文/查貴庭 李新權(quán) 張揆

南京農(nóng)業(yè)大學(xué)：數(shù)據(jù)中心節(jié)能策略

文/查貴庭 李新權(quán) 張揆

為解決全校IT設(shè)備分散運行帶來的能耗高、浪費重的問題，從學(xué)校全局來規(guī)劃能夠容納全校IT設(shè)備、實現(xiàn)全校IT集中托管與整合共享、滿足信息化數(shù)據(jù)容災(zāi)備份與安全的全校雙數(shù)據(jù)中心布局架構(gòu)。

節(jié)約能源、保護環(huán)境已經(jīng)成為時代的主旋律，作為IT行業(yè)最核心的數(shù)據(jù)中心，不斷降低系統(tǒng)能耗、提高能源使用效率，已經(jīng)成為IT行業(yè)不斷努力的目標(biāo)和歷史責(zé)任。

數(shù)據(jù)中心節(jié)能的必要性

節(jié)約能源、保護環(huán)境已經(jīng)成為時代的主旋律，作為IT行業(yè)最核心的數(shù)據(jù)中心，不斷降低系統(tǒng)能耗、提高能源使用效率，已經(jīng)成為IT行業(yè)不斷努力的目標(biāo)和歷史責(zé)任。

一方面國家大力倡導(dǎo)數(shù)據(jù)中心節(jié)能。數(shù)據(jù)中心是國家信息化重要基礎(chǔ)設(shè)施，為了推動數(shù)據(jù)中心的節(jié)能減排，工業(yè)和信息化部在《工業(yè)節(jié)能“十二五”規(guī)劃》提出，“到2015年，數(shù)據(jù)中心PUE值需下降8%”的目標(biāo)。國家發(fā)改委等組織的“云計算示范工程”也要求示范工程建設(shè)的數(shù)據(jù)中心PUE要達到1.5以下。

另一方面巨大需求促使數(shù)據(jù)中心迅猛發(fā)展。據(jù)3CPP調(diào)查，2011年我國數(shù)據(jù)中心總耗電量達700億千瓦時，已經(jīng)占到全社會用電量的1.5%，為了滿足我國云計算、大數(shù)據(jù)處理需要，未來5年我國對數(shù)據(jù)中心流量處理能力的需求將增長7～10倍，機房面積的需要再翻一番才能滿足發(fā)展需求。

可見，降低數(shù)據(jù)中心能耗，建設(shè)節(jié)能型數(shù)據(jù)中心將成為我國信息化發(fā)展的戰(zhàn)略任務(wù)，成為國家節(jié)能減排的重要內(nèi)容。

數(shù)據(jù)中心節(jié)能實踐

南京農(nóng)業(yè)大學(xué)數(shù)據(jù)中心是學(xué)校最關(guān)鍵的信息化基礎(chǔ)設(shè)施，2012年已建成啟用的數(shù)據(jù)中心，在確保一定的先進性、可擴性的前提下，重點在節(jié)能技術(shù)應(yīng)用上進行了積極的探索與實踐，取得了顯著的節(jié)能成效。

規(guī)劃全校IT設(shè)備集中托管布局，減少能耗和空間浪費

自1996年以來的10多年，學(xué)校IT信息服務(wù)設(shè)備基本都處于各自為政、分散存放的狀態(tài)，不僅占用了學(xué)校大量的房屋資源、人力資源、投資資源，也帶來了大量的能源浪費和高昂的運行成本。

圖1 南農(nóng)大數(shù)據(jù)中心冷池示意

為解決全校IT設(shè)備分散運行帶來的能耗高、浪費重的問題，在規(guī)劃新數(shù)據(jù)中心時，首先就考慮以全校IT設(shè)備集中存放、統(tǒng)一管理、整合利用為目標(biāo)，從學(xué)校全局來規(guī)劃能夠容納全校IT設(shè)備、實現(xiàn)全校IT集中托管與整合共享、滿足信息化數(shù)據(jù)容災(zāi)備份與安全的全校雙數(shù)據(jù)中心布局架構(gòu)。

注重節(jié)能選址與建材，提高長遠能源效能

數(shù)據(jù)中心選址及裝修材料，不僅對數(shù)據(jù)中心長遠能源使用效率影響深遠，而且也關(guān)系到數(shù)據(jù)中心后續(xù)節(jié)能措施的有效實施。我校新數(shù)據(jù)中心的基礎(chǔ)規(guī)劃重點，就是考慮選址和建材節(jié)能。第一，以建筑物北面作為數(shù)據(jù)中心選址的必要條件，樓層以底層為佳，最終選擇了理科實驗樓一樓的北面為數(shù)據(jù)中心、南面為辦公服務(wù)，從而減少太陽光直接輻射產(chǎn)生的熱量和樓層偏高帶來的熱聚效應(yīng)對數(shù)據(jù)中心機房的能耗影響。第二，在數(shù)據(jù)中心建設(shè)材料的選擇上，主要采用了隔熱、保溫、防水、節(jié)能的材料，不僅保證了新數(shù)據(jù)中心的保溫與隔熱，減少了外部環(huán)境的影響，而且良好隔音材料與措施，也確保了機房噪音對外界的影響。

按照應(yīng)用類型分區(qū)規(guī)劃，有效降低pPUE值

高校數(shù)據(jù)中心設(shè)備種類多、應(yīng)用類型復(fù)雜，如果不做科學(xué)分類和分區(qū)，將造成設(shè)備與應(yīng)用相互影響、增加能耗。我校新數(shù)據(jù)中心在規(guī)劃之初就在充分調(diào)研了各種應(yīng)用設(shè)備的功耗、發(fā)熱量基礎(chǔ)上，將數(shù)據(jù)中心的設(shè)備托管部分劃分成為5大功能區(qū)域，并對不同區(qū)域配置不同的強弱電列頭柜、配電容量、空調(diào)送風(fēng)量和機柜容積密度等，以降低不同區(qū)域的pPUE值，實現(xiàn)整體數(shù)據(jù)中心PUE的下降。

5個區(qū)域分別是公共信息服務(wù)區(qū)（含網(wǎng)絡(luò)核心交換設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)公共服務(wù)系統(tǒng)設(shè)備等）、信息發(fā)布服務(wù)區(qū)（承載校內(nèi)各類網(wǎng)站應(yīng)用）、數(shù)字教學(xué)資源區(qū)（含數(shù)字圖書館設(shè)備、管理信息系統(tǒng)設(shè)備、教學(xué)資源存儲設(shè)備等）、科研信息服務(wù)區(qū)（含科學(xué)實驗、社會合作的各類信息服務(wù)設(shè)備）、高性能計算區(qū)（含生物信息學(xué)、統(tǒng)計學(xué)的高性能計算設(shè)備）等。

采用節(jié)能冷卻系統(tǒng)設(shè)計，降低機房整體PUE值

國內(nèi)外大量的研究表明：傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心制冷能耗是除IT設(shè)備外的最大能耗源，約占整個機房能耗的30%～50%，制冷節(jié)能設(shè)計將可顯著降低數(shù)據(jù)中心的PUE值。

我校新數(shù)據(jù)中心在采取一系列的常規(guī)節(jié)電措施的基礎(chǔ)上，如：提高地板高度和通暢性、增強地板密閉性、保證空調(diào)室外機通風(fēng)性等，還大膽地在高校較早地采用了冷池機柜冷卻技術(shù)，即將機柜面對面擺放，中間建設(shè)密閉通道，確保機房冷熱氣流混合。

冷池機柜技術(shù)的應(yīng)用可有效地分離機房中的冷熱氣流，冷風(fēng)只有穿過機柜、降低設(shè)備溫度后，才能被空調(diào)回風(fēng)，從而避免了冷熱空氣的混合、提高了制冷效率，最大限度地滿足了設(shè)備降溫、提高了機柜密度，擴大了冷風(fēng)與回風(fēng)間溫差、降低了空調(diào)制冷功耗，整個機房的PUE值得到了有效降低。

運用IT設(shè)備節(jié)能技術(shù)，降低IT設(shè)備運行能耗

我校新數(shù)據(jù)中心在IT設(shè)備的選擇上，也積極在IT設(shè)備的節(jié)能技術(shù)方面積極探索。首先，在采購設(shè)備時，將設(shè)備具備節(jié)能設(shè)計作為設(shè)備選擇的重要參考指標(biāo)，以確保進入數(shù)據(jù)中心的托管設(shè)備自身已具備了節(jié)能功能，從而減少不必要的IT設(shè)備能耗。其次，就是以網(wǎng)絡(luò)信息中心主導(dǎo)，于2012年進一步完善了虛擬化服務(wù)器動態(tài)信息服務(wù)平臺，該虛擬化平臺可為全校各單位常規(guī)信息應(yīng)用提供及時、靈活的虛擬服務(wù)器配置，并逐步將機房中原有冗余的、獨立的、高能耗的服務(wù)器清除出新數(shù)據(jù)中心，以減少機房中IT設(shè)備的能耗。

至2013年底，學(xué)校已完成了常規(guī)托管服務(wù)的全面虛擬化配置，現(xiàn)已分配各類信息應(yīng)用需要的虛擬服務(wù)器近200套，全校常規(guī)信息服務(wù)的虛擬化率超過了90%，數(shù)據(jù)中心常規(guī)信息服務(wù)的節(jié)能成效十分明顯。

學(xué)校新數(shù)據(jù)中心采用了多方面的節(jié)能設(shè)計，并進行了實踐，節(jié)能措施與成效已得到學(xué)校各方面、同行專家的高度認(rèn)可與贊賞。下一步的節(jié)能舉措將重點放在數(shù)據(jù)中心各環(huán)節(jié)能耗指標(biāo)計測量上，希望通過對環(huán)節(jié)的能耗數(shù)據(jù)動態(tài)準(zhǔn)確監(jiān)控測量，實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心各環(huán)節(jié)能耗的科學(xué)計量與預(yù)警，為科學(xué)、合理和有針對性地采取節(jié)能措施提供科學(xué)依據(jù)。

模塊化數(shù)據(jù)中心：開辟新道路

模塊化是指將系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為模塊的方式來提供服務(wù)。通過一種面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)，根據(jù)功能需要將基礎(chǔ)設(shè)施模塊化。當(dāng)今使用標(biāo)準(zhǔn)化的構(gòu)建模塊進行數(shù)據(jù)中心的規(guī)劃設(shè)計，已經(jīng)成為了數(shù)據(jù)中心建設(shè)過程中的重要方法。如今模塊化設(shè)計在大型的云計算數(shù)據(jù)中心以及超級計算機中都很常見，模塊化數(shù)據(jù)中心的供應(yīng)商也準(zhǔn)備將這一趨勢進一步推向主流。

在模塊化數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用方面，IBM、微軟、谷歌等互聯(lián)網(wǎng)巨頭已經(jīng)率先采用了模塊化數(shù)據(jù)中心。微軟公司采用Rackable公司提供的集裝箱在美國芝 加哥城外建造了一座擁有150個集裝箱式數(shù)據(jù)中心的大型數(shù)據(jù)中心，每個數(shù)據(jù)中心都配置了1000到2000臺服務(wù)器。谷歌公司也不甘落后，他們的模塊化數(shù)據(jù)中心包括一個聯(lián)合運輸?shù)募b箱和集裝箱內(nèi)的計算系統(tǒng)。