实施节能的数据中心的114号白皮书

　　IT 设备能源消耗的降低

　　显而易见，能耗主要来自 IT 设备的电能开销。IT 设备的能耗直接导致电费开支，并由于要求配备同样消耗相应电量的各种电源和冷却设备而导致间接的电费开支。因此，所有 IT 人员均应注意控制 IT 设备的能耗。

　　用于控制 IT 能耗的手段一直以来都效果不佳。例如，IT 设备供应商没有提供充分的信息，而使用户无法根据用电量作出决策。用户通常不知道他们可以有不同的 IT 选择，相应的能耗也不同。不过，情况正在好转，用户现在可以从运营和规划两方面入手，系统化地降低能耗。

　　降低 IT 系统能耗有多种方法：

　　· 运营措施：淘汰某些系统、以高效的方式使用现有系统，以及迁移到更节能的平台

　　· 规划措施：虚拟化和标准化

　　下面依次讨论每种方法。

　　运营措施：淘汰某些 IT 系统

　　大多数数据中心仍有旧的技术平台处于运行中，供进行存档或研究之用。实际上，大多数数据中心都有一些应用服务器在运行，但根本没有用户。盘存这些系统并制定淘汰计划是很有用的。在许多情况下，即使系统没有实际淘汰，也可以使其脱机并关闭。

　　一种相应的方法是，将多个旧技术平台上的应用合并到新服务器上，从而大幅度减少服务器总数。这种类型的合并不需要虚拟化，这将在后面加以讨论。

　　一般情况下，可以降低多达 20% 的能耗。即使未减少占地面积，但因用户部署的 IT 设备密度更高，恢复的功率容量也非常可观。

　　运营措施：以高效的方式使用现有系统

　　如今，大多数新服务器都具有电源管理功能。也就是说，它们可以在计算负载下降时降低能耗。这在几年前是不可能的事情，那时，几乎所有 IT 设备的能耗都是恒定不变的，且与计算负载无关。用户应当了解 IT 技术的这一变化，并了解其 IT 系统上电源管理功能的状态。在可能的情况下，应在具有电源管理功能的所有设备上启用该功能。需要注意的是，许多设备制造商提供的设备在默认情况下禁用这些功能。这可能需要升级应用程序，以确保其最大程度地利用电源管理功能。电源管理功能可以降低总用电量，但不能降低功率容量需求。

　　运营措施：迁移到更节能的计算平台

　　迁移到电力效率更高的平台是降低能耗的另一种有效策略。大多数数据中心都有已投入使用 3 至 5 年的所谓"低密度服务器"。通常，这些服务器每台消耗的电能与如今的刀片式服务器相当或更低，而每台的体积要大得多。从传统服务器逐台迁移到现代的刀片式服务器通常并不能降低总能耗，甚至有可能增加能耗。不过，这种迁移可以实现高得多的服务器组合密度。刀片式服务器产生的热量并不比同等的 1U 服务器多，但产生热量的面积更小，这会导致排热问题，因此会使人觉得刀片式服务器产生的热量过多。

　　在规划新服务器部署时，使用刀片式服务器而非其他形式的服务器通常会降低 20% 的能耗。这是因为通常刀片式服务器的电源效率更高，并且能够共享某些开销功能，如风扇。需要了解的是，与其他服务器形式相比，在新部署设备时选择刀片式服务器形式可以降低能耗，但刀片式服务器的能耗并不一定比旧服务器低。

　　通过上述讨论可以看出，从现有服务器技术进行逐台服务器的迁移并不一定会明显降低能耗。若要确定通过逐台迁移到刀片式服务器来节能的可能性，应该将现有服务器的能耗与所提议的任何刀片式服务器的能耗进行比较。而且，还应比较两种服务器的性能，以便用每瓦性能指标加以衡量。如今，主要的 OEM(例如 Dell、HP 和 IBM)均为用户提供配置工具，这些工具可以准确地报告各种刀片式服务器配置的实际能耗。若要确定传统服务器的能耗值，唯一现实的方法是使用瓦特计测量示例服务器的能耗。通过比较以这种方法获得的值，可以估算出大型服务器迁移的节能效果。不过，以下迁移策略通常是最有效的：

　　· 用一台双向服务器或一台单处理器双核服务器替换 2 台或更多旧服务器

　　· 用一台基于低电压或中电压处理器的刀片式服务器替换一台旧服务器

　　· 对于具有专用磁盘驱动器的服务器，用低功率企业级 2.5 英寸驱动器替换 3.5 英寸驱动器

　　· 用一台双核处理器服务器替换一台双处理器服务器

　　· 用一台双向双核服务器替换一台四向服务器

　　通过上述讨论可以看出，迁移通常并不是降低能耗的最有效手段。至于新服务器技术帮助降低能耗的主要方法，一是通过合并服务器上的应用来减少服务器总数，二是对服务器进行虚拟化。

　　规划措施：虚拟化

　　服务器虚拟化可大幅降低 IT 功率需求。虚拟化几乎总是能够大幅度减少所安装的服务器数量。消除一台服务器可以产生约 200 至 400 瓦的结构性节能，具体取决于所使用的技术。因此，每消除一台服务器，每年可节约能耗约为 380 美元，这一结构性节约在 10 年内节约的总 TCO 成本约为每台服务器 7,680 美元。这一节约数额明显大于服务器本身的成本。

　　规划措施：标准化

　　即使未使用虚拟化，对节能服务器实行标准化也是一种非常有效的方法。如今，刀片式服务器是电力效率最高的服务器形式。不过，一个刀片式服务器系统可以使用的刀片形式在性能和能耗方面差异巨大。基于服务器的应用的性能需求往往难以事先预测，因此，用户往往会以大量增加能耗为代价来指定尽可能高的性能。

　　如果服务器已经虚拟化，那么使用性能最高的服务器的策略一般是最大程度地降低总体能耗的最佳途径。不过，如果根据应用来部署服务器，则应当使服务器的性能与应用需求相匹配，这样才可以做到节能。

　　对于对刀片式服务器系统实行标准化并根据应用来部署服务器的用户，可以选择对两台刀片式服务器实行标准化，即一台高性能/高功率刀片式服务器和一台低性能/低功率刀片式服务器。能耗范围可以大于 2:1。合乎逻辑的策略是，默认情况下，在低性能刀片式服务器上部署应用，而仅在需要时，才迁移到高性能刀片式服务器上。刀片式服务器便于预配置，这使上述过程变得很容易。通过这种方式，典型的商业数据中心可以节约 10% 或更高的结构性 IT 负载能耗。

　　NCPI 设备能源消耗的降低

　　通过以下技术可以降低 NCPI 设备的能源消耗：根据负载适度规划 NCPI 系统的规模，使用高效的 NCPI 设备，以及设计节能的系统。在采购过程中，用户可能会对 NCPI 设备的电力效率有所了解，但实际情况是，制造商提供的数据一般不足以用来确定实际的能源消耗差异，而且，与选择合适的 NCPI 设备相比，适度规划系统规模和系统设计两者对耗电量的影响都要大得多。

　　适度规划规模

　　在可供用户使用的所有方法中，根据负载适度规划 NCPI 系统的规模对 NCPI 的耗电量影响最大。大多数用户都不知道，不管是否存在 IT 负载，电源和冷却系统中都存在固定的损耗，而且这些损耗与系统的总额定功率成正比。在典型安装中，这些固定损耗是 NCPI 耗电量的主要形式。在 IT 负载很小的安装中，NCPI 设备的固定损耗通常会超过 IT 负载。一旦 NCPI 系统规模过大，固定损耗占总电费的比例就会提高。对于其负载仅为额定负载的 30% 的典型系统，每千瓦 IT 负载每年的电力成本约为 2,300 美元。如果根据负载适度规划系统的规模，每千瓦 IT 负载每年的电力成本降至大约 1,440 美元，电力成本节约 38%，如表 4 所示。

           表 4 – 适度规划数据中心的规模所带来的经济效益

　　需要注意的是，除了电力节约外，适度规划规模还可以产生每千瓦 IT 负载每年 1,400 美元的 NCPI 投资成本和运营成本节约，几乎与电力节约相当。这些是特定示例的潜在节约量，实际节约量将会有所变化，对于非冗余系统可能较此为低。

　　在实际安装中，适度规划规模有可能减少多达 50% 的电费开支。适度规划规模所具有的突出经济优势是业界纷纷采用模块化、可扩充的 NCPI 解决方案的主要原因。

　　节能的系统设计

　　许多用户都认为，系统的电力消耗受各个组件的效率控制，因此降低能耗的主要方法是提高各个设备的效率。这种看法十分经不起推敲。系统设计对数据中心的电力消耗具有巨大的影响，由相同设备组成的两个数据中心的电费开支可能会有明显的不同。因此，系统设计在决定数据中心效率方面所起的作用甚至超过了电源和冷却设备的选择。

　　下面是一些系统设计问题示例，这些问题通常会使数据中心的效率降至比各个部件的损耗之和低得多的程度：

　　· 配电装置和/或变压器在比其满负载容量低得多的状态下工作。

　　· 空调以低温输出并连续对空气除湿，而后必须使用加湿器连续对空气重新加湿。

　　· 在同一房间中一些空调在制冷，而另一些空调同时却在加热。

　　· 空调被迫顶着高压长距离输送空气，以至消耗过多的电能。

　　· 空调的回风温度比 IT 设备排气温度低得多，导致空调效率和容量降低。

　　· 冷却泵通过节流阀来调整流量，这大幅降低了泵的效率。

　　请注意，本列表的主要内容是与空调有关的设计问题。实际上，造成电能浪费的大多数不良设计实践均与空调有关，因为电源系统的架构更为标准化，因此比较不容易出现设计错误。

　　上述简表中的问题通常会使数据中心在 NCPI 上的能耗为所需的两倍。而且，只需通过简单的设计决策便可避免所有这些问题，所需开支甚少，或无需任何开支。有两种方法可以避免出现这些问题：

　　1) 确保方案经过完善的设计和测试以避免出现上述问题，包括复杂的计算液体动力学建模和全面的试运行测试;

　　2) 根据标准化设计获得完整的 NCPI 系统，包括预先设计、预先测试并指定规格的模块，以避免出现上述问题。

　　由于第一种方法成本极高且极为多变，因此，上面的第二种替代方法将成为将来规划和建设数据中心的标准方法。

　　使用高效的 NCPI 设备

　　尽管与 IT 架构、NCPI 适度规划或 NCPI 系统设计相比 NCPI 设备(比如电源和冷却设备)的选择对系统总耗电量的影响较小，但在设计节能高效的数据中心时，设备的选择仍然是一个重要因素。

　　即使是在相同条件下运行的相同类型的 NCPI 设备，彼此的电力损耗也存在巨大差异。例如，美国电力研究所 2005 年 12 月的一篇论文称，在 30% 额定负载条件下工作的不同 UPS 系统的损耗介于 4% 到 22% 之间，相差达 500%。必须加以注意的是，这一差异无法根据这些产品的规格表加以确定。本白皮书和 APC 的其他白皮书清楚地表明，只有使用适当的模型，才能正确预测实际应用中的电力损耗;同时还表明，一般制造商的数据不足以定量预测数据中心的电力消耗。APC 108 号白皮书"Making Large UPS Systems More Efficient"中提供了一个有关如何正确比较两台 NCPI 设备的电力消耗的示例。