追求绿色数据中心

2015-04-07 09:30:01 大一互联 35

当今的技术发展趋势包括:云计算、移动性、生产效率相关的应用程序、大数据、物联网、M2M等,但人们可以很容易忽略的一点是:无论这些数据信息是在十年前被创建的;还是在当下这个非常时刻的被创建的,均需要有一个地方进行存储。而仅在美国,就有300万处数据中心,而预计到2018年,全球数据中心的建设的年复合增长率将达到21%。

所有的数据中心均需要相应的物理空间和电力以维持其运行。“云计算”是一样的:云计算的功能与数据中心仍然是类似的,即其服务器需要占用物理空间同时需要消耗电力。早在2011年,绿色和平组织的报告曾公布:云计算所使用的电力大约为6840亿千瓦小时。为了让读者对于这一用电规模有一个更为直观的感受,即全球所有国家云计算的耗电量足以排到所有耗电项目的第六名。此外,绿色和平组织估计,到2020年,全球云计算的功率消耗将增加63%.而随着企业数据处理需求量的不断增长,行业将需要更多的电源。

全球的互联网巨头们,正负责运行管理着上百万台服务器,而这些巨头们正越来越多地寻求能够通过采用可再生能源和利用自然环境的空气制冷的方法,以抵消其数据中心设施内部所有这些服务器的冷却所需的高能耗。Facebook便是积极在这一新领域开拓的领军企业之一,他们希望能够通过采用先进的方式来推动其数据中心能源效率的提升。在2011年,也即云计算的电力使用量估计将达到6840亿千瓦小时的同年,Facebook就创立了其开放计算项目(OCP)。该OCP的目标是找到最有效和最经济的方法来实现巨型规模的计算基础设施。顾名思义,OCP的设计理念是对所有人开放,很多企业都已纷纷加入了开放计算项目,以便分享关于新的节能设计和技术方面的信息。

这意味着,随着预计的所需处理的数据量的成倍增加,当涉及到数据中心最为重要的两大资源:电力供应和物理地址的选择的时候,企业用户现在所面临着的是复杂的数据基础设施的选择和挑战。无论您企业的规模大小是类似于Facebook这样的巨头,抑或只是仅有12人的希望将功率消耗从50兆瓦增加到1.5兆瓦的小团队;无论您企业的动机是为了实现“绿色环保”或只是纯粹为确保企业财务和总拥有成本(TCO)这一底线所驱动,所有企业用户在涉及到其数据中心时都应该着眼于其电源使用效率(PUE)。可再生资源,数据中心选址和能源效率对于所有数据中心而言都是至关重要的。

可再生资源

“绿色”数据中心到底是什么样子的?而哪种可再生能源对于一家数据中心而言是真正有意义的?同时,数据中心的选址和可再生资源的可用性又如何影响到企业进一步获得可再生能源的机会?

在所有可再生能源中,水电是最可靠的能源。可靠性和持续的正常运行是决定数据中心存亡的关键。水电能够提供非常高的功率转化效率、持续的可用性和基本免受商品价格波动的影响,进而为企业提供较低的TCO.大型现代化水力涡轮机的有效发电率能够超过90%.

尽管许多数据中心建筑工程师对于通过构建传统的水力涡轮机来获得电力供应的方案均非常感兴趣,但大多数数据中心并不是依水而建。水电通过数据中心当地电网进入系统,而电网系统则是利用了河流上的水利大坝所创造的能量。在评估您企业的“绿色能源”到底如何绿色环保时,您需要考虑该地区所建筑的水坝会对下流的经济产生怎样的影响,下游河里的鱼要怎样才能通过大坝到达上游,通过什么方法进行大坝的相关维护等。

其他可再生能源缺乏可靠性,容量和水力发电的鲁棒性。太阳能发电由其性质决定了其仅有白天的时间可用,同时还会受到天空云层遮挡光照的影响。由太阳光线的太阳能转化为可用功率的效率大约为15%-20%.因此充分利用太阳能所需要的太阳能捕获量,以及需要用以发电的相关太阳能电池板的生产,安装,保养和其他布置,所有这些需要考虑的因素使得企业利用太阳能为数据中心供电的成本往往超过了数据中心的实际受益。

风力发电也存在类似的问题。风是不可靠的,而且其能量捕获效率低。当将风能转化为可用的电能,在发电机的机械只能够提取高达59%的可用功率。此外,利用风力发电,其所转化能的能源不能被大规模存储。

尽管太阳能发电和风力发电似乎均属于环境无害且“绿色环保”的电力,但二者都需要大量的储存能量来弥补没有风或光照时的电力所需,而这无疑显著的提升了采用这两种解决方案的成本及其日常的维护成本。

数据中心选址

随着光纤可用性日益增长,以及低延迟和直接连接云很快就成为行业标准,数据中心开始在更多的地方扎下了根,从爱荷华州到俄勒冈州;从华盛顿州到斯堪的纳维亚半岛北部。关于大型数据中心建设的最新消息来自谷歌,该公司正斥资7.72亿美元在荷兰打造一处运营功率高达120兆瓦的数据中心。Facebook最近也开始谋划着在爱荷华州阿尔图纳建设数据中心,该处新的数据中心是基于最新的高性能网络架构。如果我们从电力消耗方面具体看一下,平均每户美国家庭的日电力消耗量为1到1.5千瓦时之间,也即谷歌荷兰数据中心的电力消耗相当于90000到120000户美国家庭的日耗电量。

在传统的数据中心环境中,额外的50%的电力消耗是用于服务器的冷却。对于那些已经开始在较为寒冷的北方气候条件下建立数据中心站点的公司,这一想法是希望充分利用自然环境的外部空气实施冷却,以保持他们的服务器在理想的温度条件下运行。无需额外运行大量的AC,以保持温度降下来,对于位于寒冷地区的数据中心,从而能够消耗较少的功率,进而为TCO带来很大的影响。

也许数据中心的兴建活跃程度仅此于北欧地区的地方便是华盛顿州东部,该地区兴建了大量的数据中心正是由于来自喀斯喀特山脉和落基山脉的水源为哥伦比亚河流域所提供的丰富的水力资源供应。2013年,华盛顿州是美国最主要的水电力发电生产商,提供了全美水力发电量的29%.其结果是,该地区完全有实力运行一处完全由水利发电所供电的数据中心。

能源效率

为了达到超低的PUE值,我们需要重点注意的是,服务器其实可以在比传统上所认为的更宽的工作范围内保持其运行速度。例如,如果您允许您的服务器侧边过道的温度上升,您会发现您能够适当的降低TCO,并实现显著的能量消耗降低。

能源效率是在乎细节问题。例如,对于您企业所选择的装置设备,您可以进行精确的控制,无论是对于通风口是否允许外部空气进入,或者使用没有带子的风扇,以避免打滑而增加功率损耗。

如果我们来看一下Facebook的开放计算项目的设计,我们就会看到OCP机架和传统供应商的机架之间的存在着很大的差异了。OCP已去除了挡板和印有供应商公司标志的面板。这使得裸机架所占据的空间实现了最小化,这可能看起来不那么美观,但也相当考究,如果您想想服务器现在可以有不受限制的气流,立即消除了哪些在更传统的封闭式机架设计经常看到的任何不必要的热量积聚。

数据中心的足迹

如果我们来分析一下自2001年以来,数据中心的能源使用图表,我们会看到一个几乎笔直的上升斜线,从每小时300亿千瓦飙升到2013年底的每小时1000亿千瓦。

数据爆炸只会继续,这无疑驱使了企业的IT部门必须努力通过采取智能基础设施策略来应对。鉴于当前的数据中心市场大步拓展的背景之下,企业应将数据中心的功率消耗,能源效率和数据中心的物理选址位置作为他们的商业计划的一个组成部分。

要解决这个问题最好的办法就是要培养人们追求的“绿色”数据中心的意识,在节能方面的积极开拓新方法,如何有效地利用可再生资源和区位优势。这些目前看来似乎是一个新的思维方式,但利用水力发电,采用简约的OCP设计,允许服务器通道运行环境更加热和更潮湿都会成为未来数据中心的一部分。

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