綠色數據中心正在進行時

去年一則關于北京市將禁止新建數據中心的消息曾引起業內廣泛關注。2014年7月北京市人民政府辦公廳發布《北京市新增產業的禁止和限制目錄（2014年版）》，其中由北京市經信委制定的關于信息傳輸軟件和信息技術服務業門類下明確規定：禁止新建和擴建數據中心，PUE值在1.5以下的云計算數據中心除外。而在更早些的2011年，在國家發改委、工信部和財政部聯合開展的云計算示范工程中，也明確要求大型數據中心的PUE值要小于1.5。

國家發改委、工信部和北京市政府先后以政府文件的形式出臺這樣一個規定顯示出政府對這樣一件事情的高度重視，從另一個側面也反映出數據中心的電能消耗對電力供應構建了不小的威脅，數據中心的節能已經是大勢所趨。國家發改委、工信部還有北京市政府先后以政府文件的形式出臺這樣一個規定顯示出政府對這樣一件事情的高度重視，從另一個側面也反映出數據中心的電能消耗對電力供應構建了不小的威脅，數據中心的節能已經是大勢所趨。

國家發改委、工信部和北京市政府先后以政府文件的形式出臺這樣一個規定顯示出政府對這樣一件事情的高度重視，從另一個側面也反映出數據中心的電能消耗對電力供應構建了不小的威脅，數據中心的節能已經是大勢所趨。

實際上，新一代數據中心一定是綠色節能的數據中心已經成為人們的共識，也是數據中心未來的發展趨勢，尤其是云計算的到來，加快并促進了大型和超大型數據中心的出現。據不完全統計，僅在2013年我國興建的數據中心達到3500多個，其中超過1萬平米以上的數據中心就有21個。大型及超大型數據中心凸顯了其耗能問題。

目前，關于綠色數據中心還是一個比較籠統的說法，基本上是指數據中心的IT設備、配電系統、制冷系統、照明等都取得最大化的能源效率，以及最小化的環境影響。總體上，我們可以建筑節能、運營管理效率和能效來衡量一個數據中心是否為“綠色”，而其具體體現在整體的方案設計規劃，以及機房空調、UPS、服務器等IT設備、管理軟件等要具備節能環保、高可能、高可用上。實踐中，人們常用PUE值來量化數據中心的能源利用效率。有必要指出的，PUE只是一個參考指標，并不能完全體現數據中心的節能效果。

本文將就側重運營管理效率和能效這些問題 進行探討，來具體描述如何實現一個綠色數據中心。

數據中心電能消耗引起重視

近幾年來，隨著社會環保意識的增強，節能、環保已經成為很多行業制定發展規劃過程中重點關注的問題，IT產業自然也不能例外。隨著IT應用的不斷普及和深入，特別是云計算、大數據、移動化、社交等技術的廣泛應用，催生出眾多的新應用，需要大量的數據中心來提供支撐；與此同時，云計算的興起還導致大量大型和超大型數據中心的涌現，數據中心的電能消耗開始凸顯出來。

IDC關于中國數據中心市場公布的數據，2010年中國數據中心總數量已經超過50萬個，市場總規模達到92億美元。IDC預測該市場在2010年至2015年仍將保持兩位數的增長率，2015年該市場規模將達到約157億美元。

有研究機構估計，2015年我國數據中心能耗將達到1000億千瓦時，這相當于三峽電站一年的發電量。如果保持當前數據中心的增速，到2020年將超過2500億千瓦時，這將超過當前全球數據中心的能耗總和。

有數據顯示，IT產業的能耗已經接近航空業，其中數據中心占了大頭，數據中心是節能的重點。根據有關研究機構的預測，隨著IT技術應用的進一步深入，每3年數據中心在電力消耗上都會翻一倍。而在中國，根據相關結構的調查，目前，數據中心（地板面積100㎡及以上的數據機房）用電量約占全國用電量的0.5%，特別是在經濟發達的北京和上海等少數地區的數據中心電力供應正在趨緊。

高能耗就意味著數據中心的高維護成本。相關研究表明，在數據中心的整體運營成本中，電力成本可能占到40%～50%，對于一個有10年生命周期的數據中心而言，在其生命周期中電力成本的支出可以占到整個數據中心運營支出的42%。如此之高的占比提醒我們降低電能消耗的重要性。顯然，數據中心已經成為名副其實的耗電大戶，如何降低數據中心電源消耗、提升能效成為當下數據中心管理者面臨的主要挑戰之一。

另外，數據中心的節能不僅具有經濟上的意義，在環保上也不可小視，因為其節能可以直接減少二氧化碳的排放。根據有關機構的研究，到2050年全球能源需求會翻倍，全球范圍已經達成共識，需要在2050年之前將二氧化碳排放量減到原來的一半。在中國，節能降耗已經成為我國的一項基本國策，被列入國家的“十二五”規劃中。比如，在“十二五”規劃中，就明確規定了單位GDP能耗要降低16%，單位GDP二氧化碳排放要降低17%。

可以說，降低電能消耗、提高用電效率，是對新一代數據中心或者說云時代數據中心的基本要求。這既是社會責任，也是降低數據中心運營成本的必然選擇。

數據中心邁向大型化

讓數據中心能耗問題凸顯除了數據中心的數量多之外，還有不斷涌現的大型和超大型數據中心，以百度、騰訊、阿里、360等為代表的互聯網企業大都擁有多個數千甚至上萬臺服務器的數據中心，而公有云服務提供商的數據中心規模也都達到數千臺服務器。幾年前，媒體爆出某地要建設10萬臺服務器的數據中心，當時曾有人從電能消耗的角度來質疑這種大規模數據中心的可行性。無論這一計劃的真實性如何，如此高密度的計算資源背后的電能消耗肯定是一個不小的挑戰。

其實，數據中心走向大型化已是一個行業大趨勢。業內人士告訴記者，目前中國數據中心的建設呈現出兩個明顯的趨勢：一個是向兩極化發展，即數據中心向大型化和小型化分化，中等規模數據中心不斷減少；另一個趨勢是新建的云數據中心越來越多，其數量是普通數據中心的8倍。從這個意義上說，提升數據中心的能效對于整體IT行業的節能降耗意義重大。

同時，值得關注的是，數據中心市場還在快速成長過程中。利好因素包括受益于“寬帶中國”戰略的推進，中國網絡帶寬快速提升、4G基站不斷普及，中國網絡條件還會不斷改善，會進一步推動IT的應用走向深入，包括電子商務、移動互聯網、視頻和游戲等都將得到快速發展，而這些應用的背后是數據中心的強力支撐。因此，就數據中心市場長期發展來看，驅動力依然非常強勁，其增長的勢頭并沒有放緩的跡象，中國數據中心市場還談不到飽和，對能源的消耗還會不斷增加。

云計算推動數據中心革新

如上所述，中國正迎來新一輪的數據中心建設高峰，凸顯了電能的問題。而讓這個問題變得更為嚴峻的是各種新技術的應用。比如，刀片式服務器、融合基礎設施的普及和應用，特別是云計算技術的不斷成熟，使得數據中心正在走向高密度、大規模甚至超大規模，管理也日趨復雜。

在這樣的背景之下，人們開始思考改變數據中心的建設、管理方式，下一代數據中心的理念正是基于此需求提出的，其核心就是讓未來的數據中心運營更為高效和靈活，同時在基礎設施層面上也能更節能、高效而且可靠。當然，有必要指出的是，綠色節能僅僅是下一代數據中心的基本要求，除此之外，新一代數據中心還一定是高效率和智能的。

因為只有這樣的數據中心才能滿足云計算所需，比如云計算的靈活動態地響應需求的能力——這是云計算最為重要的特征，而站在數據中心的角度看，這是一個非常大的挑戰。比如，虛擬機可能根據負載的狀況在不同的物理服務器之間進行遷移，在需求不足時對物理服務器進行關機而需求增大時將物理服務器加入到資源池中，這就著對數據中心的可管理性提出了更高要求，所有這一切都必須是自動化的、可監控的。

另外，云計算的出現還對數據中心的可擴展性提出了一定的要求，也就是需要動態擴展。為此，模塊化的設備在數據中心應用得越來越普遍，因為模塊化的設備可以快速部署、支持熱插拔，實現“邊成長邊投資”，以提高投資回報率、防止過度規劃和過度投資。前面還提到，云計算也是數據中心走向大型化的主要推動力。隨著云計算技術的成熟，越來越多的企業選擇租用和外包IT業務的形式，這就推動了數據中心走向大型化，而越是大型的數據中心對管理的要求就會越高。

下一代數據中心的基礎設施

那么，什么樣的數據中心基礎設施可以滿足云計算的要求？

首先一定是標準化的。新一代的數據中心一定是采用各種標準化的組件，符合各種國際標準。只有這樣才能保證快速部署，比如，集裝箱式數據中心只要幾周就可以快速構建起來。在某個廠商的展會，記者曾看到過一段兩名工程師4小時搭建一個數據中心的視頻，讓人體驗了模塊化數據中心的魅力。

“只要事先對數據中心的建設進行了系統性規劃，盡量采用工廠預配置的產品，通過系統性集成，一個標準化和模塊化的數據中心就可以非?？焖俚夭渴鸬轿??！睒I內專業人士對記者表示。

其次是高密度。云計算是一種集中化的部署方式，要在有限空間內支持高負載，刀片式服務器等高密度設備是必然之選，這就意味著數據中心要具有對這種高密度計算引起的高熱密度的制冷能力。

第三是模塊化。數據中心要滿足動態的需求，必須具有一定伸縮性。同時，為了節省投資，最好能邊成長邊投資，而模塊化就是最好的選擇。另外，模塊化還能提高可靠性和節電。

第四是集中化的管理。傳統數據中心IT設備與基礎設施是由不同的人分開管理的，通常，IT設備由IT部門管理，而基礎設施則由基建部門負責。以虛擬機在不同機柜中服務器之間的遷移為例，傳統的IT管理工具通常只關心那個機柜中是否有足夠的IT資源，而實際上，如果某個機柜中制冷能力不夠，即使它還有冗余的計算能力也并不適合增加新的負載。

數據中心的全生命周期管理

要建設能滿足新時代IT需求的數據中心基礎設施，需要綜合應用多種技術，來達到靈活、可靠以及高效節能。好在當下市場上已經出現了這類技術，包括模塊化的產品（模塊化UPS、模塊化數據中心、集裝箱式數據中心）、利用自然條件節能、DCIM、高壓直流以及軟件定義等。

實際上，這幾年數據中心市場技術演進的速度非常快，艾默生網絡能源、施耐德電氣，還有IBM和惠普等都在這個領域有著很大的投入，也有很多新的產品推向市場。比如，艾默生網絡能源結合自然冷源和傳統空調的SDC2、施耐德電氣的模塊化機房解決方案英飛等，給了我們更多的選擇，同時也極大地推動了整個數據中心行業能效的提升。

而IT技術本身的進步也為數據中心的整體節能帶來很好的基礎，比如SSD。一般而言，一塊3.5英寸、15K轉速的硬盤在忙時需要消耗13～19瓦的電力，在閑時會消耗8～14瓦，并且計算機設備直接使用的電力還需要額外的電力來將它們冷卻。SSD在忙時會使用1～8瓦的電力，而閑時只會使用不到0.5瓦。節能效果非常明顯。近年來閃存的密度幾乎以每年一倍的速度翻番，這不僅帶來閃存價格的持續走低，同時高密度閃存能夠提供更快的存儲性能，提高了閃存讀取速度并降低了耗能，進一步節約成本。

不過，在業內專家看來，新一代數據中心不只是簡單地通過應用各種先進的技術就能實現節能的，更重要的是有效地管理，即實行數據中心的全生命周期管理。

所謂數據中心的全生命周期管理是指對數據中心的選址、規劃、設計、建設、維護到最后的拆除等全過程進行管理。這里不僅涉及數據中心的IT設備、供電系統，還包括所在樓宇、供電、制冷系統。而要想數據中心達到高效、節能、環保，就需要在數據中心的全生命周期中進行考慮，而不僅僅局限于某個環節。

在這過程中再考慮應用一些經過實踐檢驗的最佳實踐，包括數據中心的模塊化、標準化和關注總體擁有成本，也就是要在數據中心的建設中要以一個更為標準化、模塊化的方式，幫助用戶實現貫穿機柜、行級、房間級甚至于整個樓宇設施級別的設計，使數據中心的規劃、設計、構建和運營變得更加可預測、更高效、更加可擴展，總體成本最低。

實際上，考慮到當下中國正在大規模建設大型數據中心以推動云計算市場，在數據中心建設上更需要進行合理規劃和布局，從一開始就高度重視數據中心的節能，而不能是后期補救。同時，不能一味求大，而是要根據業務需求，進行可擴展性強、集成型的數據中心規劃和設計。

最后有必要指出的是，新一代數據中心的建設是一個長期的過程，需要不斷總結、優化，是一個長期的旅程，將伴隨著數據中心的整個生命周期。