在数据业务需求的爆炸式增长及IT技术迅速发展的共同推动下,数据中心得到了迅猛发展,而与此同时,数据中心的能耗问题也随着其发展变得越来越无法忽视。数据中心的能耗有其自身的特殊性:耗能设备的种类繁多、构成复杂。

1   数据中心能耗现状的研究

数据中心巨大的能源消耗是促使人们研究其能源利用效率的主要推动力,而对于全球数据中心的实际能源消耗量,至今还没有任何有信服力的统计结果。造成这种现象的原因很多:一方面,数据中心发展仍在上升期,数量及设备性能均存在着不确定性;另一方面大部分数据中心运行管理人员将数据中心的运行数据视为一种私有资源,不愿意公开。

数据中心能耗的研究从研究角度的不同可以分为两类,一类是从宏观上研究,力求获得数据中心总体的耗能情况。主要是采用一种间接估算的方法来研究全球服务器的能耗总量。它主要依据IDC提供的全球服务器消费及运行信息,通过市场调查分析出各类服务器的安装数、制造厂家出货数及报废的台数。在每类服务器中选取一个最具代表性的典型服务器来测量其能耗数据,再将测得的各典型服务器全年能耗乘以每一类服务器的实际运行台数则可以得到全球服务器总能耗的估计值。这类研究可以在未来的发展方向为进一步提高估算的准确性及考虑数据中心其它部分能耗(其他IT设备及制冷等辅助设备的能耗)的统计,并从单纯统计转变为对未来能耗的预测;另一类是依赖于测量仪器的发展(这一点对于电源供应不独立的数据中心来说尤为重要),另一方面也依赖于所研究的数据中心数量的增加和每个数据中心历年数据的积累。

2   数据中心能耗效率的研究

由于现在仍没有所谓的标准数据中心的概念,数据中心配置变化很大,这使得以往用来评价建筑能耗效率的单位面积能耗量这个参数失去了应有的评判意义,因此需要一个新的指标来评价数据中心的能耗效率。

美国GreenGrid提出了PUE(Power Usage Effectiveness)和DCE(Datacenter Efficiency)两个参数作为数据中心的能耗效率指标。

PUE作为目前被广泛接受的数据中心能效指标,在实际使用中也暴露出一些问题:

(1)某些数据中心的能耗供应往往不是专用的,这就为PUE公式中的TotalFacilityPower的获得设置了障碍。

(2)最新的制冷技术由于强调所谓的精确制冷,往往是和IT设备直接集成化,这样制冷能耗和IT设备能耗之间的界限变得不再清晰,也为PUE的计算带来了困难。

3   数据中心节能潜力的研究

数据中心按其功能可划分成如下几个模块:IT设备、电源供电系统、制冷系统、其他部分(主要为照明系统),这几个模块实质分属于不同的专业,而互相之间相互影响,这也从一个侧面显示了数据中心能耗多学科的复杂性。

3.1   IT设备

IT设备能耗是数据中心能耗的重要组成部分,由于IT设备能耗与其他部分能耗的关系(如果IT设备能耗减少1W,由此带来的其他辅助部分的能耗也会相应减少1.84W),提高IT设备能效对于数据中心节能来说有着非常重大的意义。

目前数据中心IT设备运行中存在的主要问题是低负荷率导致的低能效,数据中心所处理的数据量往往浮动较大,很多时间设备都处在较低的工作负荷下,能源利用下降带来的能源浪费非常可观。有人针对这个问题提出了一个名为PARD(power-aware request distribution)的解决方案,其核心内容为在保证数据中心所需处理的工作量的情况下,尽可能地减少运行的IT设备的数量。这种方法实质是尽可能地提高IT设备的负荷率以使得其在较高的能效情况下工作。

3.2   供电系统

由于供电系统一般位于数据中心内,其散热也是制冷系统热负荷的组成部分,因此和IT设备能耗一样,其能耗的较少对于整个数据中心节能来说带来的是连锁的效应。

目前供电系统能效提高的研究方向主要有两个:

(1)电源传输过程中存在着较多的电压及交流的直流转化,而电能传输过程中的主要能量损耗正发生在这些过程中。

(2)多数情况下电源系统都处于较低负荷情况,由此带来了电源传输效率的下降。这主要是由于IT设备往往被过大估计额定能量要求所致,用户应要求制造商根据实际配置来提供能耗需要参数以解决这个问题。

3.3   制冷系统

制冷系统的能耗是数据中心能耗中最重要的一部分,就研究具体内容而言,目前对于数据中心制冷系统的研究主要集中于制冷系统的优化。

对于现有制冷系统的优化主要集中于改变制冷系统的设定值、改善现有空调系统的气流组织、自然冷源的利用及制冷系统监控系统的升级等几个方面。                    

4   结束语

通过对数据中心的进展的介绍,可知数据中心能耗的统计与能耗的评价工作有待进一步研究;另外,目前数据中心节能潜力的研究在各专业之间的交流和重叠的较少,呈现一种各自为政的局面。■