數據中心節能的五種可行措施

摘? ?要：隨著信息技術的發展普及，數據中心用電量基數大，增速快。隨著綠色數據中心標準的完善，綠色數據中心建設和現有數據中心節能優化改造迫在眉睫。本文通過剖析工程實踐案例，涉及機架高效利用、高壓直流配電系統、節能制冷系統、智能動環和提高IT資源使用效率等多種舉措，全面分析了提高數據中心電能使用效率的方法和措施，對綠色數據中心建設、改造進行了有益探索。

關鍵詞：綠色數據中心? 高壓直流? 送風優化? 虛擬機優化? 智能動環監控

中圖分類號：F626? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2020）06（b）-0137-02

2012—2018年，信息技術領域用電量復合增長率高達15.3%。截至2017年底，我國各類數據中心年耗電量超過1200億度，已超過水泥行業用電量，約占全國全社會用電總量2%[1-3]。中國數據中心節能技術委員會統計數據顯示，電費占數據中心運維總成本60%～70%，是數據中心運營企業的主要負擔。我國綠色數據中心建設起步晚，任務重，隨著5G來臨，數據中心能耗將更大，綠色、高效成為數據中心建設、運營必須關注的重要方面。

目前，數據中心評價主要參考PUE值，PUE是數據中心總能耗與IT設備實際能耗的比率，比值越接近于1，表明能效、綠色化程度越好。為降低PUE值，在數據中心設計、建設、運營的全生命周期，應著重降低IT、電氣和冷卻能耗。

1? 數據中心硬件整合，提升機架利用率

1.1 新建或擴建項目節能措施

數據中心新建、擴建過程中，應注意提升機架利用率，按服務器實際功率上架。一般數據中心，單機柜按照5kW設計，80%的電源利用率實際可用到4kW，2路服務器（單臺實際功率200W），單機架供電量可滿足20臺服務器使用。綜合考慮機房配電、機柜散熱、機房空調制冷量及送風方式，單機柜可安裝12-14臺2路服務器。

數據中心新建、擴建過程中，應根據部署業務場景，采用定制化服務器。定制化服務器，已根據業務模型進行優化配置，提供的CPU能力和內存能力與業務的需求能更好的匹配，可以更好發揮服務器效能。定制化服務器主要應用場景是作為云資源池宿虛擬化宿主服務器、分布式存儲節點服務器和大數據分析服務器。

（1）定制化計算型服務器：主要用作虛擬化宿主服務器，密集型計算應用服務器，如BOSS核心系統。

（2）定制化存儲服務器（大數據型）：應用于省內的經分大數據分析平臺、移動網絡綜合規劃分析支撐系統、無線網優平臺等。

（3）定制化存儲服務器（SERVER SAN型）：主要用作分布式存儲節點服務器，如數據采集、備份系統。

1.2 節能改造措施

投產一定年份的數據中心，可以實施數據中心IT硬件整合來達到節能降耗的目的。通過設備關停、云化遷移、老舊高能耗設備替換等多種手段，進行IT設備整合，集約機房、機柜空間，優化布局，降低功耗，改善數據中心效益。

2? 高壓直流配電，提高配電能效

高壓直流系統較之UPS供電，減少了逆變環節和維修旁路，具有節能、可靠性高、易于維護等優勢[5]。

高壓直流（雙系統配電）可將電能使用效率提高至92%以上，每250kW有效荷載較之原有1+1并機UPS系統，可減少逆變設備及旁路系統2套。如某數據中心IT設備整合后，設備功耗284kW，采用400kVA 1+1并機UPS系統，系統效率84.65%;336V/1200A直流系統改造后，單機負載率約49.31%，系統效率92.60%，年節約電能252312kW，節能效果明顯。

3? 優化空調系統，降低冷卻能耗

數據中心冷卻形式分為機房級、機柜級以及服務器級，傳統空調送風形式屬于機房級，即以機房為冷卻末端進行冷卻[1]。提升冷卻系統效能、減少換熱和跑冒漏環節最直接的方式就是聚焦冷卻末端，機柜級和服務器級冷卻系統可以有效提升冷源利用率，降低冷卻功耗。

機房精確送風是指機房空調通過專用風管或通道，將空調送風直接送到通信機柜內部，同時通過風閥、風口的調節，按需提供冷量。

精確送風適用于新建機房或已建但氣流組織不合理，未實現先冷設備后冷環境的機房使用。對于原有采用上送風方式的機房，適宜采用上送風精確送風方式改造;原有采用下送風方式的機房，當同時采用定制機柜時，適宜采用下送風精確送風方式改造。

4? 提升云資源利用率，深挖降耗潛能

（1）建立并落實資源動態優化分配機制，提高虛擬機負載率。

服務器虛擬化軟件不支持資源在線回收的情況下，虛擬機的資源回收需要停止虛擬機釋放資源，每次虛機資源回收相當于一次業務割接，需要運維、業務部門以及應用軟件廠家共同參與。

（2）嚴格評審，合理管控應用系統硬件資源需求，提高物理主機使用效率。

應用系統布署前，業務、維護、建設部門應充分溝通評估，分應用系統，根據業務規模，參考現網類似應用系統資源使用情況，綜合評估其硬件資源實際需求，嚴控虛擬機高配和資源高冗余，把控源頭，合理管控IT硬件資源投入規模，提高物理主機使用效率。

5? 用好動力環境監控系統，進一步節能減排

依數據中心動力環境監控系統為基礎，擴增功能，增加數據存儲分析展示模塊，建設數據中心管理系統，具備IT系統端到端的電力、制冷、機柜空間、機房環境監控能力。通過數據中心管理系統，收集和管理數據中心整個生命周期當中資源、電力使用數據，并以數據挖掘、多維分析、大屏展示等方式呈現給運維管理人員，以便及時調整IT資源負荷、遷移輕載主機、關停空載主機，調節空調系統送風溫度、送風量，開閉照明系統、新風系統。

引入大數據AI技術，根據天氣溫濕度及機房實時運行狀況，科學調度冷卻系統啟停和使用強度。智能能效監控系統，支持數據中心全局及全生命周期資源調度優化，是綠色數據中心節能減排建設重要發展方向。

6? 結語

在數據中心建設及節能改造過程中，運用IT設備整合、高壓直流配電、空調送風優化、提高主機利用率、智能動力環境監控，均可以降低數據中心能耗。河南某運營商數據中心機房節能改造綜合運用以上措施，改造前實測總功耗611kW，改造后降低至383kW，整體能耗下降37.31%;實測PUE值由1.84降至1.35。

在數據中心建設、改造、運維全生命周期內注重運用以上5方面措施，可以有效提高用電效能。隨著云管平臺功能的完善，將來數據中心建設、節能改造，還應重視IT系統物理主機和虛擬機負載優化，注重大數據技術的應用，建立健全數據中心能效監控系統。

參考文獻

[1] 張興，過增元.專家解讀綠色數據中心全生命周期建設[EB/OL]，2019-02. http：//www.miit.gov.cn/n1146285/n1146352/n3054355/n3057542/n3057548/c6657057/content.html.

[2] 工信部，國家機關事務管理局，國家能源局.關于加強綠色數據中心建設的指導意見[Z].2019-01：2-4.

[3] 中國信息通信研究院聯合開放數據中心委員會.數據中心白皮書，2018-10：8-9.

[4] 華為技術有限公司.華為FusionStorage6.1技術白皮書[EB/OL]，2018-01. http：//support.huawei.com/enterprise.

[5] 彭廣香.全國咨詢工程師（投資）網絡教育通信節能減排新技術[EB/OL].2018-04. https：//jxjy.cdeledu.com/cdel_jxjy/qgzxgcs.shtml.

作者簡介：王金貴（1986—），男，漢族，河南商丘人，本科，助理工程師，研究方向：企業信息化。