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风能、太阳能和其它替代性能源都能收到良好的投资回报。

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如今,数据中心的发展与电源供应成为了一个潜在的矛盾。日前,调查分析机构北桥能源合作伙伴的分析师彼得•凯利发布了一个新的报告,报告分析了美国、英国和欧洲的电网可用性,以及全球各地越来越多的数据中心对电力的需求不断增长的情况。

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算算紧张的能源账

如果数据中心经理有黄金法则的话,那就是:不要折腾你的电源。几乎对于所有的数据中心,它们的电源都是交流电。交流电不仅适合放在书房的单台PC,还适合拥有大量服务器的数据中心。

未来几年,公司将在互联网数据中心投入更多资金,但不一定是在计算机领域。这是根据数据中心和IT管理教育公司的一项新调查得出的。

随着云计算、大数据、物联网的应用,数据呈指数级增长,而为许多数据中心提供电力的电网基础设施却存在功能老化的问题,需要进行改造。因此,企业的首席信息官面临着电源的可用性和数据中断的压力,更面临着数据中心可靠性、运营成本和可再生能源的越来越大的压力。

直到最近,许多机构都没有考虑他们的数据中心基础设施已经不止一个十年了。只要有足够的空间来容纳新的服务器机架,现有的冷却和电力能力和容量暂时还可以满足新增加的需求。但是,随着计算能力需求的不断增加,现在这种状况不会维持很久,因为在不久的将来,就会出现电力供应得紧张。

数据中心是网络主干,为互联网节点及其数据库提供数据存储,并且为每个大型公司和组织提供强大支持。而能源和冷却需求的快速增长,以及电力成本的增加已经成为运营者亟待解决的问题。在数据中心一天24小时、一周七天不间断的运行过程中,高密度的耗能设备应该予以特别注意。

美国环境保护署预测未来五年内,数据中心的能源需求量将增长一倍。由于数据中心在能源消耗方面的急剧增长,一些公司开始在将目光转向替代能源,如太阳能电池阵、天然气燃气轮机、燃料电池和水力发电。

这项研究发现新数据中心的所有权、翻新和建设正在增加。调查发现,58%的受访者目前拥有2到9个数据中心,平均每个组织将修复5.3个数据中心。这个数字在12个月内增加到7.8个数据中心。

“首席信息官们努力寻求降低数据中心运营成本,并获得可靠的电力供应。”彼得•凯利评论道,“然而糟糕的是,许多国家的电网可能满足不了可靠性的严格要求,在许多发达国家,用户对电力需求的增长已经超过了电网基础设施的建设速度。欧盟成员一些成员国、英国,以及美国都面临着各自独特的挑战,而如冰岛、挪威等北欧国家,以及和加拿大魁北克省的情况比较好。”

据市场调研公司IDC(CIO.com出版商的一个姊妹公司)的调查结果,在数据中心经理所关心的事情中,容纳和运行服务器所需要的计算机支持基础设施是仅次于价格的第二大问题。IDC公司的高性能计算研究部副总裁SteveConway说,“在几年前,这些问题是排在第12位的,这意味着,在那时它们根本就是不被重视的问题。”

“相比于一栋典型的办公建筑,数据中心在每单位面积上的电力能耗约为后者的100倍,” 美国伯克利实验室研究员William Tschudi说,“对于那些需要兆瓦级电力的大型数据中心,每月有100万美元的能源支出是很常见的事情。”

最大的问题是这些替代能源能否为他们提供预期的投资回报,投资回报率的实现需要多长时间。Nemertes 研究集团负责绿色IT项目的分析师Ted Ritter称:“投资回报率是企业转向替代能源的推动力。”

我们再次看到人们关闭数据中心并将所有内容移至云端的概念正在逐渐消失。

在报告中概述的主要考虑因素包括:

这一状况的改变,优先反映了技术的变化和处理能力需求的急剧增长。虚拟化和多核处理器使我们能够在一个很小的地方摆放更高密度的计算能力。所有类型企业与日俱增的核心业务处理,对电脑计算依赖的程度的提高,推动企业把越来越多的计算机机架放到它们现有的数据中心。与此同时,Gartner预测表示,到2008年底,世界上一半的数据中心的基础设施将不能满足近年来的高密度的设备对电力和冷却的要求。

网络规模快速增长、网络办公需求增加以及逐渐增强的服务器功能等诸多因素,促进了数据中心及其能源消耗的快速增长。设备管理人员、企业信息服务部门以及互联网服务提供者都在寻找能够减少能源消耗的途径。

Ritter称许多公司目前对投资替代能源正在犹豫不决,特别是这是否就意味着替代能源在今后的数据中心中将彻底取代可靠的交流电源,还是仅意味着对交流电源进行补充。他称,在考虑转向替代能源方面还需要考虑一个因素,那就是需要考虑新的可靠的备份电源,而这又将会增加额外的成本,带来新的挑战。

在未来三年内,管理的数据中心平均数量将增加到每个组织10.2个,而且在三年内,平均每个组织将修复12.8个数据中心。

•处理大型数据集,提取有用信息,推动可以存储和处理数据的数据中心持续增长,并使得超级计算机数据中心或高性能计算(HPC)的处理量越来越大。因此越来越多的数据分析要进行实时处理(或接近实时处理),特别是在行业中,如果不进行分析并立即采取行动的话,其数据将变得无用。

这些变化带给像我自己这样的(在一个高端科技超级计算机中心的管理者)主流数据中心的管理者,在今后的十年里要面对的一些问题:如何正确选定基础设施支持设备,如何优化冷却为高密度服务器机架服务,如何平衡数据中心的效率与业务需求,以及如何跟踪所有的可能影响执行成败的细节。

何不试试直流供电

在本文中我们将为大家介绍一些具有代表性的机构,这些机构都在着手应对这些问题,其中的一些在美国“计算机世界网站”最新公布的《顶级绿色机构》报告中被收录。在一些案例中,这些机构希望能够在15年内充分回收投资。

更重要的是增长量。每个组织建立的平均数据中心数量约为2.2,在12个月内增加到4.5,在未来三年内增加到每个组织10.3。

•由于数据的数量和数据处理的价值在未来几年内迅速增加,数据中心的停机时间将更加昂贵。这进一步加强了一个事实,即数据中心的电力系统可靠性将成为在数据中心选址考虑的一个越来越重要的因素。

我工作的数据中心(设在美国陆军工程师研究与发展中心(ERDC)的国防部超级计算机中心),正处于一个为期两年的、对数据中心的基础设施,进行完全彻底地检查过程中。设计一个新的数据中心或改造一个旧的,是一个复杂的过程,但以下的六个想法,可以让您在开始这项工作的初期,就保持一个正确的方向。这六个想法是根据在过去的十年里我们的经验总结出来的,并且是在陆军工程师研究与发展中心正在进行的基础设施现代化的过程中受到实地检验的。

对于设备设计者和管理者来说,很多方法都可以降低能耗,比如优化气流以充分利用冷却系统,提高冷却系统效率,或将其改为液冷方式等。直流供电是提升能源效率的另一种方法。在典型的数据中心中,配电系统向变压器提供480V交流电,变压器将其降到208V交流电供给服务器。

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数据中心大小保持不变,

•日益增长的数据中心的效率很难满足对数据存储、数据分析、信息处理的需求,为了跟上时代的步伐,因此,数据中心的整体能源使用量将增长。数据中心已经成为全球电力需求增长最快的用户之一。据估计在全球范围内,数据中心的用电总量为目前全球用电总量的3%,与过去五年相比增长了100%。

1 决定您是否真的需要自己的数据中心

每个服务器内的相关设备会将外部电压转换成适当的电压,而此类供电通常效率不高,而且会产生过多热量。一般来讲,每台服务器都需要额外的大量电量对其制冷,这使机房空调系统的电力消耗剧增。更多释放的热能也会限制数据中心中存放服务器的数量,如果处理不当还会影响稳定性。

如果没有增长

-据估计,仅在美国,2013年的数据中心使用的电量相当于约34个500兆瓦发电厂的发电总量,或纽约市居民用电总量的两倍。这一数字预计2020年将增加60%。

越来越多的计算机基础设施是一项具有挑战性的,投资昂贵的过程。在您决定下次升级前,一定要问问自己,“我是真的需要自己的数据中心吗?”

市场上的一些服务器可以运行在直流电源上,通常是48 V直流电,这也是电信业标准。采用直流供电的数据中心把高压交流电直接转换成高压直流电,然后把高压直流电降为低压直流电。通过跳过或加强转换的过程,该方案能够节省20%的电力损耗。

不仅如此,专用于数据中心的空间并没有缩小。在某些情况下,它正在增长。几乎一半表示他们目前的数据中心在5000到5万平方英尺之间,有一半表示他们的数据中心将在明年保持这种状态。

-在全球范围内,用于互联网的数据中心总电量介于意大利和西班牙的全国用电总量之间。

一个最小的基础设施将包括电源开关设备和发电机。但是,几乎没有一个数据中心的基础设施仅仅就是这么多。还要增加容错功能,包括电池或飞轮的不间断电源(UPS)、后备供水(以防万一您的市政供水中断)、冗余组件、甚至可能是多个独立的商业供电的接入。然后,你必须保护自己免受火灾和自然灾害。一旦数据中心的建成,你需要雇人来监测和维护它。

然而,因为很多设备工程师并不熟悉这项技术,在许多数据中心中,用直流电源替代传统的交流电源的做法还没有被广泛采用。Ultraspeed公司的财务主管Jordan Gross说:“IT用户应该意识到,他们可以通过添加一些特性和功能达到降低能耗的目的。虽然直流电源与生俱来的稳定性与效率已经被企业熟知多年,但目前却仅有极少数的大型公司实际采用直流电源。”很显然,企业在转向对安全性、经济性以及可靠性缺乏实际验证的新技术时会持保守态度。

目前约有16%的人表示他们的数据中心在10万到50万平方英尺之间,预计拥有这样规模的数据中心的受访者数量将在未来三年内增长到26%。

-根据最近的一项研究项目表明,这种增长仍将继续,在未来的四年内,物联网(IOT)和互联网使用的电量将是目前全球数据中心耗电总量的7.5倍。

正如Amazon公司首席技术官(CTO)WernerVogels在最近的“下一代数据中心会议”中表示:除非你是在一个具有高效率的行业,运行数据中心的本身就能直接得到回报,否则,在别人的数据中心运行您的应用程序可能会更好。

试验证实效果显著

数据中心的替代电源

数据中心正在对已经很脆弱的电力系统施加更多的压力。该问题需要回答不仅是“是否有足够的电力?”,而是“当我们的数据中心需要用电时,电力会在哪里呢?”

这个解决方案不见得对每个人都是正确的,但是,当公用事业费用上升和紧缩基础设施的需求不断增长时,它至少是值得考虑的。

进行直流供电试验的应用团队来自美国伯克利实验室的EET部门,主要解决尚未成为市场主流的高效率低能耗技术。采用直流供电的数据中心对于这个应用团队来说是一项理想的技术,它有着很大的潜力及优势,比如安全性、低维护和操作成本等。

这是它真正有趣的地方。为了适应这些大型数据中心,组织正在寻求新型电源以寻求帮助。近42%的受访者表示他们已经部署了某种类型的可再生能源,或计划在未来两个月内这样做。

首席信息官们在外包数据中心时,应将电力资源是否充足作为决策过程的一部分,其次是为电源的可靠性,可扩展性,以及运营成本。

2 权衡绿色设计的成本和效益

试验结果表明,尽可能减少数据中心内部各设备之间的能源转换次数,从而降低能耗的做法是可行的。通过使用直流供电方式取代交流供电,可以消除电力转换中所导致的无谓损耗,以这种方式运行数据中心,可以减少10%至20%的能源消耗,并且能够提高可靠程度。位于Newark的实验中心给出的初步测量证明了这个估计的准确度。据推算,通过消除目前进行的交直流转换过程,每台服务器的耗电量至少可减少9.34%。

其中,60%表示这些新能源将帮助其组织实现新的绿色计划,并有助于降低数据中心的投资回报率和总体拥有成本。太阳能是最受欢迎的,83%的人表示他们正在使用或计划使用,而63%的人表示他们计划使用水力或风能。

•电源的可靠性是至关重要的,因为停电的成本可能是致命的。在不同的地方,一些电网比其他电网更可靠。因此,在选择数据中心位置时,电网的可靠性应该是主要考虑的因素之一。

成本和消费的上升,使得对电力的关注推到数据中心规划的前面。如变压器,电线,冷却系统和UPS,都存在着很大的的、固定的电力损耗,在电力到达第一台服务器之前将有效功率切割掉一部分。

电力和冷却的冗余也越来越重要。大约80%的受访者表示他们至少处于N 1电气冗余水平,这意味着如果主电源丢失则需要一个独立的备份,78%的人有N 1个冷却备份。在接下来的12到36个月中,大约30%将采用N 2级别的电源冗余,27%将使用至少N 2级别的冷却冗余。

•并不是所有的电网都是一样的。

GreenGrid(绿色网格),一个旨在提高数据中心能源效率的信息技术公司的协会,推荐通过去除冗余的组件来合理精简基础设施,仅仅安装您需要的、使数据中心目前能够满足运行的设备。跟据该组织的《节能数据中心指南》,合理精简基础设施可以节省多达百分之五十的电费。

它进一步表明,数据中心远未消亡,但它也没有保持不变。它正在发生变化,而电力和冷却方面向N 2的转变则表明对正常运行时间的关注日益增加。

-据报道,英国目前正以有限的发电资源和灵活性的未来发展前景;

但是,还有一个日渐衰老的能源故事,在数据中心的升级规划刚刚崭露头角时,美国的公用事业基础设施已经开始显示出衰老的迹象,因为,电力供应似乎总是有问题。

-德国的电力正处于监管不确定性的转型期

在Minneapolis的大桥坍塌和近十年内最初几年的大规模停电,这些都是国家的重要基础设施迅速下降的征兆。2003年8月14日,停电造成GreatLakes附近,大约5000万人没有电力供应,像这样的事件预计在未来几年内,将变得更加普遍,除非采取重大措施来抑制需求,并增加老化电网的可靠性的能力。

-美国的一些地区在电力基础设施的可靠性问题上的争论日益激烈。

根据最近的一份北美电力可靠性委员会(NorthAmericanElectricReliabilityCouncil)的关于长期电力可靠性的报告指出,在未来10年,对电力的需求预计将增长19%,但是,发电能力预计将仅能增长6%。这意味着供电的余量正在下降,每年激增的需求或区域性气候事件,很可能比以往任何时候都更容易造成全国各地的停电事故。

相比之下,北欧国家(包括冰岛)享有丰富的可再生资源和可靠的电网。加拿大的魁北克省的情况与之类似。在一个数据中心选址20年投资的背景下,电网的可靠性问题将不容忽视。

随着在短期内,市政电力中断的可能变得更加频繁,数据中心管理人员应当积极地设计自己的基础设施以保证电力的可靠性,包括冗余电源分布和发电系统,以防止在商业电力中断时,系统出现故障。

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显然,你需要将你的基础设施设计成尽可能地高效率(甚至可以把基础设施的高效率当成设计要求)。但是,电力分配基础设施节能的程度将取决于机构对持续可用性和增加能力的成本评估。例如,在ERDC,我们的超级计算任务需要非常强大的电脑可用性。我们的电力分配基础设施包括:有冗余的开关、电池和发电机。这些使我们能够在进行日常维护时,不用中断运行。在组件发生故障时,也可以继续长时间地紧急运行。这些冗余的设备虽然增加了我们固定的电力损耗,但是也考虑到我们的业务不能中断的需求。

3 通过设计达到“紧密结合冷却”并提高灵活性

电脑在两件事上是非常有效的:处理数字和将电力转为热量。进入数据中心的电量,大约有百分之三十在服务器内转变成热量。

传统的做法是,用设施以外的大型冷却机组冷却水,然后将冷却水注入到在机房地板上的电脑室空调(CRAC)装置。这种做法实质上是使整个房间充满冷空气,但针对具体的热源点,只提供了非常小的灵活性。

“紧密结合冷却”的概念已经流行于超级计算中心多年了,我们发现它是有效率的和有效力的。这个想法是把冷却放在非常接近热源的地方,目的是删除热源。这种做法可以有针对性地冷却和控制热源点,并能缩短空气路径,比将冷空气移动到全房间需要更少的风扇电力。“紧密结合冷却”可以使机架密度达到通常情况的4倍。根据客户提高机架密度的需求,所有主要服务器厂商现在都能提供适合“紧密结合冷却”的配置。

有许多基于“紧密结合冷却”解决方案的机架和芯片。例如,有将冷却装置安装在一个机架内,横靠在服务器机架侧面的设计,或将其放置在每个机架的顶部的“自上而下”的冷却办法。也有的解决方案直接将冷却水提供到机架的后门,或将冷却器放置在机架的抽屉内,与电脑抽屉交错安排。

澳门新浦京娱乐场网站各类使数据基本更快捷的措施,不要折腾你的电源。以芯片为基础的冷却解决方案有两个基本的形式。最简单的是将冷却水输送到一个或多个位于服务器的热源上方的冷却器中。更为复杂的系统使用惰性液体,直接将其应用于服务器芯片的闭环系统。虽然这项技术最近才被通常的服务器采用,但超级计算机行业一直在使用这项技术,已经几十年了。2006年,ERDC的超级计算中心在它的一些Cray超级计算机上使用了芯片级的汽化热交换冷却系统。

所有这些方法都要求冷却水的管道刚好到达计算机机架,你需要在设计你的数据中心的管道时,考虑好这一点。如果将冷却水移动到数据中心的核心区域的这种想法使你的心跳停止、非常害怕的话,这里有大量的、如何最大限度地减少风险的工程方面的知识可以让你放心。你需要采取措施包括:使水管在抬高的地板下面尽可能的低位置,安装检漏仪,将电与水管管道隔离,并提供泄漏控制功能装置,如重力排水管道及接漏水盘。

4 地板砖方面的考虑也不容忽视

如果您没有规划或不能计划“紧密结合冷却”,这里仍然有一些你可以采取的措施,来提高冷却效率。

尽量减少在机房抬高地板下的电缆和管道数量。这是空调装置(CRAC)正在使用的空间,空调装置把冷空气推向您的计算机,并且,如果你能最大限度地减少冷空气在流动过程中与电缆和管道相遇的中断,那么,用于冷却的能源效力将可以大大增加。尽量减少地板下的障碍物,也可以帮助消除数据中心的热源点。

另一个措施是:你可以是委托流体动力学研究机构对数据中心进行研究,或购买您需要的软件,自己执行该项研究。这种方法使用了一个计算机模型来模拟围绕数据中心的气流,可以帮助您找出冷却问题的原因和解决办法,包括穿孔地板砖的最佳铺设位置。

几年前,ERDC超级计算中心采用了这种方法,以确认我们获得了冷却系统的最大能力。在数据中心,穿孔地板砖往往只是铺设在服务器机架冷通道的前面。数据中心的综合领导PaulaLindsey说:“令人惊讶的是,最有效的穿孔地板砖的铺设并非总是在机器的前面。”在流体动力学的研究表明,我们需要在一些地板砖上,增加穿孔直径,在关键位置上,让更多地线缆和管道通过。

5 将支持设备移到外面

正确选择您的计算机基础设施支持系统的位置将提高数据中心能源效率,并让您在将来更容易扩展规模。其中,您可以采取的最重要措施之一是:尽可能地将电源和冷却设备移到数据中心以外的地方。事实上,如果你有空间,一个好的办法是,将这些设备的大部分移到建筑物以外的地方。

下面是一个例子。对于在ERDC的一个新的超级计算中心,我们需要一个短期安装以取得2兆瓦的额外电源。我们发现,需要添加的UPS和发电机设备,不适合安装在放置其余电力基础设施的这个建筑物内。在10年前,我们的数据中心选址在一个陡峭的山坡和道路之间的区域。其解决方案(将设备放置在室外由切割山坡形成的平地区域)是非常昂贵的,并在日程已经很紧迫的情况下,这将增加时间延误。

我们新的长期设计是,将这些组件的大部分放置在建筑物以外的一个模块化新规划出的公用设施区域。负责执行升级的工程师GregRottman说:“当我们需要扩大规模时,这种将设备的移动,消除了建筑物围墙对我们的限制,并在至少另一个10年内,应该能够提供给我们灵活性,满足我们扩容升级的需要。”

将传输和外部设备移到室外也有利于环保。在今年早些时候发表的一份报告中,GreenGrid(绿色网格)发现,进入数据中心的电力在电力输送的单元、UPS设备和开关设备中,高达百分之二十五转换成为热量。将这些设备的移到数据中心以外,如果可能的话,移到建筑物的外面,这会降低您的整体能源消耗,因为不再需要能量来消除移走由这些设备所产生的热量。

6 电源管理的监控

澳门新浦京娱乐场网站,你知道您的数据中心使用了多少电力吗?您的服务器用电量比供应商所说的用电量是多了,还是少了?明年设备升级的耗电量与您的设施电容量是不是很接近?

一个用于电源和冷却系统基础设施监测的系统,必须是你对数据中心任何升级规划的一部分。对能源使用积极的管理和监控将帮助您计划未来和评估您为提高数据中心的能源效率所采取措施的有效性。

对于要说服不直接管理数据中心业务的高级管理人员,让其投资数据中心的升级,可以说是一种挑战。您可以一点一滴地,在可以负担得起的情况下,逐步建立数据中心的电源监控系统。并观察节约能源和提高效率的措施是否有效和有意义。这将有助于您建立一个长远电源改进评价体系,并更有效地规划未来。

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