数据中心能效案例研究：成功实施的最佳实践 (gb40879数据中心能效)

文章编号：25008 / 分类：互联网资讯 / 更新时间：2024-07-07 04:16:13 / 浏览：次

引言

提高数据中心的能效对减少能源消耗、降低运营成本和减少碳排放至关重要。本文将介绍数据中心能效最佳实践的案例研究，展示其成功实施如何带来显著的效益。

案例研究

案例 1：谷歌数据中心

实施最佳实践： 能源效率服务器、液体冷却、可再生能源
结果： 耗电量减少 40%，运营成本降低 30%

案例 2：微软数据中心

实施最佳实践： 云优化服务器、人工智能驱动的冷却系统、无 UPS 配置

如何降低数据中心能耗

1.增加物理服务器向虚拟服务器迁移的数量

2.实现虚拟机和物理主机整合和利用率的最大化

3.采购更多的高能效服务器和体系架构

参考资料:

绿色数据中心，应该从哪些方面考虑节能降耗？

一是机房规划与设计。在机房规划的过程中，要充分考虑节能的可能和空间。影响数据中心能耗的因素除电源、UPS和空调的配置之外，还有更多因素需要考虑，因此在规划建设数据中心机房时，需要全面考量。二是IT设备与技术。数据中心真正的“用户”是IT设备，不应该忽视IT设备的工作温度和湿度。如果选用了对工作温度和湿度都很敏感的IT设备，就不得不再花费大量的人力、物力去建立和维护耗能很大的空调保障系统。除了工作温度和湿度，IT设备自身的能效比也需要关注。 IT设备能效比=IT设备每秒的数据处理流量或每秒的数据吞吐量/IT设备的功耗。 IT设备的能效比越高，意味着IT设备每消耗1瓦的电能，所能处理、存储和交换的数据量越大。较高的IT设备能效比带来的一个好处是，可以大幅度地降低与数据中心机房配套的UPS、空调系统的容量及功耗，从而达到节能、节省投资和节省机房安装面积的目的。西信最新的PUE值是1.6以内，远领先于国内平均水平。

数据中心的节能降耗应该从哪些方面做起？

更换产品，这个是最低级别的，但是最简单易行的。其次是构建管理系统比如能源管理软件啊，等等。改造数据中心很难，需要现场Audit，然后找到非常资深的人来对标分析。如果新建就容易些，市场上高端的解决方案，能效，成本和工期等等都可以保证。我们这里的数据中心是几年前改造的,APC做的方案和项目，当时数据中心没有更多空间安装新的设备但是电力还充裕，所以先找到一些空间，做了高密度岛，然后把应用迁移到高密度岛呢。腾出更大的空间，再做一个高密度岛。前后持续改造了4年。比原来建一个新的数据中心好多了。热通道封闭的英飞系统。

数据中心要如何实现节能减排增加能效

我们的研究表明，通过更加严格的管理，公司可以将数据中心的能效提高一倍，从而降低成本并减少温室气体的排放。具体而言，公司需要更积极地管理技术资产，提高现有服务器的利用率水平；公司还需要更准确地预测业务需求对应用程序、服务器和数据中心设施容量的推动效应，以便控制不必要的资本和运营支出。数据中心的效率是一个战略问题。企业建造和运营数据中心花费的资金在公司IT预算中占的比例不断上升，导致用于急需技术项目的预算越来越少。数据中心建造计划是董事会一级的决策。同时，监管部门和外部利益相关方也越来越关注公司管理自身碳足迹的方式。采用最佳实践不仅有助于公司减少污染，还能够提高它们作为良好企业公民的形象。 IT成本高昂如今，公司进行的分析越来越复杂，客户要求实时访问账户，广大员工也在寻找新的技术密集型协作方法。因此，即使在经济放缓时，人们对于计算、存储和网络容量的需求也在继续增长。为了应对这一趋势，IT部门正不断增加计算资源。在美国，数据中心的服务器数量正在以每年约10%的速度增加。与此同时，在中国和印度等新兴市场，机构正在变得越来越复杂，更多的运营工作实现了自动化，同时有越来越多的外包数据业务在这里进行，因此数据中心的数量呈现出更快的增长态势。这种对计算资源无法抑制的需求，导致全球数据中心容量稳步上升。目前，这种增长并没有显露出即将结束的迹象，通常在经济衰退时期它只会进入温和增长状态。这一增长已经导致了IT成本激增。如果将设施、存储设备、服务器和人员成本都计算在内，数据中心支出一般会占到企业IT总预算的25%。随着服务器数量不断增长，电价也正以高于收入和其他IT成本的速度攀升，上述比例只会日益提高。每年，运行这些设施的成本都在以高达20%的速度上升，而IT总支出的增长速度仅为6%，二者相差极为悬殊。数据中心支出的不断增加，改变了许多企业的经济结构，尤其是金融、信息服务、媒体和电信公司等信息密集型企业。在过去5年中，成立一个大型企业数据中心所需的投资已经从1.5亿美元升至5亿美元。在IT密集型企业中，最大设施的造价正逼近10亿美元。这一支出挤占了新产品开发的资本，降低了某些数据密集型产品的经济效益，并降低了利润。此外，不断上升的能耗产生了更多、范围更广的碳足迹，导致了环境恶化。对于大多数服务行业，数据中心是企业最主要的温室气体排放来源。在2000到2006年间，用于存储和处理数据的电力翻倍，每个数据设施的平均耗电量相当于2.5万个家庭的总和。世界上共有4400万台服务器，消耗了总电力的0.5%。如今，数据中心的碳排放已经接近阿根廷和荷兰等国家的碳排放水平。仅仅在美国，到2010年数据中心的预计用电增长量就相当于要新建10座电厂的发电量。目前的预测显示，如果不对需求加以遏制，2020年全球数据中心的碳排放将是现在的4倍。监管部门已经注意到这些发展趋势，正在督促公司拿出解决方案。美国环保署(EPA)建议，作为建立运营效率标准的第一步，大型数据中心应当使用能量计。同时，欧盟也发布了一套自愿执行的行为准则，其中介绍了以较高的能效运行数据中心的最佳实践。随着数据中心排放量的持续上升，政府可能会为了减排而施加更大的压力。第2页：全面应对挑战全面应对挑战在信息密集型机构中，许多部门和级别的人员都可以做出影响数据中心运营效率的决策。金融交易员可以选择运行复杂的蒙特卡洛(MonteCarlo)分析，而药物研究人员可以决定要将多少临床实验影像数据存储起来。负责应用程序开发的管理人员可以决定用多少编程工作来满足这些需要。服务器基础设施的管理人员可以做出设备采购决策。设施主管则可以决定数据中心的位置、电力供应，以及在预测的需求出现前安装设备的时间表。上述决策通常是在孤立状态下做出的。销售经理可能会选择将交易由隔夜结算改为即时结算，金融分析师则可能希望为历史数据存储几份副本，他们完全没有考虑到这样做会对数据中心的成本造成什么影响。应用程序开发人员很少想到要对自身的工作进行优化，以将服务器用量降到最低，也很少考虑开发能够跨服务器共享的设计应用程序。购买服务器的管理人员可能会选择价格最低或他们最熟悉的产品。但是这些服务器也许会浪费数据中心的电力或空间。很多时候，管理人员会超额购买设备，以保证在最极端的使用情况下拥有足够的容量，而这会造成容量过剩。管理人员往往会建造有多余空间和高制冷容量的设施，以满足极端情况下的需求或应对紧急扩建。这些决策在整个机构中累加起来，将对成本和环境造成重大影响。在许多情况下，公司可以在不降低自身数据管理能力的前提下，停用现有的部分服务器，并搁置购买新服务器的计划。这可以借助一些众所周知的技术来实现。比如虚拟化，这种技术实际上是通过寻找服务器的空闲部分来运行应用程序，以达到容量共享的目的。但是公司不一定会这样做，因为没有哪位高管能够承担“端对端”的责任。在机构内部，管理人员会以最符合自身利益的方式行事，这就造成大多数数据中心效率低下，每台服务器上常常只运行了一个软件应用程序。我们分析了一家媒体公司的近500台服务器，其中利用率低于3%的占三分之一，而低于10%的则占三分之二。虽然有诸多用于跟踪使用情况的现成管理工具，但这家公司没有使用其中任何一种。从全球来看，我们估计服务器的日常利用率一般最高只有5%到10%而已，这造成了能源和资金的浪费。对此，数据中心管理人员一般会回答，配备这些服务器是为了在极端情况下提供容量，例如应付圣诞节前一天的购物潮。但一般来说，这一论断并不成立，因为数据显示：如果平均利用率极低，那么高峰时段的利用率也会很低。此外，数据设施的数量不断攀升，但所存放的服务器和相关设备有时仅占数据设施容量的一半，这说明有上亿美元的资本支出被浪费了。即使公司报告认为数据中心已经满载，但沿着数据中心的过道行走，经常会发现服务器机架上有很多空位，原先放在这些空位中的设备都已经淘汰。之所以出现这种不一致的现象，部分原因在于预测数据中心需求的难度很高。运营的时间框架是一个问题。数据中心的设计和建造一般需要2年或更长时间，而预计的使用寿命至少为12年，因此容量是在业务部门产生实际需求之前就已经设定的。与此同时，对于业务决策如何互相影响，如何转化为对新应用程序的需求，以及需要多少服务器容量才能满足需求，还存在着认识不够全面的现象。例如，如果客户需求增长50%，许多公司很难预测出服务器和数据中心的容量是需要增加25%，还是增加100%。在极端情况下，我们发现一些设施在投入运营后常年处于半空状态；而另一些公司在建成一个数据中心之后，很快就发觉需要再建一个新的。如今数据中心已经成为一项昂贵的资产，由此可以推断，财务绩效责任落实得十分糟糕。设施的财务和管理责任往往会落在不动产管理人员身上，而这些人基本不具备相关的专业技术知识，对于IT与核心业务问题的联系也缺乏深入的认识。同时，管理服务器运营的人员很少去了解关键运营支出的数据，例如耗电量或IT设备所占不动产的实际成本。相反，当IT管理人员决定购置更多的应用程序或新的服务器时，有时只会使用硬件初始成本和软件许可证费用等基本指标。计算实际成本时，需要考虑设施运营和租赁、电力使用、支持以及折旧等因素。这些费用可能是服务器初始购置成本的4到5倍。加上前面说到的孤立决策和责任问题，数据中心通常会添加额外的服务器作为保险措施，而很少讨论成本权衡或业务需求。在缺乏实际成本分析的情况下，过度建造、过度设计和效率低下就成了普遍现象。第3页：改革运营方式改革运营方式在研究之初，我们以为通过建造新的节能型数据中心，可为降低数据中心的成本和碳排放指出一条光明大道。新的设施可以发挥当前各种技术的优势，利用自然冷却方法和碳排放较低的电源。但我们还了解到，在降低成本和碳排放方面成效最显著的方法是改善公司现有数据中心效率低下的状况。通过改善资产管理，增强管理层的责任意识，并且为降低能源成本和碳排放设立清晰的目标，大多数公司都能够在2012年之前将IT能效提高一倍，并遏制其数据中心温室气体排放的增长。实际上，您无需另行建造就能获得最环保的数据中心。积极管理资产一家大型公司采用的做法表明，规范现有服务器和设施的使用就可能产生巨大的收益。这家公司原本的计划是，增加服务器的数量，并建造一个新的数据中心来容纳这些服务器和其他IT设备，以便满足自身在2010年的信息需求。该公司的董事会已经批准了这项计划，但这意味着企业在这一年会有大量的资本支出。于是，这家公司彻底修改了计划。它将关闭5000多台很少使用的服务器。通过对占公司应用程序总量15%的3700个应用程序进行虚拟化，可以将现役服务器的数量由2.5万台减少至2万台。公司还更换了一些较为陈旧的服务器，代之以能够将用电效率提高20%的产品。这些调整使公司得以搁置原先的数据中心扩建计划，并因此节省了3.05亿美元的资本投资成本。由于服务器数量和耗电量的下降，运营支出预计将减少4500万美元，降低到7500万美元。考虑到停用和虚拟化因素，服务器运行时的平均容量利用率将由目前的5.6%升至9.1%。该公司仍然能够满足自身日益增长的数据需求，但是电力需求的减少，意味着未来4年内的二氧化碳排放将由59.1万吨削减至34.1万吨。公司还可以通过对不断上升的数据需求加强管理来实现节约。对于应当保留多少数据，是否要缩减某些数据密集型分析的规模，业务部门应当审查相关的政策。一些交易的计算可以推迟，以降低服务器在高峰时段的利用率，也并不是所有企业信息都需要基于广泛备份的灾难恢复功能。更好的预测和规划是提高数据中心效率的基础。公司应当跟踪自己对数据需求的预测与实际需求之间的差异，然后向能够最大限度减少预测偏差的业务部门提供奖励。数据中心的管理人员应尽可能全面了解未来的趋势，例如机构增长和业务周期等，然后将这一趋势与自身采用的模型结合起来。由数据中心、应用架构师和设施操作人员提供的建议可以用于改善这些模型。一家全球通信公司制定了一套规划流程，将每个业务部门数据增长量的各种发展情况包括在内。虽然公司最终得出的结论是，它需要扩大容量，但是未来需求中有很大一部分可通过现有资产来满足，这比原计划节约了35%的资本支出。许多机构并没有将数据中心看作一种稀缺的昂贵资源，而是将其当成了等待注水的水桶。为了避免这种趋势，公司在估算新服务器或附加应用程序和数据的成本时，可以采用实际拥有成本(TCO)核算法。业务部门、软件开发人员或IT管理人员在进行支出决策时，很少会将应用程序和服务器的生命周期运行成本考虑在内。提早计算这些成本，有助于限制过量的需求。管理这些变化可能十分困难。大型机构中的许多人并没有意识到数据的成本。企业的每一个部门都会产生对于数据中心服务的需求。满足这些需求的责任分散在IT部门(包括运营和应用开发)、设施规划人员、共享服务团队和企业不动产职能部门身上。成本报告工作并没有统一的标准。第4页：提高总体效率提高总体效率作为数据中心改进计划的一部分，我们建议采用一项新的指标：企业数据中心平均效率(CADE)。与美国的企业燃料平均经济性(CAFE)里程标准类似，CADE考虑了数据中心内的设施能效、设施利用率和服务器利用率水平。将这些因素综合起来，就得到了数据中心的总体效率，即CADE(图)。减少了成本和碳排放的公司将提高自身数据中心的CADE分数。这就像在汽车行业中，出色的里程数能够提高CAFE评级一样。为了给改进工作设立目标，我们将CADE分为五级。属于CADE第1级的数据中心运营效率最低；大多数机构最初可能都会被归入较低的级别。关闭利用率低下的服务器、采用虚拟化技术以及提高设施空间的使用效率，都将提高CADE分数。借助CADE，公司还可以对整个数据中心的设施进行基准比较分析，或者与竞争对手进行比较，也可以为管理人员设立绩效目标并加以跟踪。在数据中心的需求管理方面，我们建议采用一种由首席信息官全权负责的新治理模型。在这种体制下，首席信息官能够更为透彻地了解各业务部门的数据需求；对于需要更多服务器或软件应用的新数据项目，他们可以强制要求将能耗和设施成本考虑到相应的投资回报计算中。我们还建议首席信息官采用一种新的指标来衡量改进情况，请参见副文“提高数据中心的效率”。通过强化责任，首席信息官将拥有更高的积极性来寻求改进，例如采用虚拟化技术和提高现有设施的利用率。由于这种模型将关键业务决策的更多责任集中在首席信息官身上，因此不但需要首席执行官的全力支持，而且要求机构转变以往对于业务部门的数据中心扩容请求有求必应的思维模式。此外，首席信息官还应当设定将数据中心的能效提高

什么是维护服务器？

作为互联网的一个重要组成部分，服务器担任着很重要的角色。其实不光是互联网，像银行、超市、医院哪一个行业都离不开服务器7×24×365的支持。当设备正常运转的时候人们不会意识到它存在的重要性，但服务器出现宕机，用户不能在银行存取款，超市的产品也没有价格，医院的药价、病人信息也都不能及时提取，这些因为服务器故障而出现的问题接踵而来，摆在经理、管理员面前的只有投诉和抢修。作为一位管理员担负着让服务器稳定维护、降低故障的责任，谁都不希望看到服务器出现故障。服务器已经不能满足应用需求　随着信息化建设的飞速发展，很多企业意识到自己的服务器已经不能满足自己发展的需要了。某公司服务器会经常出现宕机等情况，其原因是服务器不能承担更多的用户访问数量、还有处理器因为过于陈旧会出现资源占用率过高的情况。以上仅仅是举个例子，生活中的实例还会更多，在这就不一一列举了。不仅是升级产品的烦恼，一些企业在选择产品的时候，面对众多品牌和销售人员的花言巧语都不知所措。仅凭书面介绍和应用案例，用户无法清楚了解自己的应用能否被所选购的产品满足。买回去之后发现，该套方案并不适用自己的应用，结果造成了投资的浪费。旧机器带来了更多的电费开支　很多企业不会想到服务器运行一年的电费开支是多少？怎样可以节约？表面上服务器是消费电力，其实服务器的运行还增加了二氧化碳的排放。为什么这样说呢？因为国内绝大部分服务器是放在数据中心托管，因此上百台服务器就需要一个很好的冷却环境，因为只有当温度达到一定程度时，服务器才可以稳定运行。在数据中心所使用的电能中，有38%～63%由服务器所消耗，其次是空调，它消耗了约23%～54%的电力。下面我们引用一些数据来看一下服务器数据中心所带来的环境危害有多严重。早在06年美国政府就完成了一项调查，IT行业一年内共消耗了约610亿千瓦时，占美国耗电量的 1.5%的电量，总电力成本约45亿美元。据数据分析公司称，运行和冷却数据中心所需的大量电能现已导致二氧化碳排放量占了全球因信息和通信技术产生的二氧化碳总排放量的四分之一。根据EPA的报告，在过去的5年多时间里，服务器和数据中心的电力消耗增长了1倍；而在未来5年内，电力消耗还将增长一倍，高达1000亿kWh，每年消耗74亿美元。而根据美国环保署向国会递交的一份有关服务器和数据中心能耗问题的报告，如果数据中心采用更具能效的设备和更优化的操作方式，那么美国的数据中心全年可以节约40亿美元电力支出。由此可见采用新技术来保护环境是一件刻不容缓的事情。怎样节约投资成本？　1.硬件升级　这里谈到将服务器进行硬件升级，很多用户都不理解，我们已经有了服务器，而且运行稳定，那为什么要去升级呢？首先将服务器升级是为了提高性能，满足更多、更复杂的应用需求，增加企业对未来应用的扩充能力。其次，将服务器升级不仅可以降低电费开支，还可以整合服务器资源，同时达到降低成本的目的。最后，通过服务器的升级、整合达到更利于管理的目的。服务器硬件升级分为两个阶段，一种是在原有基础上将配件进行升级更新，就是更新处理器、内存、硬盘等。还有一种是整套设备迁移，也就是将数据迁移到新的设备中，淘汰陈旧的设备。目前我们用到的双核产品都可以平滑过渡到四核，从而降低企业投资成本。 2.采用虚拟化技术整合应用　通过虚拟化将服务器整合，因为新服务器从单机性能上提高了，从而让一台服务器能担任更多的任务。目前，英特尔的数据中心，机架和刀片式服务期都在同时采用，一方面充分利用目前的一些能力，主要是指多核处理器。同时刀片服务器的部署，是采用了网格计算虚拟化的理念，尤其是再工程部门进行数据处理方面，也通过虚拟化进行服务器的整合。 3.软件优化　除了硬件方面提高产品性能之外，软件方面我们也要进行优化和调试，这样才可以进一步保证服务器性能达到最佳状态。我们仅以数据库方面举例：某省数据库CPU长时间负载很高，很多时候还经常是cpu idle值为各位数，甚至经常为<5 的各位数，于是赶紧登陆检查，发现主要的瓶颈是WAIT IO，初步判断是和业务中的SQL语句有关的问题造成的。依据STATSPACK和一些维护经验，作出了修改策略，将改表重建为时间分区表，按月份存放，并建立相应的local index，仅这一项优化就使得wio降低了25%左右。由此可见软件优化对于服务器性能的重要性。作为企业级用户，如果您已经感觉到自己的服务器已经不能满足需求，或不清楚您所需要采购哪种类型的服务器，请参考我们近期推出的《软硬兼施　稳定为先》服务器升级、维护专题，或者在文章下面给我们直接留言。参考

如何提高数据中心的效率？

（1）优化IT功率由于IT系统最终需要供电，数据中心管理人员需要尝试降低所需IT设备的功率（称为负载有功功率）。 60％的有效负载功率由服务器消耗，因此采取以下行动降低所需的能耗至关重要：•清理工作负载，并消除一切不必要的负载。 •合并虚拟机。 •虚拟化更多的工作负载。 •继续关闭那些供电但不起作用的服务器。 •用较新的服务器替换旧服务器。（2）优化数据中心空间在服务器虚拟化出现之前所构建的数据中心可能被过度构建，以满足当时的设备需求，因此如今可以进一步减少IT设备所需的空间和更少的IT功率。在构建新的数据中心时，将数据中心分解为单个模块的模块化设计是值得考虑的，这些模块可以作为更灵活有机的数据中心设计的一部分，并且不断更新升级。（3）优化数据中心冷却为了实现最低的能耗，数据中心管理人员应确保采用基本的数据中心冷却最佳实践：•安装节能器-节能器在寒冷地区可显著降低PUE。例如，在北美的大部分地区，40％至90％的冷却可以通过能器节使用从外部进来的空气。 •包含设备和热量-隔离结构可容纳数据中心设备产生的最多热量，将热量从数据中心散发出去，或加热建筑物的其他部分空间。 •优化空调系统-优化空调系统有两种主要方式，一是使用替代的冷却源（例如空气优化器）定期关闭空调系统，二是或者持续改变电源频率，这有助于减少总的能量消耗。（4）提高数据中心电源和冷却的效率过时的电力输送系统，包括不间断电源（UPS），配电单元（PDU）和变压器，可能对PUE值产生负面影响。因此，可以评估当前状况，未来需求和现代替代方案。虽然这需要一定的时间和投资，但通常在PUE值改进方面和节省成本方面会带来良好的回报。（5）利用DCIM工具可以通过使用数据中心基础设施管理（DCIM）软件实现对能源效率的进一步改进。 DCIM软件在物理IT设备的操作需求和物理设施（建筑物和环境控制）之间提供必要的联系。

公共建筑能耗监测系统的意义？

公共建筑能耗监测系统的意义： 1、管理者不了解建筑各设备系统的实际用能水平，缺乏详细的能耗数据积累，缺少科学的用能水平评价方法。 2、设计者不了解各项节能技术的实际节能效果。一些节能技术手段被滥用；一些虽然效果显著，但概念不够响亮的节能技术手段无法得到应有的重视，一些建筑设计采用了大量所谓的节能技术，但并没有收到理想的节能效果。因此，需要建立规范的分项能耗监测系统，而云集能耗监测系统能实时监测各个分项的能耗水平，实现在线运行管理与监测，与同类建筑、设计标准等进行横向对比，辅助节能诊断，并衡量节能改造的实际效果，从而最终实现减低能耗、改进系统运行效率、延长设备使用寿命、提高人员舒适和工作效率等。

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