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摘要:隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的高速發(fā)展,數(shù)據(jù)機(jī)房的建設(shè)規(guī)模和運(yùn)行能耗增長迅速,需要通過節(jié)能設(shè)計和高效運(yùn)維來提高能源使用效率,實現(xiàn)節(jié)能減排。本文分析了國內(nèi)數(shù)據(jù)機(jī)房的能耗現(xiàn)狀,介紹了IT設(shè)備、空調(diào)、供電等主要系統(tǒng)的節(jié)能技術(shù)及其未來發(fā)展趨勢。
關(guān)鍵詞:數(shù)據(jù)機(jī)房;節(jié)能技術(shù);發(fā)展趨勢
隨著云計算、大數(shù)據(jù)、虛擬計算等新概念、新技術(shù)的廣泛應(yīng)用,數(shù)據(jù)機(jī)房作為支撐其高效穩(wěn)定運(yùn)行的核心基礎(chǔ)設(shè)施,建設(shè)規(guī)模急劇增長。截至2017年,我國正在使用的機(jī)柜總計166萬架,隨著機(jī)架和刀片服務(wù)器功率的增加,能耗(發(fā)熱)密度也不斷增長。建設(shè)規(guī)模的擴(kuò)張和耗能密度的增大,使得數(shù)據(jù)機(jī)房的運(yùn)行能耗增長迅速,這給機(jī)房的運(yùn)維管理帶來了巨大的挑戰(zhàn)。據(jù)相關(guān)調(diào)查統(tǒng)計,2017年我國數(shù)據(jù)機(jī)房總耗電量約為1250億kW·h,超過了葛洲壩和三峽發(fā)電站當(dāng)年的發(fā)電量之和。
1數(shù)據(jù)機(jī)房當(dāng)前能耗現(xiàn)狀
1.1國內(nèi)數(shù)據(jù)機(jī)房當(dāng)前能耗現(xiàn)狀
作為設(shè)計和評估數(shù)據(jù)中心評價能源效率的一項關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo),PUE(數(shù)據(jù)總的能耗與IT設(shè)備總能耗之比)被設(shè)計院和用戶廣泛應(yīng)用。通常認(rèn)為,PUE值越接近1,該數(shù)據(jù)機(jī)房節(jié)能化水平越高。目前,如Facebook、雅虎、谷歌等知名企業(yè)建設(shè)的數(shù)據(jù)機(jī)房,其PUE值普遍低于1.5,有的甚至達(dá)到了1.1,而我國大部分?jǐn)?shù)據(jù)機(jī)房的PUE值在2~3,以上海為例,數(shù)據(jù)機(jī)房全年P(guān)UE平均值為2.21。我國一些大型互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)已經(jīng)開展了一系列節(jié)能實踐,在數(shù)據(jù)機(jī)房的建設(shè)和改造中采用了多項節(jié)能措施,高能耗問題依舊普遍存在,改進(jìn)和提升節(jié)能性能的空間仍然很大。
1.2數(shù)據(jù)機(jī)房整體能耗分析
數(shù)據(jù)機(jī)房能耗主要包括以下幾個部分:(1)數(shù)據(jù)機(jī)房IT設(shè)備用電;(2)制冷系統(tǒng)用電;(3)供電系統(tǒng)用電;(4)照明、通風(fēng)、加濕等其他系統(tǒng)設(shè)備用電等。分析目前我國數(shù)據(jù)機(jī)房能耗偏高的原因,主要包括以下幾個方面:(1)IT設(shè)備能耗偏高;(2)選用的空調(diào)冷源形式、氣流組織形式不合理,造成數(shù)據(jù)機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)能耗高;(3)供電系統(tǒng)不夠優(yōu)化,變壓器、UPS等供電設(shè)備電能損耗高;(4)運(yùn)行管理能力不足,效率低下。
2數(shù)據(jù)機(jī)房常用節(jié)能技術(shù)
2.1IT設(shè)備節(jié)能技術(shù)
服務(wù)器、存儲設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)、控制軟件構(gòu)成了數(shù)據(jù)機(jī)房的核心。在保證穩(wěn)定運(yùn)行的條件下,提高數(shù)據(jù)機(jī)房IT設(shè)備使用效率,可有效降低對電力的消耗,從而降低運(yùn)營成本。對于服務(wù)器而言,節(jié)能技術(shù)主要包括以下幾種:(1)服務(wù)器機(jī)箱通風(fēng)技術(shù)。該技術(shù)在延續(xù)了服務(wù)器前進(jìn)風(fēng)后出風(fēng)的設(shè)計理念的同時,將機(jī)箱分為多個散熱區(qū)域,使得機(jī)箱氣流分割更加精細(xì),可以更準(zhǔn)確地控制氣流流向,大大提高了機(jī)箱的散熱效率。(2)使用高效率電源。采用80plus白金電源,該電源在50%的負(fù)載下轉(zhuǎn)換效率高達(dá)94%,可動態(tài)調(diào)節(jié)并均衡分配電源模塊負(fù)載,以保證電源轉(zhuǎn)換效率。(3)處理器休眠技術(shù)。當(dāng)處理器較長時間處于空閑狀態(tài)時,該技術(shù)可以讓CPU進(jìn)入不同的休眠狀態(tài),通過降低電壓或切斷內(nèi)部時鐘實現(xiàn)節(jié)能。(4)動態(tài)能耗管理技術(shù)DEMT。根據(jù)CPU負(fù)載、環(huán)境溫度等多種輸入?yún)?shù),按資源的實時使用率,調(diào)整服務(wù)器的整體運(yùn)行狀態(tài),動態(tài)實時智能調(diào)節(jié)各部件的功耗,以最小化服務(wù)器電耗。對于存儲設(shè)備,可以采取以下技術(shù)手段實現(xiàn)節(jié)能目的:(1)配置精簡自動化技術(shù)。根據(jù)用戶的容量及使用需求,對存儲容量資源進(jìn)行實時、動態(tài)的自動分配,充分利用磁盤陣列的有效存儲空間,提升存儲空間利用率,在節(jié)省電力消耗的同時降低制冷成本。(2)重復(fù)數(shù)據(jù)刪除技術(shù)。通過將數(shù)據(jù)進(jìn)行分塊,篩選并刪除相同的數(shù)據(jù)塊,達(dá)到節(jié)約存儲空間的目的,進(jìn)而達(dá)到減少能耗的效果。
2.2空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)
對數(shù)據(jù)機(jī)房而言,空調(diào)系統(tǒng)能耗約占總能耗的47%左右,因此,提高能源利用效率最直接的方法就是降低數(shù)據(jù)機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)能耗。(1)選擇合理的空調(diào)冷源形式。目前最常見的空調(diào)冷源有:風(fēng)冷直接蒸發(fā)式系統(tǒng)、風(fēng)冷冷水系統(tǒng)、水冷直接蒸發(fā)式系統(tǒng)、水冷冷水系統(tǒng)、蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)。數(shù)據(jù)機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)需要根據(jù)地理環(huán)境、機(jī)房等級、制冷量需求、占地面積、經(jīng)濟(jì)性、可擴(kuò)展性等因素,選用上述一種或多種形式的組合。(2)合理應(yīng)用自然冷源技術(shù)。自然冷源,即直接或間接引入室外冷空氣或低溫水(如地下水、江水、河水、湖水、海水、自來水),與空調(diào)系統(tǒng)聯(lián)合使用,對數(shù)據(jù)機(jī)房進(jìn)行降溫冷卻。(3)提高空調(diào)送風(fēng)溫度。將機(jī)房環(huán)境溫度控制在23~27℃,在保證機(jī)房設(shè)備正常運(yùn)行的同時,可以降低用于除濕、降溫、加濕熱所需的能耗。并且溫度設(shè)定的越高,其節(jié)能效果越明顯。(4)采用CFD技術(shù)。對數(shù)據(jù)機(jī)房空調(diào)送風(fēng)溫度、送風(fēng)速度、機(jī)柜排列方式、空調(diào)送回風(fēng)方式等進(jìn)行數(shù)值模擬計算,深入了解機(jī)房內(nèi)氣流速度場和溫度場的分布,并優(yōu)化氣流組織、冷量分配方案,在滿足機(jī)柜設(shè)備的散熱需要的同時,達(dá)到降低機(jī)房空調(diào)能耗的目的。(5)采用封閉冷熱通道技術(shù)。對于高熱密度機(jī)柜而言,采用封閉冷通道技術(shù),機(jī)柜的正面空間被延展為送風(fēng)靜壓箱,可使空調(diào)送出的冷風(fēng)全部用于設(shè)備散熱,提空調(diào)系統(tǒng)冷量利用率。(6)選用帶變風(fēng)量風(fēng)機(jī)的送風(fēng)地板進(jìn)行精確送風(fēng)。對于采用地板送風(fēng)的數(shù)據(jù)機(jī)房,可在機(jī)柜上部裝設(shè)控制單元,并經(jīng)由溫度傳感器來檢測、收集機(jī)柜排風(fēng)溫度信息,根據(jù)機(jī)柜排風(fēng)溫度,由前端控制器實時調(diào)節(jié)各智能送風(fēng)口的送風(fēng)量,避免由于機(jī)房局部過熱,導(dǎo)致降低送風(fēng)溫度,增加空調(diào)能耗的情況發(fā)生。
2.3供電系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)
供電系統(tǒng)的節(jié)能降耗,主要是降低非負(fù)載設(shè)備的用電損耗。(1)采用節(jié)能效果好的變壓器,并合理使用“2N”變壓器結(jié)構(gòu),降低電能損耗。(2)高壓直流供電。采用整流模塊+蓄電池組的并聯(lián)冗余結(jié)構(gòu),在提高供電系統(tǒng)可靠性的同時,可以根據(jù)負(fù)載的實際情況靈活調(diào)整投入運(yùn)行的整流模塊數(shù)量,確保在線的整流模塊始終處于高負(fù)載率模式下運(yùn)行。(3)設(shè)置電量計量、監(jiān)控及綜合管理系統(tǒng),對每個環(huán)節(jié)的用電數(shù)據(jù)進(jìn)行實時采集、分析,并根據(jù)綜合調(diào)節(jié)。2.4數(shù)據(jù)機(jī)房節(jié)能運(yùn)行管理對運(yùn)行數(shù)據(jù)實時采集、計算、診斷、優(yōu)化、評估,以按需供能為指導(dǎo),制定機(jī)柜微環(huán)境調(diào)整、配電參數(shù)調(diào)整、水系統(tǒng)參數(shù)調(diào)整、精密空調(diào)參數(shù)調(diào)整等策略,降低數(shù)據(jù)機(jī)房能耗,提高能源利用效率。
3數(shù)據(jù)機(jī)房節(jié)能技術(shù)發(fā)展趨勢
數(shù)據(jù)機(jī)房制冷的核心目的是降低芯片的溫度,使其保持正常運(yùn)行和長期可靠。目前數(shù)據(jù)機(jī)房大多采用風(fēng)冷的形式對CPU芯片進(jìn)行冷卻,無論是服務(wù)器內(nèi)部還是機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)硬件的設(shè)計,其技術(shù)都比較成熟。這種方式除了風(fēng)扇產(chǎn)生噪音外,風(fēng)扇所產(chǎn)生的能耗約占冷卻能耗的30%以上,同時風(fēng)冷散熱器也存在散熱極限。實驗研究發(fā)現(xiàn),如果芯片熱流密度超過50W/cm2時,即使增大風(fēng)速其冷卻效果也已經(jīng)不明顯。如果進(jìn)一步降低進(jìn)風(fēng)溫度,除了降低空調(diào)送風(fēng)溫度、增加制冷機(jī)組的能耗外,安裝芯片的基板溫度有可能降到露點(diǎn)溫度,這將帶來新的問題。液體冷卻方式分為導(dǎo)熱型和浸沒型。其區(qū)別在于冷卻液是否與電子元件或其封裝體發(fā)生直接性的物理接觸。浸沒式冷卻是將各類基板包括存儲,通信和供電在內(nèi)的各種元件及裝置完全浸沒在裝滿非導(dǎo)電絕緣工作液體的冷卻槽內(nèi),冷卻液在電子元件表面強(qiáng)制對流直接吸熱進(jìn)行冷卻。隨著芯片技術(shù)的跨越式發(fā)展,冷卻方式逐步從機(jī)房級、列間級、機(jī)柜級發(fā)展至服務(wù)器級,液體冷卻技術(shù)也將替代空氣冷卻技術(shù)成為主流。
4結(jié)語
綜上所述,數(shù)據(jù)機(jī)房運(yùn)行能耗很高,節(jié)能潛力巨大,在對其進(jìn)行建設(shè)或節(jié)能改造時,應(yīng)結(jié)合其自身特點(diǎn),積極應(yīng)用節(jié)能減排新技術(shù),同時實行節(jié)能管理,最大程度降低機(jī)房運(yùn)行能耗,提高能源利用效率。在能源緊缺的今天,唯有在各個環(huán)節(jié)做好節(jié)能減排工作,實現(xiàn)整體節(jié)能減排效能,才能促進(jìn)數(shù)據(jù)機(jī)房建設(shè)綠色可持續(xù)發(fā)展,進(jìn)而為創(chuàng)建環(huán)境友好型、資源節(jié)約型新社會貢獻(xiàn)出更大的力量。
參考文獻(xiàn):
[1]殷平.數(shù)據(jù)機(jī)房研究:現(xiàn)狀與問題分析[J].暖通空調(diào),2016,46(8):42-53.
[2]遲媛,朱國棟,吳飛,許永昭.淺談數(shù)據(jù)機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化[J].中國設(shè)備工程,2019(9):71-72.
[3]施盛建.IDC機(jī)房節(jié)能探討[J].信息系統(tǒng)工程,2014(6):19-20.
[4]董宏,賴世能.綠色數(shù)據(jù)中心機(jī)房及節(jié)能技術(shù)選用與實施方案研究[J].廣東通信技術(shù),2019(10):68-73.
[5]馬燕等.綠色數(shù)據(jù)中心機(jī)房及節(jié)能技術(shù)選用與實施方案研究[M].中國電力出版社,2019.
作者:遲媛 張兵 朱國棟 王納 單位:北京特種工程設(shè)計研究院