实现节能的数据中心

电能的使用不是数据中心的典型设计标准，也没有作为一项开支得到有效管理。但在数据中心的生命周期内，电能成本可能会超过包括 UPS 在内的电源系统的成本，也可能会超过 IT 设备的成本。 如果电能成本可以得到有效控制，将帮助客户节约大量资金。在设计新设施时可以实现最大程度的节约，但现有的和改造的设施也可以实现某种程度的节约。在设计新数据中心的过程中，只需进行简单且不需成本的决策，便可以节约20-50%的电费；如果系统化进行设计，则可以减少多达90%的电费。

数据中心使用的能源只有大约一半甚至不足一半消耗在 IT 负载上。另一半消耗在包括电源设备、冷却设备和照明设施在内的网络关键物理基础设施 (NCPI) 设备上。能源消耗降低有两种形式：一种是只避免能源消耗，但不会降低功率容量需求；另一种是也会降低安装的功率容量。可避免使用能源但不降低安装功率容量的节能通常被称为“暂时性节能”，可降低安装功率容量的节能被称为“结构性节能”。在数据中心，结构性节能效果约为暂时性节能的两倍。

事实上，通过降低能源消耗就可以降低与功率容量相关的成本以及能源成本。也就是说，如果一种实施方法在许多情况下可以节约电能，则它也能够减少 NCPI 基础设施成本（主要由负载功率需求引发）。此外，暂时性降低能源消耗与永久性降低能源消耗是不同的。暂时性节约（例如减负载或服务器电源管理）可以降低电力成本，但未必降低 NCPI 系统的额定功率和相关的 NCPI 基础设施成本。永久性或结构性更改（如高效率服务或高效率 UPS 系统）可同时降低电力成本和基础设施成本。

IT 设备能源消耗的降低

显而易见，能耗主要来自 IT 设备的电能开销。IT 设备的能耗直接导致电费开支，并由于要求配备同样消耗相应电量的各种电源和冷却设备而导致间接的电费开支。因此，所有 IT 人员均应注意控制 IT 设备的能耗。 用户可以从运营措施和规划措施两方面入手，系统化地降低能耗。

运营措施：淘汰某些 IT 系统

大多数数据中心仍有旧的技术平台处于运行中，供进行存档或研究之用。实际上，大多数数据中心都有一些应用服务器在运行，但根本没有用户。盘存这些系统并制定淘汰计划是很有用的。在许多情况下，即使系统没有实际淘汰，也可以使其脱机并关闭。用户可将多个旧技术平台上的应用合并到新服务器上，从而大幅度减少服务器总数。这样做，一般可以降低多达 20% 的能耗。即使未减少占地面积，但因用户部署的 IT 设备密度更高，恢复的功率容量也非常可观。

运营措施：以高效的方式使用现有系统

如今，大多数新服务器都具有电源管理功能。也就是说，它们可以在计算负载下降时降低能耗。这在几年前是不可能的事情，那时，几乎所有 IT 设备的能耗都是恒定不变的，且与计算负载无关。用户应当了解 IT 技术的这一变化，并了解其 IT 系统上电源管理功能的状态。在可能的情况下，应在具有电源管理功能的所有设备上启用该功能。需要注意的是，许多设备制造商提供的设备在默认情况下禁用这些功能。这可能需要升级应用程序，以确保其最大程度地利用电源管理功能。电源管理功能可以降低总用电量，但不能降低功率容量需求。

运营措施：迁移到更节能的计算平台

迁移到电力效率更高的平台是降低能耗的另一种有效策略。大多数数据中心都有已投入使用 3 至 5 年的所谓“低密度服务器”。通常，这些服务器每台消耗的电能与如今的刀片式服务器相当或更低，而每台的体积要大得多。从传统服务器逐台迁移到现代的刀片式服务器通常并不能降低总能耗，甚至有可能增加能耗。不过，这种迁移可以实现高得多的服务器组合密度。刀片式服务器产生的热量并不比同等的 1U 服务器多，但产生热量的面积更小，这会导致排热问题，因此会使人觉得刀片式服务器产生的热量过多。

在规划新服务器部署时，使用刀片式服务器而非其他形式的服务器通常会降低 20% 的能耗。这是因为通常刀片式服务器的电源效率更高，并且能够共享某些开销功能，如风扇。需要了解的是，与其他服务器形式相比，在新部署设备时选择刀片式服务器形式可以降低能耗，但刀片式服务器的能耗并不一定比旧服务器低。

通过上述讨论可以看出，从现有服务器技术进行逐台服务器的迁移并不一定会明显降低能耗。若要确定通过逐台迁移到刀片式服务器来节能的可能性，应该将现有服务器的能耗与所提议的任何刀片式服务器的能耗进行比较。而且，还应比较两种服务器的性能，以便用每瓦性能指标加以衡量。不难发现，迁移通常并不是降低能耗的最有效手段。至于新服务器技术帮助降低能耗的主要方法，一是通过合并服务器上的应用来减少服务器总数，二是对服务器进行虚拟化。

规划措施：虚拟化

服务器虚拟化可大幅降低 IT 功率需求。虚拟化几乎总是能够大幅度减少所安装的服务器数量。消除一台服务器可以产生约 200 至 400 瓦的结构性节能，具体取决于所使用的技术。因此，每消除一台服务器，每年可节约能耗约为 380 美元，这一结构性节约在10年内节约的总TCO成本约为每台服务器7680美元。这一节约数额明显大于服务器本身的成本。

规划措施：标准化

即使未使用虚拟化，对节能服务器实行标准化也是一种非常有效的方法。如今，刀片式服务器是电力效率最高的服务器形式。不过，一个刀片式服务器系统可以使用的刀片形式在性能和能耗方面差异巨大。基于服务器的应用的性能需求往往难以事先预测，因此，用户往往会以大量增加能耗为代价来指定尽可能高的性能。

如果服务器已经虚拟化，那么使用性能最高的服务器的策略一般是最大程度地降低总体能耗的最佳途径。不过，如果根据应用来部署服务器，则应当使服务器的性能与应用需求相匹配，这样才可以做到节能。

对刀片式服务器系统实行标准化并根据应用来部署服务器的用户，可以选择对两台刀片式服务器实行标准化，即一台高性能/高功率刀片式服务器和一台低性能/低功率刀片式服务器。能耗范围可以大于 2:1。合乎逻辑的策略是，默认情况下，在低性能刀片式服务器上部署应用，而仅在需要时，才迁移到高性能刀片式服务器上。刀片式服务器便于预配置，这使上述过程变得很容易。通过这种方式，典型的商业数据中心可以节约10%或更高的结构性IT负载能耗。

NCPI设备能源消耗的降低

根据负载适度规划 NCPI 系统的规模，使用高效的 NCPI 设备，以及设计节能的系统，可以降低 NCPI 设备的能源消耗。在采购过程中，用户可能会对 NCPI 设备的电力效率有所了解，但实际情况是，制造商提供的数据一般不足以用来确定实际的能源消耗差异，而且，与选择合适的NCPI设备相比，适度规划系统规模和系统设计两者对耗电量的影响都要大得多。

适度规划规模

在可供用户使用的所有方法中，根据负载适度规划 NCPI 系统的规模对 NCPI 的耗电量影响最大。大多数用户都不知道，不管是否存在 IT 负载，电源和冷却系统中都存在固定的损耗，而且这些损耗与系统的总额定功率成正比。在典型安装中，这些固定损耗是 NCPI 耗电量的主要形式。在 IT 负载很小的安装中，NCPI 设备的固定损耗通常会超过 IT 负载。一旦 NCPI 系统规模过大，固定损耗占总电费的比例就会提高。对于其负载仅为额定负载的 30% 的典型系统，每千瓦 IT 负载每年的电力成本约为 2,300 美元。如果根据负载适度规划系统的规模，每千瓦IT负载每年的电力成本降至大约1440美元，电力成本节约38%。

在实际安装中，适度规划规模有可能减少多达50%的电费开支。适度规划规模所具有的突出经济优势是业界纷纷采用模块化、可扩充的NCPI解决方案的主要原因。

节能的系统设计

系统设计对数据中心的电力消耗具有巨大的影响，由相同设备组成的两个数据中心的电费开支可能会有明显的不同。因此，系统设计在决定数据中心效率方面所起的作用甚至超过了电源和冷却设备的选择。与空调相关的问题通常会使数据中心在NCPI上的能耗为所需的两倍。根据标准化设计获得完整的NCPI系统，包括预先设计、预先测试并指定规格的模块，将成为未来规划和建设数据中心的标准方法。

使用高效的NCPI设备

尽管与 IT 架构、NCPI 适度规划或 NCPI 系统设计相比 NCPI 设备（比如电源和冷却设备）的选择对系统总耗电量的影响较小，但在设计节能高效的数据中心时，设备的选择仍然是一个重要因素。 即使是在相同条件下运行的相同类型的 NCPI 设备，彼此的电力损耗也存在巨大差异。例如，美国电力研究所的一篇论文称，在 30% 额定负载条件下工作的不同 UPS 系统的损耗介于 4% 到 22% 之间，相差达 500%。

降低总能源消耗的可行方法

适度规划NCPI、服务器虚拟化、更高效的空调架构、空调的“自然冷却”模式、更高效的地板布局、更高效的电源设备、合理调配空调、正确布置通风地板砖、安装节能照明设施以及安装挡板，以上10种措施均可用于数据中心降低电能消耗。其中，部署更高效的电源设备可助力企业数据中心节约成本高达4-10%。在典型负载下，全新的UPS系统比传统UPS的损耗低70%。

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数据中心的电力成本是一项巨大的运营成本，这一成本可以管理，也应该加以管理。现有数据中心的电力消耗可以通过各种低成本方式加以降低，但主要还是通过迁移到更节能的计算平台这一手段。对于新的数据中心，在IT架构和NCPI架构方面还可有其他选择，从而获得更大的节约效果。事实表明，与数据中心的传统设计方法相比，成本节约机会非常巨大，而实现这些节约所需要的投资却很少，在某些情况下甚至无需投资。