新一代绿色数据中心设计及新技术研究

新一代绿色数据中心设计及新技术研究

王东伟

（上海延华智能科技集团股份有限公司，上海 200060）

摘 要：通过对下一代绿色数据中心发展趋势、绿色指标和适用技术的研究，从六层体系架构逐一对构造绿色数据中心的关键技术等设计要素进行了分析，提供了绿色数据中心建设的一种途径和方法。

关键词：数据中心；绿色；设计；新技术

1 新一代数据中心建设挑战

随着云计算为核心的第四次信息技术革命的迅猛发展，信息资源已成为与能源和材料并列的人类三大要素之一。作为信息资源集散的数据中心的建设正在发展成为一个具有战略重要性的新兴产业，成为新一代信息产业的重要组成部分和未来3-5年全球角逐的焦点。数据中心不仅是抢占云计算时代话语权的保证，同时也是保障信息、安全、可控和可管的关键所在，数据中心发展政策和布局建设已上升到国家战略层面。

纵观新趋势下数据中心的建设极具挑战性，呈现出规模化整合、绿色环保节能、高密度和高容量、负载动态自适应、可视和高度自动化的特点，可以概括为以下四点：其一，建设运维模式向一体化方式转变。传统的数据中心的建设包括需求的评估，设计、土建和系统的部署等。而现在模块式数据中心，一体化的解决方案使建设模式走向简约化。

其二，数据中心的IT基础设施，正在加速云化或池化，从网络资源、存储资源到计算资源对用户来说都是透明的，符合虚拟化管理、一体化解决方案的趋势。

其三，数据中心绿色和节能技术的采用。由于数据中心规模、资源虚拟化和海量数据集中化，IT设备本身和机房设备的高耗能，在绿色、节能、环保和降低运营成本等方面都有量化要求。

其四，数据中心的运维的管理，正趋于自动化的方式。由于业务创新和IT复杂度不断的提升，出现了大量第三方的服务商和基于数据中心管理的系统软件产品。

国内目前还没有关于绿色数据中心的建设以及能耗管理的标准，政府和国内相关部门领正在制订符合我国国情的行业指导意见和规范。本文结合目前已建和在建工程以及

国际上数据中心绿色建设的相关标准，提出绿色数据中心建设和技术供同行探讨。

2绿色数据中心规划设计体系

下一代数据中心基于虚拟化技术、动态调度、智能化管理、弹性使用和按需的付费模式，并且支持业务发展，灵活IT支持架构等需求，对数据中心的建设模式，管理理念、技术手段、应用模式等都提出全面创新的挑战。要实现数据中心的整体绿色目标，首先有一个整体绿色体系构架，该体系构架应该包括以下六方面的内容：1）数据中心设计与建造绿色目标和实施路线；

2）数据中心技术架构的绿色规划；

3）数据中心配电绿色规划；

4）数据中心空调绿色规划；

5）数据中心布线绿色规划；

6）数据中心管理绿色规划。

3数据中心绿色目标和实施路线

数据中心设计与建造涉及建筑体绿色标准和数据中心绿色标准确定，选址、气候条件、能源策略、水资源、交通、建筑材料、绿化、施工过程等要素。

3.1 数据中心绿色衡量标准分析

如何衡量数据中心的绿色可以分成两部分：其一是绿色节能，其二是绿色环保。数据中心绿色节能可以从数据中心建筑群体和数据中心绿色以及设备设施能源效率两个层面来衡量。在数据中心建筑群体节能体系方面，最具代表性的是我国《绿色建筑评价标准》(GB/T50378—2006)，以及美国LEED™绿色建筑认证体系; 在数据中心设备设施能源效率方面，最具代表性的是绿色网格组织的PUE值评估。分析各国际代表性机构正在分布和制定各类绿色IT指标虽然其各有侧重，但尚未解决可以全面衡量并适应动态发展的技术和应用需求。

（1）PUE(能源利用率)

PUE是迄今为止使用最广泛的数据中心效率指标。该指标揭示了数据中心有多少能源被分配给了服务器、网络和存储等IT设备，以及有多少能源被用于冷却、照明和动力设备。一个“完美的”PUE值应当是1。PUE非常适合快速浏览数据中心运行时消耗的能源，可以从那里着手进行改进。PUE还无法帮助监测所供应的电力的有效使用情况。例如，使用虚拟化来提高平均服务器利用率，那么相应的效率提升并不能反映在PUE上。

（2）CUE (碳使用效率)与WUE(水使用效率)

CUE是用以衡量数据中心的碳排放量。CUE值的计算方法为测量数据中心总的CO2排放量，然后除以IT设备的能耗。WUE也是一个相对较新的指标，用于衡量IT的用水情况。WUE值计算方式与CUE值相似，为设施总用水量除以IT设备能耗。“完美的”CUE值或WUE值为0.0。

PUE和WUE量化了被纯能耗指标所忽视的基本元素，如果主要电力来源是碳，那么PUE值可能会很低，但是CUE值却会很高。如果依赖于水力发电或是更为高效的冷却系统，可能有一个很低的PUE 值和CUE值，但是WUE值却会很高。

（3）ERE(能源再利用效率)

由于PUE无法描述对数据中心所生产的附加能源的再利用情况，绿色网格组织在今年推出了ERE。ERE值的计算方式为将设备总能耗相加后减去重复利用的部分，然后再除以IT设备能耗。ERE值为1.0意味着仅需要为设施提供相当于IT能耗的电力。

（4）ScE(服务器计算效率)和DCcE(数据中心计算效率)

ScE是为了将目光由CPU利用率转向CPU效率。ScE是通过对服务器时间分配的描述来实现，因为在这期间，服务器在提供“主要服务”——其计划提供的服务的同时还需要提供“次要任务”，如病毒扫描、安全升级和硬盘碎片整理。DCcE是设施中所有服务器的ScE总合。这一概念可以用于识别未充分利用的服务器和申请虚拟化、整合或削减策略以提高效率。

（5）DCeP(数据中心能源生产力)

DCeP通过量化数据中心做的有用功与数据中心总能耗的比例。由于该指标需要对“有用功”进行定义，而目前整个行业还没有相关定义，因此DCeP在很大程度上只是一个框架。

（6）SPECpower

标准性能评估的SPECpower_ssj2008指标通过测量每秒每瓦服务器运行情况来评估服务器的能耗和性能，是有针对不同服务器的大型公共数据集。

（7）PPE(电源性能转化效率)

PPE被用于分析相对于现有IT设备的性能，这些设备的电源有效使用情况。在PPE 值的计算中，先测量设备的平均性能、能耗和利用率，然后将这些与事先定义的最佳目标进行对比。除以最佳电源性能转化值后的PPE值即代表实际的电源性能转化值。推动IT资源朝更高效的性能/每千瓦发展，可以对能耗改进产生双重影响，一个是将能源转化为功，另一个是在提高生产能力的情况下延长现有资产的寿命。

3.2 移动式与模块化

投资上千万元的数据中心，需要持续运行20-30年，但IT技术或计算模式每过2-3年就会发生变化，解决数据中心生命周期和成本随需而变的方案之一就是模块化设计。