提高能效是硬道理

近幾年，數據中心的數量不斷增加，規模不斷擴大。據IDC的研究顯示，2010年我國數據中心總數超過50萬個，市場總規模達到92億美元。IDC認為，CIO將更加重視數據中心的運營效率和資源整合能力，建設綠色數據中心成為未來數據中心的發展方向。

盡管如此，IBM與IDC日前合作完成的《全球高效數據中心最佳實踐》調研報告顯示，目前全球近80%的數據中心沒有實現高效運行，而17%的數據中心運行效率非常低。調查還顯示，低效的數據中心把65%的資金用于維護其現有的基礎架構，只有35%的預算花費在新項目方面，而高效數據中心在新項目中的投入高達50%。

數據中心屬于能耗密集型產業，其能耗成本往往占數據中心總體運營成本的50%以上。正因為如此，IDC對中國數據中心市場的調研顯示，企業的CIO和IT經理比以往更加關注空調、供電等基礎設施，以及如何合理配置和管理基礎設施和IT設備。

在IBM日前舉辦的“2012 IBM智慧云數據中心高峰論壇”上，IBM研究院院士Roger R. Schmidt博士表示，數據中心的運行需要最大限度地保持穩定，降低風險，同時節約能源。

提高溫度與溫水冷卻

在IBM工作的35年里，Roger一直從事散熱和制冷方面的研究。他說，最近10年來，他和他的同事們重點研究數據中心的能源效率問題，主要方向包括，一是研究硬件制冷和硬件提高能效的共性；二是研究從基礎設施入手提高數據中心的能效。

Roger博士介紹說，從硬件來說，我們不但要關心產品的性能，而且還要看當性能達到一定水平時，它的功耗是多少。這需要研究服務器中每個元件的運行情況，搞清楚每個部件的功耗和能效，最終將它們組合起來達到最佳的功耗水平。

“一個數據中心就像一臺服務器一樣，也是由很多部件組成的，我們也要像研究服務器內部組件一樣來研究數據中心每個環節，特別在冷卻和功耗方面都要實現最佳水平。”Roger說。

降低數據中心能耗的一個做法就是提高數據中心的溫度。2008年，美國采暖、制冷與空調工程師協會(ASHRAE)曾建議提高數據中心溫度上限，從原來的25℃提高到27℃。這一建議已經逐漸被IT設備制造商所接受。不過，最近一些廠商提出了像40℃或45℃這樣更高的數據中心溫度，對此，IBM大中華區全球信息科技服務部數據中心服務總顧問袁東坡表示，更高的數據中心溫度意味著IT設備要支持這一溫度，IBM目前也在研究相關的課題，但這涉及標準的制定和得到眾多IT廠商的支持，目前還沒有成為主流趨勢。

與提高數據中心溫度有異曲同工之妙的是，利用溫水進行冷卻。乍一聽這似乎有些難以理解，溫水何以進行冷卻？但如果我們知道了芯片的工作溫度大約在85℃的話，似乎就明白了其中的道理。Roger解釋說，溫水冷卻節點的熱回收率為90%，而且由于它使CPU的溫度更低，同時不需要風扇，因此，它可比氣冷節點節約5%~7%的電量，每個節點的入口水溫度為18℃~45℃。

利用溫水冷卻原理，IBM研發出采用芯片級水冷技術的Aquasar計算機系統。Roger介紹了將這一技術應用到極致的一個例子。IBM將Aquasar計算機系統應用于瑞士蘇黎世聯邦技術學院，利用水冷計算機系統散熱過程中產生的熱水為學院的大樓供熱。這套計算機系統采用芯片級水冷技術和IBM實驗室開發的“能量再利用型水冷式數據中心”技術。Aquasar系統使用60℃的溫水對系統芯片進行冷卻，完成冷卻的水溫為70℃左右，之后又被導入大樓的供暖系統，經過供暖系統的水最終又回到數據中心進行冷卻。如此循環往復，不但使供暖系統的碳排放量減小85%，每年還可以減排30噸碳氧化物。同時，Aquasar的水冷設計也使該系統不需要使用空調冷卻系統，將能耗減少40%左右。

冷卻降耗要因地制宜

在數據中心的制冷方式中，常見的是水冷和風冷。近年來，隨著數據中心降低能耗需求的日益迫切，一些新的方式不斷出現，例如在溫度較低的地區或季節采用自然風制冷，利用海水、深層湖水冷卻，甚至將數據中心建在溫度更低的溶洞里。IBM在早期的主機系統中就采用過水冷系統，目前也是數據中心水冷技術的支持者。

在IBM最近推出的PureSystems專家集成系統中就采用了水冷技術。PureSystems的設計符合ASHRAE A3類，其最高溫度可達到40攝氏度，并采用水冷背板，可支持到30kW，具有更高的能效，并且針對冷卻和電力進行了全新的優化。

對于水冷技術，袁東坡表示，水冷技術的最大特點，一是具有高數量級的比熱容，可將散熱劑直接作用于熱源；二是其每單位的熱傳導能力是空氣制冷的3500倍；三是水流可全面控制。水冷技術的這些特點使其具有更高的性能、更高的效率和更高的質量。不過，Roger表示，水冷技術的復雜度較高，其部署成本也略有增加。但由于其效率高，運維成本相應會較低，因此，不會降低性價比。袁東坡認為，水冷的部署成本一般5年左右即可收回。

袁東坡說，目前有很多數據中心采用風冷和水冷相結合的混合式制冷方式，比如在采用風冷的數據中心里，機柜后面增加背板水冷。

其實在數據中心里，冷卻技術的應用可謂因地制宜、各顯神通。Roger舉例說，在數據中心部署氣流遏制區，就可減少能耗達30%。另外，IBM目前與美國紐約州立大學正在共同研究三聯供方式，即將天然氣發電、水冷制冷和余熱利用有機地結合在一起，可使PUE達到1.21。

另外，直流供電、太陽能陣列、機柜直接制冷目前都成為廠商關注的領域，其最終目標都是降低能耗。

讓心中有數的MMT

在一個龐大的數據中心機房中，不同位置的溫度相差很多，為了實現有效監測溫度，不過度制冷而且節約能耗，許多數據中心廠商都推出了相應的解決方案，其中部署一定數量傳感器的方式成為首選。

袁東坡介紹說，在這方面，IBM推出了測量與管理技術系統MMT，它可采用大量傳感數據進行分析，實時告警、實時調節溫度。采用MMT后，可節約冷卻能源成本15%~21%，同時還能夠識別并回收未使用的冷卻容量，實時監控與規劃。其整合的解決方案可擴展到大多數設施中。

其實MMT還可監測數據中心的濕度、腐蝕情況、氣流的速度等，并提供相應的數據，以方便數據中心的管理。Roger介紹說，2006年歐盟電氣電子設備廢棄物指令(WEEE) 和危險物限制指令(RoHS)禁止在電子產品焊料中使用鉛，而采用銀焊料替代，但銀與硫化物（例如煙霧）和氯化物（例如海水）起反應，從而造成服務器的故障率增加。因此，對于IT設備腐蝕情況的監測就變得更加重要。不過，Roger坦言，對腐蝕的監測是一個極為復雜的問題，目前還在研究中，尚沒有完全解決。