IT設備節能技術及其在高校中心機房的應用

王宇杰 黃紅 北京交通大學信息中心 100044

IT設備節能技術及其在高校中心機房的應用

王宇杰 黃紅 北京交通大學信息中心 100044

節能減排是國家的戰略方針，對于高校，也必須思考IT設備在性能不斷提升的同時更節能。本文從服務器節能，顯示設備節能，網絡設備節能三方面探討高校網絡中心機房IT節能的技術，并重點探討服務器節能技術的應用。

IT設備；節能；服務器；高校

引言

節能減排是國家的戰略方針，對于高校，也必須思考網絡中心機房中IT設備在性能不斷提升的同時更節能。本文從服務器節能，顯示設備節能，網絡設備節能三方面探討高校網絡中心機房IT節能的技術，并重點探討服務器節能技術的應用。

1.服務器節能

1）選擇服務器時，在性能相近的情況下盡可能考慮更節能的服務器

電源轉換率較高的電源更節能，選用2.5吋硬盤也比3.5吋硬盤更節能，優選低電壓處理器與內存也能更節能、加強風扇管理，很多方面多管齊下，能讓設備在確保性能的情況下更節能。

低功耗節能處理器已成廠商關注的重點。英特爾在服務器平臺推出Nehalem-EP（至強5500）核心處理器，和主流的Xeon 5400系列至強處理器相比，在主頻和功耗上并沒有提升的情況下，能效比卻大大提升。 AMD的皓龍處理器采用了多項AMD獨有的最新的創新節能技術。如通過使用AMD CoolCore技術處理器可動態關閉其非工作的電路塊來降低能耗，獨立動態核心技術使每個核心可以根據其應用的特定性能需求來調整時鐘頻率等。

硬盤方面服務器一般可以支持2.5英寸或者3.5英寸硬盤。優先選用低功耗產品或2.5英寸產品，無疑更節能。很多低功耗的硬盤產品功耗已能做到很低，在滿載、空閑時的功耗都可控制在數W內，對于采用多硬盤的服務器，長期運行下來更節能。

相對于傳統的機架服務器，刀片服務器的功耗要低得多。因為刀片服務器上每個刀片模組共用電源、散熱、網絡等功能，相較于使用一般機架式服務器可以節省空間與電力成本。如果能將老式的塔式服務器或機架式服務器換為更先進的刀片服務器，在節能效果上也更佳。

2）根據需要選擇合適性能的服務器

服務器不能一味追求高性能，因為高性能一般就意味著高能耗?，F在很多高校機房的服務器負載很低，卻選擇了性能非常高的服務器。針對系統的負載來選擇夠用的服務器，是一個節能的好辦法。網站建設在考慮性能的可擴充性同時，選擇夠用的服務器是個更明智的選擇。

3）提升服務器的使用效率

第三，盡量提升服務器的使用效率。方法一是合并應用提高服務器工作效率，方法二是做服務的虛擬化。

毫無疑問，如能將服務器、儲存、網絡等設備進行必要的虛擬化作業，能大大提高設備利用率，減少機房物理設備數量，減少占地面積與不必要的電力損耗。比如，利用VMware虛擬技術可將每個服務器的平均利用率從7%提高到60%～80%，從而便可降低機房空間、機柜、網線，耗電量，冷氣空調和人力成本等。

另外，硬件輔助虛擬化正成為虛擬化發展的主要方向。主流的廠商都將虛擬化技術看成近兩年來服務器技術革新的重點。英特爾推出了I n t e l V T（Virtualization Technology）、AMD推出了AMD-V等硬件輔助虛擬化技術。這讓傳統的純軟件虛擬化應用變得更高效。

英特爾提供了包含處理器（VT-x或VT-i）、芯片組（V T-d）、網絡設備（VT-c）三套相輔相成技術在內的整套服務器硬件虛擬化解決方案。其中VT-d技術做為一種基于主板芯片組的硬件輔助虛擬化技術，通過在北橋中內置提供DMA虛擬化和IRQ虛擬化硬件，可實現新型的芯片級別的I/O虛擬化方式，在虛擬環境中大大地提升I/O的可靠性、靈活性與效能。

AMD推出的AMD Virtualization（AMD-V）硬件輔助虛擬化技術通過直接互聯架構（D i r e c t C o n n e c t Architecture）和在處理器和內存控制器中引入一個新模型和功能來提高CPU的虛擬應用性能。它能提供直接的CPU到內存、CPU到I/O和CPU到CPU的連接，這些虛擬化技術可通過提高虛擬化解決方案的可靠性、支持性來改進現有的純軟件虛擬化解決方案。

虛擬化技術能集中并共享資源，實現降低成本、優化利用率，已成為服務器發展的大勢所趨?！皩W校越大，機房越小”，這是高校機房應該追求的目標。

2.顯示設備節能

在機房顯示設備方面，傳統的CRT顯示設備正被L C D顯示設備替代。而L C D還不是最節能的顯示設備，比如LED和OLED就比其更節能，OLED顯示技術無需背光燈，采用非常薄的有機材料涂層和玻璃基板，當有電流通過時，這些有機材料就會發光。因此，OLED顯示屏耗電量可做到LCD的1/6，機房如能采用這樣的顯示器無疑能更綠色。

另外，目前的高校機房基本在每個機柜都安裝了一個顯示器和一個KVM設備。服務器由于其特殊性，一般安裝配置好后無需本地操作。因此，整個機房準備2～3臺移動工作車（包括顯示器，鍵盤，鼠標）供臨時使用。這樣無論在硬件投資，設備能耗和機柜利用率這些方面都有其優勢。

3.網絡設備節能

選擇網絡設備時，環保節能要作為一個重要指標。目前主流的交換機廠商均已通過RoHS標準認證，在環保方面有一定的保證。此外在同等條件下，選擇能效高的交換機，能耗轉發效率可以用bps/W來衡量。

在配置機箱式網絡設備時，要根據線卡功率及來適當配置電源功率，避免浪費。當前網絡的核心設備電源動輒1.x千瓦，但一般都有幾級電源供選擇，根據線卡選擇夠用的冗余電源即可，另外配置3電源或遠高于需求的電源完全沒有必要。

另外，選用帶端口自動節能功能的交換機（綠色以太網技術Green Ethernet）將對節能有很大幫助。現在高校機房中很多的網絡設備端口利用率并不高。綠色以太網技術可以通過端口狀態和網線長度來自動調節端口功率，從而讓交換機不是在什么狀態下都是以最大功率來運行的，由此可以達到節能的目的。目前，華為和D-link都為電信運營商提供了具備該功能的設備。

最后，接入設備盡量選擇低功耗，無風扇，體積小的交換機。低功耗:接入交換機不僅僅存在于網絡中心機房，在校園網內部應用廣泛。比如北京交通大學僅接入交換機就有近1000臺。如果一臺接入節約10w，那一年僅用電就節約近9萬度，近5萬元。無風扇就沒有噪音，不存在擾民問題，同時降低了設備故障率（我們的經驗，一般的交換機風扇用超過5年開始陸續損壞）；體積小便于維護安裝。

4.北京交通大學中心機房在IT設備節能方面的嘗試

北京交通大學在國家2008年下一代互聯網二期項目（C N G I 2）建設過程中，在I T設備性能功能相同的條件下，優先考慮能效高的設備。服務器方面:分別定制了幾個檔次的服務器，用于不同級別的應用，不是單純追求高性能。另外，通過應用整合和虛擬服務器的方法盡可能提高服務器利用率。顯示設備節能方面，逐步取消每個機柜的顯示器和KVM設備，代之以移動配置的顯示器和鍵盤鼠標。

網絡設備選擇方面:核心交換機選擇時根據所配線卡配備合適電源模塊，另外在同等條件下，選擇低功耗，無風扇，體積小的交換機。對于綠色以太網技術，C N G I 2入圍的交換設備均不具備，希望廠商今后對教育市場也推出具備該功能的設備。

[1] 如何打造更加節能的綠色機房.www.it168.com

[2] 從點滴入手看綠色機房的節能之道 .tech.sina.com.cn

10.3969/j.issn.1001-8972.2010.11.044

本論文受鐵道部項目《中國下一代互聯網示范工程CNGI示范網絡高校駐地網建設項目》(N09D00010)支持

王宇杰，男，1973，工程師，研究方向:網絡技術與安全。

黃紅，女，1961，高工，研究方向:網絡技術與系統。