建設綠色教學機房

　　摘 要： 低碳環保已經成為社會發展的關鍵詞，也成為科技發展所追求的目標之一。教學機房作為學校教學活動的主要場所，是電能的消耗大戶，在整個校園電能消耗中占了很大比重。因此建機房的節能降耗是建設節約環保型校園的關鍵環節，也是能取得明顯成效的環節。本文主要從硬件選型及機房建設方面探討了機房節能的幾種途徑和方法，在保證滿足使用需求的情況下，盡力將機房建設成為低碳的綠色機房。
　　關鍵詞： 教學機房 綠色機房 硬件節能 機房分級
　　
　　隨著信息化技術的發展，計算機機房成為高校教學活動的主要場所之一。以本校機房為例，本校有11間教學機房，計算機600臺左右。機房使用頻率較高，由于電大包含成人教育的特殊性使得機房不僅在白天需要供全日制學生使用，晚上還有成人教育的教學。周末也會有各種培訓和考試，以及外單位的租用。因此機房的使用可以說是時間長，強度大。機房計算機平均一年需要工作2200個小時（每天工作10小時，一年工作220天），因此電能的損耗是相當可觀的。目前節能和環保的概念已經深入各個領域，作為校園電能消耗的主要部門之一，不管是從考慮節約成本的角度還是低碳節能的角度，必須在保障正常教學的情況下，盡力降低能源消耗，建設綠色的教學機房。
　　建設綠色教學機房可以從多方面考慮，首先是硬件方面包括機房數量最多的PC機，網絡設備等；其次是軟件方面，以及用戶的使用習慣，通過軟件或者培養好的使用習慣也可以有效地節能；還有就是關注機房的環境及機房中的空調等制冷設備的節能。其中PC機硬件節能也是最行之有效的手段，因此本文主要從硬件節能出發探討機房節能的可能性。
　　一、硬件節能
　　在計算機技術高速發展的今天，人們一味地追求高性能，PC機的CPU越來越高速，硬盤內存越來越大，集成顯卡已無法滿足需求而要求使用獨立顯卡，顯示器的尺寸也越來越大。計算機性能變得越來越好，而價格卻變得越來越便宜，科技的飛速發展給人們帶來實惠的同時也造成了一些資源的浪費。因為在電腦性能提升的同時，電腦的能耗也在增加。在一臺PC機中，電源、CPU、顯卡和顯示器是主要的耗電部件，想要建立綠色機房要從降低這些部件的能耗入手。
　　1.電源。
　　電源是給計算機主機內其他部件供電的。電源的能耗主要取決于電源轉換率。電源的轉換率是指電源的輸出功率與實際消耗的輸入功率之比。電源在工作的過程中會有一部分電能轉換成熱能，這樣就會浪費掉一部分功率，浪費得越少，轉換效率就越高，對于用戶來說就越省電節能。反之，轉換效率越低，就會浪費更多的電能。例如一只主機電源額定功率為300W，轉換效率為80%，那么當它輸出300W的功率給主機使用時，實際上這個電源消耗的電能是300/0.8=375W；如果這電源的轉換效率只有50%，那么必須輸入300/0.5=600W的功率，這個電源才能輸出300W給主機，讓主機正常工作，因此轉換效率越低，能源浪費得越多。從上面的例子可以看出使用轉換率為80%的電源會比使用轉換率為50%的電源每小時節約0.225度電，如果學校機房是600臺電腦每年工作220天，平均每天工作10小時，則能節約0.225×10×220×600=297000度電。目前針對電源的轉換率，美國能源署出臺了一個80PLUS標準。所謂的80PLUS標準，是指電源不論是在20%、50%或100%的負載下都能達到80%的轉換率，有效地將電源的消耗減至20%以下。因此在選配機房電腦時選擇一款高轉換率的電源顯得尤為重要。
　　2.CPU.
　　在計算機發展的過程中，CPU的功耗與性能同步增長。影響CPU功耗的主要是兩方面因素：一方面是CPU的主頻，例如采用Intel Pentium 4socket 423 Willamette核心的，主頻是1.50Ghz的CPU，其TDP（Thermal Design Power散熱設計功耗，即CPU滿負荷運行時的功耗）為75W，當主頻提升到2.0Ghz時TDP為96W。另一方面是制造工藝，指生產的精度一般稱為制程。每一種CPU核心類型都有其相應的制程，先進的制造工藝也可以提高CPU的集成度降低CPU的功耗，芯片制程從微米發展到納米，一直發展到目前最新的45納米和32納米。例如同樣主頻是2.0Ghz，采用制程為130納米Northwood核心的CPU其TDP是75.3W，采用制程為180納米Willamette核心TDP是96W。隨著CPU的發展，性能的提升由于功耗和發熱量的制約達到一個瓶頸，這就出現了雙核甚至多核處理器，再配以相應的節能技術，使得CPU的性能和功耗均衡發展。例如Intel酷睿2雙核E8200主頻為2.66GHz，TDP為70W，在性能大幅提高的同時，控制了功耗的增加。但是可以肯定的是CPU運行頻率越高，核心數量越多，那么這款處理器的功耗必然越大。目前CPU廠商會針對同一款CPU提供不同功耗的版本給用戶選擇，例如Intel的Core i5-2500 CPU就有四個版本分別是Core i5-2500、Core i5-2500K、Corei 5-2500S和Core i5-2500T，這四款的區別就在于在保證性能的前提下功耗有所不同，前兩者功耗較高TDP達95W，而S和T系列屬于低功耗版本只有45W。因此在機房電腦選型時，應該從性能和功耗綜合考慮選擇合適的CPU，如果本校機房電腦選擇Core i5-2500T就比選擇Core i5-2500理論上節約0.05×10×220×600=66000度電。
　　3.顯卡。
　　顯卡分為集成顯卡和獨立顯卡兩種。獨立顯卡具備單獨的顯存，不占用系統內存，顯示和運算性能較高，特別適用于處理3D圖形及視頻渲染等，但是伴隨高性能的就是高能耗和散熱量，如今某些高性能獨立顯卡的功耗及發熱量已經超過CPU成為PC中功耗最大的部件，例如一款GeForceGTX460整卡最大功耗高達160W，最大GPU溫度為104攝氏度。集成顯卡就是指顯卡芯片被集成在主板或者CPU上，不具備顯存而是共享系統內存，由于規模和散熱的限制，在性能上遜色于中高端的獨立顯卡，但是集成顯卡也有它的優點，除了低功耗以外，比如價格低，兼容性較高，能滿足用戶多數的需求，并且集成顯卡發展至今，性能不斷提升幾乎可以媲美甚至趕超一些低端獨立顯卡。特別是新出現的CPU集成顯卡，運算處理更快更好，對于整機性能的提升，以及減少（CPU）的占用率有很大的幫助，是集成顯卡發展的趨勢。對于普通學校機房而言，需要用到高性能顯卡的必定是少數，對顯示要求也不高，因此低性能高功耗的低端獨立顯卡顯然不是最好的選擇，而是應該考慮選擇性能功耗均衡的集成顯卡，再針對一些特殊課程的應用少量選擇中高端顯卡。
　　4.顯示器。
　　近幾年LCD顯示器幾乎已經取代CRT顯示器，與LCD相比CRT的優勢在于顯示色彩更加銳利更飽滿，可以用于一些專業用途，但是對于配置一個大規模的教學機房而言LCD要更節能。但是同樣是LCD也有能效的區別。國家也為顯示器出臺了一個《計算機顯示器能效限定值及能效等級》標準（表1），根據能源效率（發光強度與實際輸入功率的比值）以及關閉狀態的能耗等參數將顯示器的能效分為三個等級，幫助用戶選擇。通過（表1）可以看出LCD顯示器中能效等級越高越節能。對于個人用戶而言，一臺顯示器的能耗差別也許可以忽略，但是對于學校機房大批量的電腦來說，低能效的顯示器在節能方面起著關鍵的作用。因此配置學校機房可以選擇1級能效的LCD顯示器，并且根據需要選擇合適的尺寸。
　　電源、CPU、顯卡和顯示器是影響PC整體功耗的主要方面，主板、硬盤等非耗電大戶的硬件在節能方面效果不明顯。對于學校教學機房而言，利用頻率高，使用情況復雜因此必須選擇一塊具有節能技術更重要的是性能穩定的主板，才能使得機器正常穩定地運行。
　　二、機房環境
　　1.機房分級。
　　通過上面的分析我們知道，大多數時候電腦的性能和能耗成正比，性能越高能耗越大。目前本校教學機房為了便于管理維護，采取了統一的配置。機房很大一部分時間用于一些基礎課的教學，例如計算機應用基礎，辦公自動化，程序設計，等等，這些課程對計算機配置要求其實并不高；但是還有一些課程例如CAD，圖形圖像處理，動畫制作等課程就要求計算機配有高頻的CPU，大容量的內存硬盤和獨立顯卡。因此，在給機房配置電腦時候我們就可以根據需要采取機房分級的辦法，低配與高配機房相結合，根據課程需要安排教學機房，以免資源浪費。以下是模擬配置的一個高配，一個低配機房的功耗對比（表2）。
　　2.加強管理，培養學生的節能意識。
　　建設綠色節能機房，除了要注意機房的硬件配置，更需要提高師生的節能意識，加強機房管理，減少不必要的浪費。
　　對于機房管理教師而言，要完善機房的管理制度，嚴格落實。為機房計算機設置合理的電源管理方案，注意維護好機房的環境，在學生下課時候能及時關閉計算機、空調、交換機等設備，關閉電閘。因為計算機在通電狀態下仍然會有一定的功耗。
　　對于學生，首先在思想上要讓他們重視起來，培養學生的節能意識，養成節約能源的習慣。能做到下課能隨手關閉自己使用的計算機，在學校機房不做與課程無關的事情，例如上網、玩游戲，等等。
　　三、結語
　　建設綠色機房就是在滿足使用需求的情況下盡量減少能耗，這需要從方方面面做起。本文從硬件選型，機房分級等方面探討了一些節能降耗的方法，除此之外，通過軟件設置，改變用戶習慣等其他方面也可以達到節能降耗的目的，這些有待進一步研究。建設綠色機房不僅為學校節約了成本，而且為建設低碳環保的社會環境作出了貢獻，這不是一日之功，這需要全校師生在長期的教學過程中共同努力。
　　
　　參考文獻：
　　［1］侯翔等.高校教學機房的節能探索［J］.節能，2009（5），4.
　　［2］趙建超，張柯.機房計算機部件節能選型［J］.中國教育網絡，2009.12.