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                信息化管理平臺
                首頁>探索與創造

                充滿智慧的綠色數據中心


                綠色數據中心隨著︾節能、減排這個世紀性的話題,在逐漸升溫。環境的可持續性發展正在成為IT行業日益優先關心的問題,信息技術的發展不能離開"綠色",而且還要受"綠色"的約束和有利於"綠色"的實現,同時綠色數據中心概念的提出和完善,離不開信息技術的發展與支撐。一場數據中心綠化乃至整個IT架構的綠化工程正在全面展開。


                能量消耗和空間利用是卐數據中心最大的成本所在,也是限制數據中心擴展的主要因素,新一代綠色數據中心可以幫助企業節約成本,提高服務效率、快速響應業務々需求、與業務目標更加匹配,承擔節能、環保等社會責任。


                "綠色"的含義主要指兩方面的內容,一是數據中心機房的基礎建設,限制有害建築材料的使用,機房設計要隔熱、保溫、節能、防止輻射和靜音等。另一點,IT設備本身要限制有害材料使用,降低功耗、減少體積、節省能源、靜音等。我們把限制使用有害物質、降低能耗、節省空間、提高設備效能、靜音等措施的綜合采用和實施作為綠色數據中◤心建設的基本內涵。或者說,綠色數據中心就是指照明、機房設備、電力與IT系統都遵循最大能源節約及最低環境影響、同時在提高各個設備的利用率的前提下有較好的投資回報的標準設計。


                在綠色數據中心建設中,不使用有害物質比較容易做到,這在建築設計、計算機、服務器架構設計時加以註意和選擇無毒無害物質和材料。通過屏蔽和隔音也能做到靜音。問題在於對服務器能力需求的不斷增加,服務器數量的增加△,占用空間的擴大,數據中心電能的消耗是在猛增,所以說,降低能耗就成為目前綠色數據中心建設中的關鍵問題。


                根據IDC全球研究,目前整個服務器的裝機量是3500萬臺左右,每年服務器所消耗的電力費用是每年所購買服務器費用的50%左右,大概為290億美元;能源消耗所帶來的成本已經成為IT業行業所消耗運營成本的30%到50%。我國IT產品的總耗電預計為300億--500億千瓦時,幾乎相當於三峽電站一年的發電總量! 而且數據中心電力消耗仍在以每年15%~20%的速度增長。驚人的數據告訴我們,IT節能刻不容緩!


                大型數據中心為了完成企業的數據處理與分析任務←,設置擺放著幾十臺、上百臺、甚至上千臺的服務器,以及供服務器存放數據的大量的磁盤陣列等,為了協同工作,這些設備還要通過網絡把它們級聯起來,並且還有用協同工作軟件和設備把它們管理起來,這就造成設備眾多、效率低下、占地空間很大,機房的供電、靜音、空調、散熱等問題都一一顯示出來。面臨著諸多要解【決的問題,主要就是提高IT設備(服務器、存儲、網絡設備等)的電能利用率,盡量降低電能的熱損耗,此外,在提高計算密度的同→時,通過新的散熱技術和數據中心的整體設計來解決散熱問題。


                數據中心的支撐系統和運行環境涉及的專業領域非常廣泛,涵蓋了電力、電子、計算機、機械、化工、熱能等方面,綠色數據中心建設絕對是一項系統工程,我們將盡量系統地闡述解決這些問題的方方面面。


                設計整體目標和全面規劃,提出整體解決方案

                首先要了解和分析數據中心應用的具體情況,針對這些問題提出一個整體解決方案,根據公司的發展做好規劃,最好能對機房進行全面的規劃,然後根據業務發展的需要分步實施。只有這樣才能實現提高數據中心效能和降低電力損耗以及減少占地空間的整體目標。


                今天,當數據中心的主動建設越來越清晰地成為我們IT建設任務時,我們需要靜下心來好好分析一下數據中心√建設的各種需求,並描繪出數據中心的發展藍圖,從而為我們未來的工作制定方向。要保持清晰的發展戰略和方向,按照建設藍圖發展,全新的、高生產『力的、具備前瞻性的、高度靈活擴展的新數據中心,將為在日益激烈的市場競爭環境下企業的發展保駕護航。


                因此,我們需要為數據中心的建設建模。在這裏需要考慮的是復雜任務的數據中心建設,為了保證數據中心的簡約性,我們就需要為此對任務進行抽象,並進行普適化的處理。對不同的數據類型在不同的存儲架構下實現不同的數據管理功能進行詳盡的分析比較,並充分考慮業務流程的要求,以達到“管理簡便、安全可靠、靈活擴展、經濟實惠”的建設目的,一個現代化的數據中心將是一個“自動化的綠色數據中心。



                數據中心建築自身綠化


                在建築本身節能方面:為了減少數據中心機房與外界的熱交換,節約能耗,同時也為了提高安全性,所有機房區的建築物外墻均不設外窗,以減少太陽輻射熱進入機房,減少房間的熱損耗;建築外墻結構采用高水平保溫隔熱設計,以減少數據中心機房冷量損失;建築內墻、樓面采用保溫隔熱設計。


                數據中心機房平面布局合理註重功能

                機房各個系統的建設要依托於建∮築環境中,也受到機房建築結構、平面布局這些因素的制約,如建築層高、形狀、面積等。數據中心機房主體建築平面布局註重功能性設計,建築造型設計以簡單實用為目標,由數據中心機房的基本構建模塊、其它輔助房間、消防樓梯、通道、貨運電梯等區域從裏往外組合而成。


                數據中心機房樓層高度應充分滿足數據中心內地面空調送風和天花頂面回風和相關管ㄨ道(空調水管、新風管道、消防排煙管道、氣體滅火管道)的鋪設。



                高密度區域設計與高性能計算技術

                數據中心在機房區內部可單獨設置高用電容量機櫃區域,以滿足未來高密度設備的發展需求。提高單位空間計算能力,整合計算節點,一機多用,減少存儲空間需求。除了系統布局外,相關的配♂套系統(如配電開關、線纜等)都進行相應的設計,以保證系統設計的完整與匹配。高密度設備的制冷問題是重點考慮的問題。高制冷需求對精密空調系統的設計與布局是很◥大的挑戰,對地板下高度、空調送風距離、空調冷量設計、回風氣流設計、機櫃設計等都進行了全方位考慮,在保證總體冷量足夠的前提下對功能平面做充分優化。


                高密度與高性能計算技術是IT設備發展的必然趨勢。


                高密度區域的設計解決了高密度設備電源和散熱問題,有效解決了數據⊙中心局部熱點的困境。


                高效的氣流組織結構設計

                高效的氣流組織設計將使整個機房制冷效果達到最佳,並最大限度地降低空調系統能耗。大中型數據中心機房的電子設備密集布放,總冷負荷比較大,每平方米大約在300~600W,有的甚至更高,其中設備冷負荷占到80%以上。針對於機房的余熱量大、發〗熱源集中的特點,就需要有合理的氣流組織的分配和分布,有效地將機房內的余熱消除,保證電子設備對環境溫濕度、潔凈度、送風速度以及人員對舒適度的需要。機房的氣流組織形式有下送上回、上送』側回或下回、彌散式送風方式,氣流組織形式的確定要認真考慮,要依據設備冷卻方式、安裝方式,考慮冷量的高效利用,使散熱設備在冷空氣的射流範圍內。


                據中心要建設專用的送風通道。數據中心的設備由於能耗大,發熱量也大,下送風方式效果最好,因此必須在機房設置地板,建立專用的下送風@ 通道。


                高可靠,高可用的智能供電系統設計

                對於數據中心而言,供電系統的“綠色”程度也顯得至關重要。
                在配電系統節能方面可采用高壓發電機組、高壓直接到樓層設計。可以建立起根本無需將負載轉換到市電的最高可用性UPS供電系統,UPS出盡量靠近最終負載,減少了線路電力損耗,科學治理和抑制諧波,降低變壓器和發電機損耗,采用高效率、諧波低的UPS設備,例如APC的英飛(InfraStruXure)解決方案采用模塊智能UPS,其模塊化設計保證了N+1冗余及拓展能力,品質卓越的UPS設備具備穩壓和浪湧保▽護功能。


                采用高效新型氣體光源作為戶外照明、室內采用節能燈具,采用自動化計量技術,精密智能配電設計,機架級別的配電監控,監控到每一個支路的電壓、電流和容量,並可通過網絡實現遠程控制,達到電力資源的按需分配、按需提供。多使用直流電供電,因為直流系統︻的效率高於交流系統20%,國產華為的全系列電信設備、存儲設備、安全設備、服務器設備以及網絡設備都是支持直流供電的。



                高性能冷卻系統

                過去40年左右冷卻技術一直在發展,但卻未能跟上IT設備的技術革新。傳統數據中心冷卻技術面臨給現代高密度數據中心冷卻的挑戰時,似乎有點力不從心了,熱氣可能會和冷空氣混合,系統無法〇識別熱點問題,造成在某些區域的熱點。具有IT設備的現代的數據中心的功率密度極有可能在每個機架達到15千瓦,應該考慮非傳統技術的冷卻。一種動態智能冷卻概念值得推薦,這個概念是▲指創造一種環境,使冷卻系統設備從環境中得到不斷的反饋,並動態地調整自己,以適應環境參數的改變,這些參數是被監測的。這種類型的系統最適合當今的數據中心,並有助於降低電能消耗,這無疑是數據中心的一個福音。另一種概念是自然冷卻,如果您的數據中心設在地理上適宜的位置,並且氣候允許,最▂好的方法是利用在該地區能夠提供的自然冷卻。這一點可以通過使用節約裝置來完成,節約裝置通過室外現有的自然冷卻,來補充數據中心的主要冷卻。這些節約裝置可以運行空氣或液體,因為節省了電能,非常值得。在一些地區每年只要日平均溫度低於10度,數據中心空調主機就不需要開動,利用外界的自然冷空氣來冷卻整個機房的環境。如果您的數據中心正在從頭設計,一個最佳的選擇是提供▲高架的冷卻,而不是傳統的擡高地板下的壓力系統,這種安排可能節約能源開支高達30%。


                在空調系統節能方面,數據中心機房可以采用集中冷水供冷設計,選用高能效比冷水主機設備々,采用一次泵變流量系統設計,采用節能空調系統設計,冷卻水泵冗余設計提高系統可靠性,采用高效冷熱預處理新風系統,數據中心機房采用集中加濕,取消精密空調加濕功能,降低能耗。采用水冷冷卻法,相同容量的水能夠攜帶的熱量是相同容量空氣的3500倍。另外一種水冷的方法采用了一套復雜的外置冷卻系統,通過機架內一個閉合回◥路水冷系統對電子元件進行冷卻,供水和排水管道布滿整個數據中心。這種緊湊型的系統能夠減少空氣流過的路徑,從而減少了風扇的能耗。這種緊湊型散熱方法最大程度上降低甚至是完全消除了冷熱空氣的混合。


                APC基於機架級的InRow制冷技術,相對於傳統房間級制冷,能夠很好的確保核心交換機和刀片服務器針對熱負荷轉移而進行高效精確制冷,在降低了能耗的同時還達到了更高層次的♀制冷效果。刀片服務器架構的出現雖然大大提高了服務器的能力,但由於密集整合又帶來了要解決的通風、散熱問題,采用導入式的制冷方式,可以成功地解決刀片◥機架構的散熱問題。


                另外,應該加強對精密空調的整體監控,隨環境和濕度變化隨時調節運行。


                IT微環境

                相對於機房環境,IT微環境是IT設備真正的運行環境。IT微環境指的每個機架中的IT設備運行所依賴的環境,包含電力、空調、監控等關鍵元素。創新設計的機櫃,充分考慮IT設備的配電、配風、承重、布線需求,滿足IT系統可靠運行。


                IT微環境是創建高可用性的必由之路,要提︼高整體IT系統的可用性必須從提高IT微環境的可用性入手。在IT微環境所涉及的諸多關鍵元素中,電力供應保護子系統已經被大多數用戶認可和采用。但是機架中溫度調節、熱量管理、線纜管理等環節並沒有受到足夠的重視,沒有真正為每個機架中的IT設備提供一個高可用的運行環境。


                通常由於數據中心的服務器設備數量急劇增長,為了更便於管理和堆∮放,越來越多的服務器呈現機架化,刀片服務器的數量也日益增多。這種方式雖然節省了空間,但功率密度越來越高的機架內部環境就像一顆定時炸彈√。要知道,系統的穩定性除了電力因素外,最大的相關因素就是熱量控制。據權威電力保護研究中心測試表明,機櫃內溫度每上升10度,IT設備的壽命就會減少50%,制冷的問題不能良好解決,對IT設備的損害是相當巨大的。


                傳統的熱量控制方法是降低整個機房溫度,期望達到“冷卻”服務器的作用。但事實證明這種方法只能對整個房間的溫度進行控制,並不能保證機架中服務器的◢溫度。比較科學的解決辦法是以機架為單元,控制IT微環境的溫度。通過合理設置冷、熱通道,引導冷風均勻送到每個IT設備的進風處,並將熱風有效送回空調,保證機架內的溫度控制到適宜服務器工作的溫度。


                除了熱量管理,機房線纜管理也是提高可用性必須要考慮的因素之一。我們不能僅僅只關╳註機房整體和局域網的布線明晰要求,在機櫃裏和機櫃間這種特定的IT微環境中,雜亂無章的線纜大大降低了機房管理人員的工作效率。一旦網絡出ξ現故障,故障的查找與排除將成為噩夢。機房的配電、布線往往在機房建立初期沒有得到足夠重視,等到它成為問題的時候,就會發現它們已經嚴重到影響整個機房的可用性。


                每個機架的線纜管理,包括配電、布線等等細節,都可能成為未來IT系統故障的導火線。想要一次性避免所有問題的最簡單方法就是采用整體解決方案,將機架、制冷、電源、管理與維護集成為一個整體。


                由於整體解決方案使用戶無需關註IT系統細節問題,對可用性的提高效果明顯且難度較小。這種站在整體可用性高度來設計IT微環境建設的整體解決方案,已成為大勢所趨。


                選用高可用低功耗的IT設備

                高可用低功耗的IT設備的選用,要從CPU、存儲器,到整∏臺設備的各個層面加以考慮。


                處理器廠商在倡導芯片的低功耗設計之外,服務器整機生產廠商紛紛推出各種"新鮮"的綠色產品,幫助擁有數據中心的大型企業提高能源利用率,同時改Ψ善數據中心的設計方案,從而降低數據中心的能耗成本乃至降低總體擁有成本。這的確已成為客觀需求,時代的需要。


                采用多核的X86芯片技術能提高數據中心的處理能力。常規的數據中心需要幾百臺、上千臺服務器,主要問題在於服務器能力不能滿足用戶需求。采用多核的X86芯片架構的服務器,能力大大地提高↘了,而系統的復雜化,隨著服務器的數量減少也大大地簡化了。在存儲系統上,保證性能的前提下,應選用重量更輕、可靠性更高,而功耗和運行成本更低的硬盤。


                服務器最大的損耗並不是來自芯片內部,而是來自交流電與直流的轉換,數據顯示,交流電轉化為直流電的效率一般為60~65%,以外的能耗顯然直接就變∑成熱量散出去了。對於數據中心來說,這些"多余"的熱量又帶來另外一個問題,那就是散熱,大中型數據中心基本上要將成本的四分之一花在冷卻方面。這樣服務器交流電轉化為直流電的制造出來的熱能,還需要花費精力把它們"散"出去。雖然刀片服務器功耗要低得多,讓計算密度大幅增高,同時也要解決散熱的問題。刀片會在未來被更加靈活的服務器類型代替,這類服務器的計算架構會把內存、處理器、I/O設備一起作為共享資源池看待。



                變革整體架構進行系統優化

                簡化數據中心物理配置(服務器,網絡,存儲等)復雜性,減少了占地空間。數據中心為了保㊣ 證他們在峰值時的數據處理任務的完成,他們配置了幾十臺、幾百臺、甚至上千臺服務器,為了這些服務器協同工作,通過網絡和共享存儲把他們聯起來,而且還有設備和軟件把它們管理起來,系統才能協調工作,完成數據處理任務,到過這些數據中心的現場都感到,系統聯結非常復雜,走線很↑亂很難等等,數據中心整體架構需要變革。實際上目前使用的服務器架構已經沿用了幾十年了,存在問題已經浮出水面,刀片機的問世使服務器的架構設計向前邁進了一步。但也帶來了通風散熱的問題,數據中心眾多的網絡設備、存儲設備等,雖然通過網絡連接起來,但實際上仍是一個個獨立的群體。數據中心設備的整合、優化,進行集約化、集成設計已經提到了日程。實現提高服務器的效率和整個數據中心的效能,進行節能、降∞耗降低整體的擁有成本,這就要求數據中心和服務器的體系架構設計必須變革,用戶在期待新一代服務器時期的到來。


                Egenera公司經過系統優化,把這些需求整合成資源池,就像自來水一樣連到各個用戶供使用。經過這樣的整合和優化,連接電纜在24個服務器時大約比原來的結構需求量減少到了八分之一左右。服務器的占用空間與其它廠商的刀片架構的服務器相比減少☆到四分之一左右。這些設備集約化組合帶來的占地面積也隨之減少。


                虛擬化技術提高設備利用效能減少供電制冷成本

                虛擬化的基本概念很簡單,封裝計算資源,運行共享物理基礎架構,這樣每臺設備就好像在自己獨立的物理環境中運行一樣。通過虛擬化和整合,把存儲和計算資源作為一個聚合存儲池能夠實現這個目的,用戶可以基於需求來訪問網絡、系統和應用。除此之外,通過測量可以發現,通常一臺服務器僅僅使用了總容量的5%~15%來提供應用※服務。用虛擬化技術把多臺刀片服務器集約化成一個虛擬化服務器平臺,用虛擬化技術集成多臺服務器的虛擬化平臺,大大地提高了服務器的利用效率。使用虛擬化技術,對利用率過低的服務器的整合對終端用戶是無縫的,用虛擬化和集約化技術提高了服務器的利用效率,也大大降低了能源消耗。服務器虛擬化,能夠大幅提高IT負載的運行效率,節省能耗。虛擬化能夠幫助服務器有效邏輯整合,合理控制硬件規模,提高服務器資源利用率,提高服務器CPU運行效率,而且虛擬化還能在備份、存儲、宕機等方面提供好的支持。提供更快的備份和恢復速度,就能夠搭建復雜測試環境,即節省機房和樓面空間,也降低了機櫃、網線、空調的能耗。虛擬化技術是推動數據中心綠色應用的重要標誌,使用較少的硬件設備和電源來實現更大的處理能力的虛擬化技術將會是未來廣∑ 泛被利用的技術。


                兩三年前所提及的虛擬化是指某一產品線的虛擬化,而現在所說的虛擬化,則是指整個數據中心的虛擬化,包括服務器、存儲、網絡等產品都會被虛擬化。


                虛擬技術的應用可以緩解服務器的性能利用低的矛盾,但當眾多服務器組成一個數據處理平臺時,如何發揮虛擬技術的作用,有關技術問題仍需研究解決。綜合利用刀片★、虛擬化、水冷、power Excutive等技術,能夠降低數據中心40~50%的電力損耗。


                數據中心需要全面的管理設計

                新一代數據中心管理系統不但要求實現對各設備的安全運行管理,同時也要求機房管理系統提供成本運營的相關數據,滿足相關節能規範,自動計量與自動監控,客戶只對自身消耗的資源“埋單”。這些數據中心將基於面向服務的體系結構(SOA)的全面管理,按需提供用戶所需要的計算能力、智能化供應的IT能力,就像SaaS一樣運營管理並提供服務。目前數據中心行業正在使用的PUE(電源使用效〖率)指標是一個顯示計算/IT組件(如服務器)實際的耗電量需求是多少的指標,要計算一個設施的PUE,簡單地用IT設備耗電量除以整個設施電源消耗即可。這個結果的數字可以在1和無窮大之間,越接近1,你的PUE就越好。PUE管理對綠色數據中心來說是應該考慮的,PUE是解決數據中心能源效率的最佳標準。


                現代化的數據中心要求系統提供的實用性、靈活性和擴展性比以前更高。今天,您需要的遠遠不止是服務器管理,而是需要一套ζ 保證整個IDC能夠正常、安全、穩定運行的系統。數據中心集中管理提供您對任何地點和任何狀態下所有IT資產的訪問和控制,並使您無需親臨現場就可以進行數據中心的完全的訪問與控制,從而使很大程度上方便您的全面管理。數據中心遠程集中管理控制系統為IT專業人員提供在有IP網絡的地方均可實現對數據中心的設備訪問,如同這些設備就在身邊一樣。這種作法不僅可以加快響應速度,縮短停機時間,還可以提高IT設備的可用性,更使管理人員無論何時何地,自由管理。數據中心遠程集中○控制解決方案允許多名操作人員同時對數據中心內的服務器、小型機、刀片式服務器、虛擬主機和網絡設備等進行遠程集中統一操作控制,並可以全程記錄操作人員對目標設備的操作畫面內容,用以跟蹤並規範操作人員的操作行為。不但可以及時發現操作人員常見的、無意的誤操作,進行事後分析與糾正;更可以對操作人員的惡意操作行為進行追溯,提供出【惡意操作的第一手證據。


                綠色數據中心的建設已經長出了"綠芽",支持和驅動綠色數據中心成長的一些關鍵技術在不斷的發展和完善,綠色數據中心正茁壯成長並開花、結果。浩德科技著眼於推動我國新一代綠色數據中心的行業規範與國家標準,希望新的行業規範與國家標準能夠引導並帶動中國綠色數據中心產業的升級。我們將依據最新國際標準、最領先的綠色數據中心設計理念、最優建造經驗與運營管理規範,推出系統化解決方案。成為國內一流的以數據中心基礎設施為中心,面向“災備+生產”一體化外包的綜合性IT服務集團。

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