南京農(nóng)業(yè)大學：數(shù)據(jù)中心節(jié)能策略

文/查貴庭 李新權(quán) 張揆

南京農(nóng)業(yè)大學：數(shù)據(jù)中心節(jié)能策略

文/查貴庭 李新權(quán) 張揆

為解決全校IT設備分散運行帶來的能耗高、浪費重的問題，從學校全局來規(guī)劃能夠容納全校IT設備、實現(xiàn)全校IT集中托管與整合共享、滿足信息化數(shù)據(jù)容災備份與安全的全校雙數(shù)據(jù)中心布局架構(gòu)。

節(jié)約能源、保護環(huán)境已經(jīng)成為時代的主旋律，作為IT行業(yè)最核心的數(shù)據(jù)中心，不斷降低系統(tǒng)能耗、提高能源使用效率，已經(jīng)成為IT行業(yè)不斷努力的目標和歷史責任。

數(shù)據(jù)中心節(jié)能的必要性

節(jié)約能源、保護環(huán)境已經(jīng)成為時代的主旋律，作為IT行業(yè)最核心的數(shù)據(jù)中心，不斷降低系統(tǒng)能耗、提高能源使用效率，已經(jīng)成為IT行業(yè)不斷努力的目標和歷史責任。

一方面國家大力倡導數(shù)據(jù)中心節(jié)能。數(shù)據(jù)中心是國家信息化重要基礎設施，為了推動數(shù)據(jù)中心的節(jié)能減排，工業(yè)和信息化部在《工業(yè)節(jié)能“十二五”規(guī)劃》提出，“到2015年，數(shù)據(jù)中心PUE值需下降8%”的目標。國家發(fā)改委等組織的“云計算示范工程”也要求示范工程建設的數(shù)據(jù)中心PUE要達到1.5以下。

另一方面巨大需求促使數(shù)據(jù)中心迅猛發(fā)展。據(jù)3CPP調(diào)查，2011年我國數(shù)據(jù)中心總耗電量達700億千瓦時，已經(jīng)占到全社會用電量的1.5%，為了滿足我國云計算、大數(shù)據(jù)處理需要，未來5年我國對數(shù)據(jù)中心流量處理能力的需求將增長7～10倍，機房面積的需要再翻一番才能滿足發(fā)展需求。

可見，降低數(shù)據(jù)中心能耗，建設節(jié)能型數(shù)據(jù)中心將成為我國信息化發(fā)展的戰(zhàn)略任務，成為國家節(jié)能減排的重要內(nèi)容。

數(shù)據(jù)中心節(jié)能實踐

南京農(nóng)業(yè)大學數(shù)據(jù)中心是學校最關(guān)鍵的信息化基礎設施，2012年已建成啟用的數(shù)據(jù)中心，在確保一定的先進性、可擴性的前提下，重點在節(jié)能技術(shù)應用上進行了積極的探索與實踐，取得了顯著的節(jié)能成效。

規(guī)劃全校IT設備集中托管布局，減少能耗和空間浪費

自1996年以來的10多年，學校IT信息服務設備基本都處于各自為政、分散存放的狀態(tài)，不僅占用了學校大量的房屋資源、人力資源、投資資源，也帶來了大量的能源浪費和高昂的運行成本。

圖1 南農(nóng)大數(shù)據(jù)中心冷池示意

為解決全校IT設備分散運行帶來的能耗高、浪費重的問題，在規(guī)劃新數(shù)據(jù)中心時，首先就考慮以全校IT設備集中存放、統(tǒng)一管理、整合利用為目標，從學校全局來規(guī)劃能夠容納全校IT設備、實現(xiàn)全校IT集中托管與整合共享、滿足信息化數(shù)據(jù)容災備份與安全的全校雙數(shù)據(jù)中心布局架構(gòu)。

注重節(jié)能選址與建材，提高長遠能源效能

數(shù)據(jù)中心選址及裝修材料，不僅對數(shù)據(jù)中心長遠能源使用效率影響深遠，而且也關(guān)系到數(shù)據(jù)中心后續(xù)節(jié)能措施的有效實施。我校新數(shù)據(jù)中心的基礎規(guī)劃重點，就是考慮選址和建材節(jié)能。第一，以建筑物北面作為數(shù)據(jù)中心選址的必要條件，樓層以底層為佳，最終選擇了理科實驗樓一樓的北面為數(shù)據(jù)中心、南面為辦公服務，從而減少太陽光直接輻射產(chǎn)生的熱量和樓層偏高帶來的熱聚效應對數(shù)據(jù)中心機房的能耗影響。第二，在數(shù)據(jù)中心建設材料的選擇上，主要采用了隔熱、保溫、防水、節(jié)能的材料，不僅保證了新數(shù)據(jù)中心的保溫與隔熱，減少了外部環(huán)境的影響，而且良好隔音材料與措施，也確保了機房噪音對外界的影響。

按照應用類型分區(qū)規(guī)劃，有效降低pPUE值

高校數(shù)據(jù)中心設備種類多、應用類型復雜，如果不做科學分類和分區(qū)，將造成設備與應用相互影響、增加能耗。我校新數(shù)據(jù)中心在規(guī)劃之初就在充分調(diào)研了各種應用設備的功耗、發(fā)熱量基礎上，將數(shù)據(jù)中心的設備托管部分劃分成為5大功能區(qū)域，并對不同區(qū)域配置不同的強弱電列頭柜、配電容量、空調(diào)送風量和機柜容積密度等，以降低不同區(qū)域的pPUE值，實現(xiàn)整體數(shù)據(jù)中心PUE的下降。

5個區(qū)域分別是公共信息服務區(qū)（含網(wǎng)絡核心交換設備、網(wǎng)絡公共服務系統(tǒng)設備等）、信息發(fā)布服務區(qū)（承載校內(nèi)各類網(wǎng)站應用）、數(shù)字教學資源區(qū)（含數(shù)字圖書館設備、管理信息系統(tǒng)設備、教學資源存儲設備等）、科研信息服務區(qū)（含科學實驗、社會合作的各類信息服務設備）、高性能計算區(qū)（含生物信息學、統(tǒng)計學的高性能計算設備）等。

采用節(jié)能冷卻系統(tǒng)設計，降低機房整體PUE值

國內(nèi)外大量的研究表明：傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心制冷能耗是除IT設備外的最大能耗源，約占整個機房能耗的30%～50%，制冷節(jié)能設計將可顯著降低數(shù)據(jù)中心的PUE值。

我校新數(shù)據(jù)中心在采取一系列的常規(guī)節(jié)電措施的基礎上，如：提高地板高度和通暢性、增強地板密閉性、保證空調(diào)室外機通風性等，還大膽地在高校較早地采用了冷池機柜冷卻技術(shù)，即將機柜面對面擺放，中間建設密閉通道，確保機房冷熱氣流混合。

冷池機柜技術(shù)的應用可有效地分離機房中的冷熱氣流，冷風只有穿過機柜、降低設備溫度后，才能被空調(diào)回風，從而避免了冷熱空氣的混合、提高了制冷效率，最大限度地滿足了設備降溫、提高了機柜密度，擴大了冷風與回風間溫差、降低了空調(diào)制冷功耗，整個機房的PUE值得到了有效降低。

運用IT設備節(jié)能技術(shù)，降低IT設備運行能耗

我校新數(shù)據(jù)中心在IT設備的選擇上，也積極在IT設備的節(jié)能技術(shù)方面積極探索。首先，在采購設備時，將設備具備節(jié)能設計作為設備選擇的重要參考指標，以確保進入數(shù)據(jù)中心的托管設備自身已具備了節(jié)能功能，從而減少不必要的IT設備能耗。其次，就是以網(wǎng)絡信息中心主導，于2012年進一步完善了虛擬化服務器動態(tài)信息服務平臺，該虛擬化平臺可為全校各單位常規(guī)信息應用提供及時、靈活的虛擬服務器配置，并逐步將機房中原有冗余的、獨立的、高能耗的服務器清除出新數(shù)據(jù)中心，以減少機房中IT設備的能耗。

至2013年底，學校已完成了常規(guī)托管服務的全面虛擬化配置，現(xiàn)已分配各類信息應用需要的虛擬服務器近200套，全校常規(guī)信息服務的虛擬化率超過了90%，數(shù)據(jù)中心常規(guī)信息服務的節(jié)能成效十分明顯。

學校新數(shù)據(jù)中心采用了多方面的節(jié)能設計，并進行了實踐，節(jié)能措施與成效已得到學校各方面、同行專家的高度認可與贊賞。下一步的節(jié)能舉措將重點放在數(shù)據(jù)中心各環(huán)節(jié)能耗指標計測量上，希望通過對環(huán)節(jié)的能耗數(shù)據(jù)動態(tài)準確監(jiān)控測量，實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心各環(huán)節(jié)能耗的科學計量與預警，為科學、合理和有針對性地采取節(jié)能措施提供科學依據(jù)。

模塊化數(shù)據(jù)中心：開辟新道路

模塊化是指將系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為模塊的方式來提供服務。通過一種面向服務的體系結(jié)構(gòu)，根據(jù)功能需要將基礎設施模塊化。當今使用標準化的構(gòu)建模塊進行數(shù)據(jù)中心的規(guī)劃設計，已經(jīng)成為了數(shù)據(jù)中心建設過程中的重要方法。如今模塊化設計在大型的云計算數(shù)據(jù)中心以及超級計算機中都很常見，模塊化數(shù)據(jù)中心的供應商也準備將這一趨勢進一步推向主流。

在模塊化數(shù)據(jù)中心的應用方面，IBM、微軟、谷歌等互聯(lián)網(wǎng)巨頭已經(jīng)率先采用了模塊化數(shù)據(jù)中心。微軟公司采用Rackable公司提供的集裝箱在美國芝 加哥城外建造了一座擁有150個集裝箱式數(shù)據(jù)中心的大型數(shù)據(jù)中心，每個數(shù)據(jù)中心都配置了1000到2000臺服務器。谷歌公司也不甘落后，他們的模塊化數(shù)據(jù)中心包括一個聯(lián)合運輸?shù)募b箱和集裝箱內(nèi)的計算系統(tǒng)。