数据中心节能7招

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电费、电费、电费！快速上涨的电费令数据中心管理人员头疼不已。为什么不采取以下措施？这样就会减少电费开支，还能创造一个环保的数据中心。

高密度服务器给数据中心带来了“热点”：对某些高端系统而言，这些热点的用电量每个机架就超过30千瓦。因而，有些数据中心的管理人员发现无法为这些机架配送足够电力。还有，另一些管理人员发现无法为这些建筑物配送更多电能: 已达到了电力公司为该地区配送额外电力的最大能力。

这个问题已经引起了Mallory Forbes的注意。Forbes是阿拉巴马州伯明翰地方金融公司的高级副总裁兼大型机技术经理，他说：“每当我们修订用电标准，每年的用电需求似乎老在增长。这给数据中心的管理出了一道难题，因为你得不断增加电力。”

节能措施可以收到显著成效。数据中心功耗节约1瓦电至少可以省下1瓦的冷却用电。眼光长远的IT管理人员已经注意采购更加节能型的设备带来的投资回报。宾夕法尼亚州先锋集团的技术业务负责人Robert Yale说：“能源在制订为期五年的商业计划时成了重要因素。”他管理的占地6万平方英尺的数据中心主要用来处理基于Web的事务。虽然安全性和可用性是首要问题，但先锋集团“比过去更加关注能源问题”。

节能数据中心节省的不仅仅是电，还可以减少对高成本的基础设施升级项目的要求，以满足电力和冷却方面的更大需求。有些企业还开始更进入一步，从环保角度关注整个数据中心。

下面这些步骤可以让机敏的数据中心管理人员领先一步。

合并服务器及其他设备

新墨西哥州圣菲Uptime Institute咨询公司的创办人兼执行董事Ken Brill说，现有的数据中心只要作几个方面的基本变化，就能大大节省成本，而合并服务器就是一个好办法。他说，在许多数据中心，“10%到30%的服务器闲置没用，它们可以关闭。”

据一位业内人士估计，移除物理服务器可以迅速节省成本——每年每台服务器可节省多达1200美元的电费。太平洋煤气电力公司客户能源管理部门的高级项目经理Mark Bramfitt说：“就一台服务器而言，你每年可以直接节省300到600美元的电费；另外还可以节省300到600美元的冷却费用。”这家总部设在旧金山的电力公司提供了“虚拟化奖励”计划：由于服务器合并项目，每停用一台服务器，就奖励150到300美元。

一旦闲置服务器被移除，数据中心的管理人员应当考虑把服务器当中尽可能多的应用软件搬移到虚拟机上。这样，IT人员可以大大减少所需物理服务器的数量，同时提高了剩余服务器的利用率。

如今，大多数物理服务器的利用率大约只有10%到15%。VMware公司的产品营销高级主管Bogomil Balkansky说，由于一台闲置服务器消费的电能多达其处于峰值利用率下所耗电能的30%，所以提高利用率，就能更充分地利用电力方面的投资。

为此，VMware公司正在研究与其分布式资源调度软件有关的一项新功能，有望在被作为单一资源池来对待的物理服务器之间动态分配工作负荷。Balkansky说分布式电源管理技术将“把虚拟机塞到数量尽可能少的物理机上”，然后自动关闭闲置服务器的电源。工作负荷变化时，该系统会进行动态调整。这样一来，工作负荷可以在晚上非工作时间合并起来，然后到了早上业务活动多起来时，重新分配给更多的物理机。

启用电源管理功能

虽然可以使用电源管理工具，但如今管理员并不是一直在使用。Amory Lovins是科罗拉多州斯诺马斯的能源可持续性研究公司Rocky Mountain Institute的主席兼首席科学家，他说: “在典型的数据中心，用电量几乎不会变。但是IT负荷却出现三四倍的变化，这说明我们没有合理实施电源管理。”

他补充说，单单充分利用电源管理功能、关闭闲置不用的服务器，就能把数据中心的电能需求减少20%左右。

惠普公司的知名技术专家Christian Belady说，如今许多数据中心没有出现这一幕，原因是管理员几乎一心关注正常运行时间和性能，IT员工还没有习惯于使用现有的电源管理工具。他认为，启用电源管理功能可为数据中心的电力和冷却系统减轻压力，实际上提高可靠性、延长正常运行时间。

AMD公司服务器研究小组的皓龙产品部门经理Brent Kerby说，供应商也要做更多的工作，以便使用电源管理功能。虽然AMD及其他芯片生产商正在实施新的电源管理功能（微软Windws本身就支持这种功能），但他说: “你必须调整电源管理方案，才能充分利用它。”Kerby说，应当在默认状态下启用这项功能。他说: “电源管理技术没有得到充分的利用。”

利用最新处理器的电源管理功能有望大大节省电能。AMD的最新处理器可以根据调低每个核心的电压和时钟频率，并减少配送给另一个耗电大户部件——内存的电源。Kerby说，只要启用电源管理功能，“在50%的CPU利用率下，可以节电65%。即使在80%的利用率下，也能够节电25%。”其他芯片生产商正在研究类似技术。

爱达荷州博伊斯的安全通信服务提供商DigiTar的首席技术官Jason Williams说，在一些情况下，电源管理功能有可能带来更多问题。他在AMD64服务器上运行Linux。他说：“我们使用很多Linux，而电源管理导致该操作系统出现了一些非常古怪的行为。主要是Linux内核出现随机性崩溃。如果启用ACPI功能，有些系统可以正常运行Linux，有些系统却不行。这确实很难预测，于是我们通常关闭ACPI及其他任何电源管理功能。”

ACPI是指高级配置和电源接口，这是惠普、英特尔、微软及其他业内厂商共同制订的一项规范。

升级到高能效服务器

第一代多核芯片设计显示了总功耗显著下降的优点。英特尔的服务器技术和计划推广主管Lori Wigle说：“英特尔的至强5100功耗减少了40%，性能却增至两倍。”改用基于这种设计的服务器可以提高能源效率。

不过将来的节能效果可能比较有限。Sun、英特尔和AMD都声称，各自服务器的功耗在近期会保持不变。AMD当前的处理器产品功耗在89 W到120 W。AMD的Kerby说: “这是我们目前保持的功耗范围。”至于Wigle，她也没有指望英特尔下一代产品的节能效果能像5100那么好。她说：“改用45纳米产品后，我们看到效果会好一些。”

芯片生产商还在把输入/输出和内存控制器等功能集成到处理器平台上。Sun的Niagra II就在一块芯片上包含了PCI Express桥接芯片、万兆以太网和浮点运算等功能。Sun的首席架构师兼著名工程师Rick Hetherington说：“我们研制出了真正的片上服务器。”

IBM公司System x平台部门一名不愿透露姓名的工程师表示，这种合并不意味着可在芯片层面降低总的服务器功耗。他认为，总体考虑，净功耗不会改变。他说：“集成带来的节能效果被更新更快的互连技术所抵消，譬如第二代PCIe、通用系统接口（CSI）或HT3、全缓冲内存（FBDIMM）或DDR3。”

采用高能效电源装置

John Koomey是美国斯坦福大学的顾问教授，也是劳伦斯·伯克利国家实验室的研究员。他说，电源装置这个例子充分说明了人们没有关注服务器市场的总体拥有成本，因为如今许多服务器随带的低能效电源装置浪费的电能超过数据中心里面的其他任何部件。Koomey正在带领行业组织开发一种服务器能源管理协议。

改进设计方面的进度一直很慢。英特尔的Wigle说：“电源效率每年只提高0.5%左右。”相比而言，新的电源效率要高得多，可是在入门级服务器市场，它们因为比较昂贵而没有得到普遍部署。

由于很多大众化服务器使用低能效电源装置，利用率达到100%时，能效最高达到70%到75%; 但是利用率如果只有20%时，能效会降到65%左右——服务器负荷平均在10%到15%之间。这意味着，电力还没有输送到IT设备，低能效电源装置就已浪费了近一半的电力。

导致这个问题更严重的是，电源装置每浪费一瓦特电能，仅仅为了消除数据中心因此而产生的废热，就需要另一瓦特的系统冷却电能。

电源装置供应商ColdWatt公司的营销主管Lakshmi Mandyam说，如今的电源装置可以获得80%或者更高的效率—即使在负荷为20%的情况下也能如此，但成本大大提高。高能效电源装置的价格要贵15%到20%。

不过，改用这些更节能的电源装置可以减少运营费用和资本费用。RMI公司的Lovins说：“如果你花20美元在购买节能电源装置上，冷却和基础设施设备就可以节省100美元的费用。”他说，要是电源装置在一系列低负荷下无法提供80%的效率，可以认为这种装置是不能接受的。

各大服务器供应商声称，它们已经在各自的服务器产品中提供或者逐步采用更节能的电源装置。

惠普公司正在让自己的服务器使用统一的电源装置设计。存储、网络和基础设施部门副总裁Paul Perez声称：“今年夏天会交付能效节约非常高的电源装置。”他补充说，惠普正在设法把能效比例提高到95%。惠普的Belady说，该公司的所有服务器都采用能效至少是85%的电源装置。

智能电源管理也可以提高电源装置的利用率。譬如说，总负荷降低时，惠普的“节电（PowerSaver）”技术就会关闭C级刀片服务器机架里面六个电源装置当中的几个。这就节约了电能，提高了效率。

IT人员在确定电源装置效率时可以利用的一个资源是80Plus.org上面的结果。这个认证计划由电力公用事业公司发起，上面列出了哪些电源装置在20%、50%和100%等负荷下，始终能达到80%的效率。

斯坦福大学的Koomey说，谷歌公司采用了一种创新的方法来提高服务器集群的电源装置效率。电源装置设计的费用高是由于有时需要在不同的直流电电压下提供多种输出。“在设计定制主板时，他们对电源装置设计人员说‘我们不需要所有这些直流电输出，我们只需要12伏。’”通过指定单一的12伏输出，谷歌节省了设计资金，省下来的钱用于研制效率更高的电源装置。他说：“我们需要这样的设计理念。”

拆除公司内部的障碍

Uptime Institute的Brill说，虽然IT人员认真跟踪性能和正常运行时间，但大多数IT部门并不对能源效率负责，这是由于IT部门与设备管理部门分离的缘故。使用电能的是前者，拿到电费单的却通常是后者。

要认识到挑战、为变革提供经济激励，拆除这些障碍是关键。随着冷却系统从简单的机房空调系统变成有针对性的冷却系统（这种系统甚至把热交换器移到了服务器机架内部），各部门之间加强沟通也必不可少。

在数据中心，设备管理部门和IT部门之间的界限在日渐模糊。Rocky Mountain的Lovins说，要是因为属于不同办公室或者不同部门而几乎不联系的人不进行协调，就不可能出现解决方案。

Lovins说，独自设计的问题也困扰着IT设备供应商。现在工程师的专业化程度很高，往往在真空状态下设计部件，没有考虑使用他们设计部件的整个系统（这里是指数据中心）。他说，原来针对多个优点而对整个系统进行优化的整体式设计流程结果“被分成了多个部分”，一名专家“只设计一种部件或者只针对一个优点来优化某个部件。”

遵照标准

有几项计划正在开展当中，也许可以帮助用户识别及购买节能效果最好的IT设备。这几个计划包括针对电源装置的80 Plus计划，以及针对服务器的拟订中的能源之星认证计划。遵照美国国会命令，美国环保署正与劳伦斯·伯克利国家实验室合作，共同研究推广使用节能服务器的方法，今年下半年发布相应规范。

标准性能评估公司（SPEC）也在为服务器开发每瓦特性能基准测试方法，这有助于对能源效率进行比较提供一个基准，规范定于今年发布。SPEC电源和性能委员会主席Klaus-Dieter Lange说，这项标准一旦完成，将有助于跨平台进行比较。Lange说，制订这项标准的小组每周都要开会。他说，基准测试会评估不同负荷下的能源效率。

力求实行变革

除非用户需要，否则IT设备制造商不会针对能源效率而设计。雷曼兄弟控股公司的副总裁兼平台和数据中心部门主管Joseph Hedgecock说，该公司正在竭力说服供应商设计更节能的服务器。他说：“我们正在竭力要求更节能的电源装置……最终是系统本身更节能。”

先锋集团的Yale说，该公司加入了绿色网格（Green Grid）及其他行业组织，竭力要求提高能源效率。他说：“我们成了其中的一员，我还参与不同的信息组织。这是我们整个行业在讨论的一个话题，我们正与制造商们一起来解决。” （沈建苗编译）

链接

欧盟委员会联合研究中心的可再生能源部门近日将在伦敦召开会议，讨论一个面向数据中心运营商的非强制性节能行为规则。 这次伦敦会议将包含一个有关降低数据中心能源消耗的技术，以及规则中应当包含哪些条款的研讨会。

在这之前，欧盟委员会几乎没有制订计算机能耗方面的监管规则。在美国，虽然美国环保局的能源之星计划被国际上广泛用来衡量台式机的能耗，但它不包括服务器。

我们来看看和服务器有关的能源消耗情况。

服务器消耗1千瓦的能源，大约就需要1千瓦的电能为之降温。相应的，非服务器设备会消耗1到1.5千瓦电能。

一般数据中心每平方英尺面积消耗电量是40瓦，使用旧服务器机架的数据中心每平方英尺面积耗电量是2千瓦。

2000～2005年，全球数据中心服务器、冷却设备和相关的基础设施的耗电量几乎增长了一倍。2005年，全球数据中心及其相关基础设施的耗电量是72亿美元，美国是27亿美元。而2000年为32亿美元。

对一台450W电源的双核典型2U服务器来说，电源变换处理就浪费了大约35%（160W）。Gartner表示，就算到2008年末，也只有大约50%的服务器能充分利用能源。（ccw）