计算机世界 邹大斌 去年一则关于北京市将禁止新建数据中心的消息曾引起业内广泛关注。2014年7月北京市人民政府办公厅发布《北京市新增产业的禁止和限制目录(2014年版)》，其中由北京市经信委制定的关于信息传输软件和信息技术服务业门类下明确规定：禁止新建和扩建数据中心，PUE值在1.5以下的云计算数据中心除外。而在更早些的2011年，在国家发改委、工信部和财政部联合开展的云计算示范工程中，也明确要求大型数据中心的PUE值要小于1.5。 国家发改委、工信部和北京市政府先后以政府文件的形式出台这样一个规定显示出政府对这样一件事情的高度重视，从另一个侧面也反映出数据中心的电能消耗对电力供应构建了不小的威胁，数据中心的节能已经是大势所趋。 实际上，新一代数据中心一定是绿色节能的数据中心已经成为人们的共识，也是数据中心未来的发展趋势，尤其是云计算的到来，加快并促进了大型和超大型数据中心的出现。据不完全统计，仅在2013年我国兴建的数据中心达到3500多个，其中超过1万平米以上的数据中心就有21个。大型及超大型数据中心凸显了其耗能问题。 目前，关于绿色数据中心还是一个比较笼统的说法，基本上是指数据中心的IT设备、配电系统、制冷系统、照明等都取得最大化的能源效率，以及最小化的环境影响。总体上，我们可以建筑节能、运营管理效率和能效来衡量一个数据中心是否为“绿色”，而其具体体现在整体的方案设计规划，以及机房空调、UPS、服务器等IT设备、管理软件等要具备节能环保、高可能、高可用上。实践中，人们常用PUE值来量化数据中心的能源利用效率。有必要指出的，PUE只是一个参考指标，并不能完全体现数据中心的节能效果。 本专题将就侧重运营管理效率和能效这些问题 进行探讨，来具体描述如何实现一个绿色数据中心。 数据中心电能消耗引起重视 近几年来，随着社会环保意识的增强，节能、环保已经成为很多行业制定发展规划过程中重点关注的问题，IT产业自然也不能例外。随着IT应用的不断普及和深入，特别是云计算、大数据、移动化、社交等技术的广泛应用，催生出众多的新应用，需要大量的数据中心来提供支撑；与此同时，云计算的兴起还导致大量大型和超大型数据中心的涌现，数据中心的电能消耗开始凸显出来。 IDC关于中国数据中心市场公布的数据，2010年中国数据中心总数量已经超过50万个，市场总规模达到92亿美元。IDC预测该市场在2010年至2015年仍将保持两位数的增长率，2015年该市场规模将达到约157亿美元。 有研究机构估计，2015年我国数据中心能耗将达到1000亿千瓦时，这相当于三峡电站一年的发电量。如果保持当前数据中心的增速，到2020年将超过2500亿千瓦时，这将超过当前全球数据中心的能耗总和。 有数据显示，IT产业的能耗已经接近航空业，其中数据中心占了大头，数据中心是节能的重点。根据有关研究机构的预测，随着IT技术应用的进一步深入，每3年数据中心在电力消耗上都会翻一倍。而在中国，根据相关结构的调查，目前，数据中心(地板面积100㎡及以上的数据机房)用电量约占全国用电量的0.5%，特别是在经济发达的北京和上海等少数地区的数据中心电力供应正在趋紧。 高能耗就意味着数据中心的高维护成本。相关研究表明，在数据中心的整体运营成本中，电力成本可能占到40%～50%，对于一个有10年生命周期的数据中心而言，在其生命周期中电力成本的支出可以占到整个数据中心运营支出的42%。如此之高的占比提醒我们降低电能消耗的重要性。显然，数据中心已经成为名副其实的耗电大户，如何降低数据中心电源消耗、提升能效成为当下数据中心管理者面临的主要挑战之一。 另外，数据中心的节能不仅具有经济上的意义，在环保上也不可小视，因为其节能可以直接减少二氧化碳的排放。根据有关机构的研究，到2050年全球能源需求会翻倍，全球范围已经达成共识，需要在2050年之前将二氧化碳排放量减到原来的一半。在中国，节能降耗已经成为我国的一项基本国策，被列入国家的“十二五”规划中。比如，在“十二五”规划中，就明确规定了单位GDP能耗要降低16%，单位GDP二氧化碳排放要降低17%。 可以说，降低电能消耗、提高用电效率，是对新一代数据中心或者说云时代数据中心的基本要求。这既是社会责任，也是降低数据中心运营成本的必然选择。 数据中心迈向大型化 让数据中心能耗问题凸显除了数据中心的数量多之外，还有不断涌现的大型和超大型数据中心，以百度、腾讯、阿里、360等为代表的互联网企业大都拥有多个数千甚至上万台服务器的数据中心，而公有云服务提供商的数据中心规模也都达到数千台服务器。几年前，媒体爆出某地要建设10万台服务器的数据中心，当时曾有人从电能消耗的角度来质疑这种大规模数据中心的可行性。无论这一计划的真实性如何，如此高密度的计算资源背后的电能消耗肯定是一个不小的挑战。 其实，数据中心走向大型化已是一个行业大趋势。业内人士告诉记者，目前中国数据中心的建设呈现出两个明显的趋势：一个是向两极化发展，即数据中心向大型化和小型化分化，中等规模数据中心不断减少；另一个趋势是新建的云数据中心越来越多，其数量是普通数据中心的8倍。从这个意义上说，提升数据中心的能效对于整体IT行业的节能降耗意义重大。 同时，值得关注的是，数据中心市场还在快速成长过程中。利好因素包括受益于“宽带中国”战略的推进，中国网络带宽快速提升、4G基站不断普及，中国网络条件还会不断改善，会进一步推动IT的应用走向深入，包括电子商务、移动互联网、视频和游戏等都将得到快速发展，而这些应用的背后是数据中心的强力支撑。因此，就数据中心市场长期发展来看，驱动力依然非常强劲，其增长的势头并没有放缓的迹象，中国数据中心市场还谈不到饱和，对能源的消耗还会不断增加。 云计算推动数据中心革新 如上所述，中国正迎来新一轮的数据中心建设高峰，凸显了电能的问题。而让这个问题变得更为严峻的是各种新技术的应用。比如，刀片式服务器、融合基础设施的普及和应用，特别是云计算技术的不断成熟，使得数据中心正在走向高密度、大规模甚至超大规模，管理也日趋复杂。 在这样的背景之下，人们开始思考改变数据中心的建设、管理方式，下一代数据中心的理念正是基于此需求提出的，其核心就是让未来的数据中心运营更为高效和灵活，同时在基础设施层面上也能更节能、高效而且可靠。当然，有必要指出的是，绿色节能仅仅是下一代数据中心的基本要求，除此之外，新一代数据中心还一定是高效率和智能的。 因为只有这样的数据中心才能满足云计算所需，比如云计算的灵活动态地响应需求的能力——这是云计算最为重要的特征，而站在数据中心的角度看，这是一个非常大的挑战。比如，虚拟机可能根据负载的状况在不同的物理服务器之间进行迁移，在需求不足时对物理服务器进行关机而需求增大时将物理服务器加入到资源池中，这就着对数据中心的可管理性提出了更高要求，所有这一切都必须是自动化的、可监控的。 另外，云计算的出现还对数据中心的可扩展性提出了一定的要求，也就是需要动态扩展。为此，模块化的设备在数据中心应用得越来越普遍，因为模块化的设备可以快速部署、支持热插拔，实现“边成长边投资”，以提高投资回报率、防止过度规划和过度投资。前面还提到，云计算也是数据中心走向大型化的主要推动力。随着云计算技术的成熟，越来越多的企业选择租用和外包IT业务的形式，这就推动了数据中心走向大型化，而越是大型的数据中心对管理的要求就会越高。 下一代数据中心的基础设施 那么，什么样的数据中心基础设施可以满足云计算的要求？ 首先一定是标准化的。新一代的数据中心一定是采用各种标准化的组件，符合各种国际标准。只有这样才能保证快速部署，比如，集装箱式数据中心只要几周就可以快速构建起来。在某个厂商的展会，记者曾看到过一段两名工程师4小时搭建一个数据中心的视频，让人体验了模块化数据中心的魅力。 “只要事先对数据中心的建设进行了系统性规划，尽量采用工厂预配置的产品，通过系统性集成，一个标准化和模块化的数据中心就可以非常快速地部署到位。”业内专业人士对记者表示。 其次是高密度。云计算是一种集中化的部署方式，要在有限空间内支持高负载，刀片式服务器等高密度设备是必然之选，这就意味着数据中心要具有对这种高密度计算引起的高热密度的制冷能力。 第三是模块化。数据中心要满足动态的需求，必须具有一定伸缩性。同时，为了节省投资，最好能边成长边投资，而模块化就是最好的选择。另外，模块化还能提高可靠性和节电。 第四是集中化的管理。传统数据中心IT设备与基础设施是由不同的人分开管理的，通常，IT设备由IT部门管理，而基础设施则由基建部门负责。以虚拟机在不同机柜中服务器之间的迁移为例，传统的IT管理工具通常只关心那个机柜中是否有足够的IT资源，而实际上，如果某个机柜中制冷能力不够，即使它还有冗余的计算能力也并不适合增加新的负载。 数据中心的全生命周期管理 要建设能满足新时代IT需求的数据中心基础设施，需要综合应用多种技术，来达到灵活、可靠以及高效节能。好在当下市场上已经出现了这类技术，包括模块化的产品（模块化UPS、模块化数据中心、集装箱式数据中心）、利用自然条件节能、DCIM、高压直流以及软件定义等。 实际上，这几年数据中心市场技术演进的速度非常快，艾默生网络能源、施耐德电气，还有IBM和惠普等都在这个领域有着很大的投入，也有很多新的产品推向市场。比如，艾默生网络能源结合自然冷源和传统空调的SDC2、施耐德电气的模块化机房解决方案英飞等，给了我们更多的选择，同时也极大地推动了整个数据中心行业能效的提升。 而IT技术本身的进步也为数据中心的整体节能带来很好的基础，比如SSD。一般而言，一块3.5英寸、15K转速的硬盘在忙时需要消耗13～19瓦的电力，在闲时会消耗8～14瓦，并且计算机设备直接使用的电力还需要额外的电力来将它们冷却。SSD在忙时会使用1～8瓦的电力，而闲时只会使用不到0.5瓦。节能效果非常明显。近年来闪存的密度几乎以每年一倍的速度翻番，这不仅带来闪存价格的持续走低，同时高密度闪存能够提供更快的存储性能，提高了闪存读取速度并降低了耗能，进一步节约成本。 不过，在业内专家看来，新一代数据中心不只是简单地通过应用各种先进的技术就能实现节能的，更重要的是有效地管理，即实行数据中心的全生命周期管理。 所谓数据中心的全生命周期管理是指对数据中心的选址、规划、设计、建设、维护到最后的拆除等全过程进行管理。这里不仅涉及数据中心的IT设备、供电系统，还包括所在楼宇、供电、制冷系统。而要想数据中心达到高效、节能、环保，就需要在数据中心的全生命周期中进行考虑，而不仅仅局限于某个环节。 在这过程中再考虑应用一些经过实践检验的最佳实践，包括数据中心的模块化、标准化和关注总体拥有成本，也就是要在数据中心的建设中要以一个更为标准化、模块化的方式，帮助用户实现贯穿机柜、行级、房间级甚至于整个楼宇设施级别的设计，使数据中心的规划、设计、构建和运营变得更加可预测、更高效、更加可扩展，总体成本最低。 实际上，考虑到当下中国正在大规模建设大型数据中心以推动云计算市场，在数据中心建设上更需要进行合理规划和布局，从一开始就高度重视数据中心的节能，而不能是后期补救。同时，不能一味求大，而是要根据业务需求，进行可扩展性强、集成型的数据中心规划和设计。 最后有必要指出的是，新一代数据中心的建设是一个长期的过程，需要不断总结、优化，是一个长期的旅程，将伴随着数据中心的整个生命周期。 
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