效率的前提下,降低IT设备的能耗是一个最有效的方法。从实现技术上看,主要有两种方法:一是采用高效低耗的核心部件。受加工工艺和技术水平的影响,不同供应商提供的CPU等核心处理器在能耗上存在20%~40%的差异,要尽量采用节能产品。二是采用工作效率较高的新型服务器,如用刀片式服务器取代机架式或塔式服务器,设备可节能20%~30%。

3.2采用虚拟化技术:采用虚拟化技术对现有服务器、存储设备进行整合,在不增加硬件投入成本的情况下,将所有的服务器、存储设备虚拟成一个公用的资源池,统一灵活调配,提供服务,在提高性能的同时减少物理服务器、存储设备的数量,减少电力、制冷和场地成本。在服务器方面,传统服务器平均CPU利用率一般为7%~15%,经虚拟化整合后,CPU利用率能提高到60%~70%,还能实现虚拟服务自动迁移、数据存储整体读写速率、系统鲁棒性和高可用性的提高。

4.3提高制冷效率:机房空调对数据中心的安全稳定运行起保障作用,空调耗电量在数据中心的总耗能中约占50%,已经超过了IT设备本身的耗电成本。提高制冷效率,主要从两个方面入手:①使用精密空调替代普通空调。同功率的普通空调和精密空调产生同样的制冷量,前者耗电量是后者的两倍。②规划好机房内冷热气流通道,避免交叉。传统的机房空调直接对机柜吹风或采用下送风方式,送(回)风路径不合理,应采用冷热气流通道隔离技术,科学设计机房各要素布局,缩短冷气流的运行距离,实现精确定点的冷能量投送,以减小能量消耗,提高空调制冷效率。

3.4减少供电模式转换:交流直流转换过程中的热损耗是数据中心隐性耗电的“大户”,能耗高达20%~30%。在传统供电方式下,为UPS充电,要将外部交流电源转换为直流为电池充电;使用UPS电源时,要将UPS电池直流转换为交流,为IT设备电源模块供电;IT设备工作时,由于CPU等耗电设备是直流供电,IT设备电源模块要将外部交流转换为直流。在条件允许的情况下,尽量使用直流供电的服务器,通过直流电源供电方式,减少交流和直流电源逆变的次数,以提高电能应用效率。

3.5加强运维管理:通过精确智能的运维管理工具,实时监控和分析各种IT设备负载情况,及时发现、处理、维修、停用异常的IT设备,根据智能分析结果,在保证服务可用的前提下,强制或自动将空闲的IT设备处于关闭或待机状态,并适当提高特定制冷通道的环境温度,能节约能源。

参考文献

[1]蔡沛霖,夏传鲲.浅谈电力企业绿色数据中心建设[J].才智,2011.

[2]黄群骥.创建绿色数据中心[J].机房技术与管理,2014.