1 引言
數(shù)據(jù)中心是數(shù)據(jù)集中存儲的場所，是信息網(wǎng)絡服務、信息技術服務、數(shù)字內(nèi)容服務和互聯(lián)網(wǎng)服務的集中載體。在信息通信技術產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展過程中，數(shù)據(jù)中心發(fā)揮了重要作用。在數(shù)據(jù)爆炸式增長的今天，云計算已成為下一代互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展趨勢；而云計算的發(fā)展離不開數(shù)據(jù)中心，數(shù)據(jù)中心正發(fā)展成為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，成為新一代信息產(chǎn)業(yè)的主要組成部分。
與此同時，數(shù)據(jù)中心的能耗和能效問題也越來越成為一個突出的矛盾，其節(jié)能已經(jīng)成為一個核心議題。隨著國家對節(jié)能減排的重視，云化數(shù)據(jù)中心成為數(shù)據(jù)中心運營企業(yè)的重要手段，越來越多的運營商將云計算技術引入到數(shù)據(jù)中心的建設和運維中，用以降低整體運營成本，提高自動化運維管理水平。
本文綜合分析當前數(shù)據(jù)中心發(fā)展現(xiàn)狀，探討云化數(shù)據(jù)中心節(jié)能減排的關鍵技術和效果等問題。
2 數(shù)據(jù)中心能耗現(xiàn)狀
2.1數(shù)據(jù)中心能耗特點
數(shù)據(jù)中心與傳統(tǒng)電信機房相比，其主要特點是服務器、存儲和網(wǎng)絡設備眾多且集中，通常采用機柜、機架等方式堆放，需要大量的集中供電。除了服務器等設備的直接消耗外，各類信息設備不間斷運行，全年需要供冷，因設備散熱問題而帶來的制冷能耗巨大。當前數(shù)據(jù)中心的能耗特點主要有以下方面：
（1）數(shù)據(jù)中心運行能耗高、能效低
數(shù)據(jù)中心能耗巨大，主要集中在服務器設備和制冷設備方面，其中制冷系統(tǒng)能耗占整個機房運行能耗的30%～50%。圖1顯示了數(shù)據(jù)中心的大致能耗分布：
圖1 數(shù)據(jù)中心能耗分布圖
據(jù)統(tǒng)計，數(shù)據(jù)中心的能耗成本占到了總成本的50%左右，包括電力、機房占地、帶寬等各方面。在產(chǎn)生高能耗的同時，我國數(shù)據(jù)中心也存在著低能效的問題，機房主設備的平均負載比較低，資源利用率一直處于較低水平。傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心中90%的服務器90%的時間其CPU占有率低于10%，資源存在極大的浪費。
與高能耗相伴隨的是巨大的電費支出。斯坦福大學教授OhnathanG.Koomey針對數(shù)據(jù)中心的能耗報告稱，全球數(shù)據(jù)中心2010年共消耗1988億千瓦時的電力，是全年總發(fā)電量的1.1%～1.5%。電費支出已占數(shù)據(jù)中心運營成本的50%以上，有的甚至達到70%。傳統(tǒng)電信業(yè)務的電費支出僅占業(yè)務收入的2%左右，而數(shù)據(jù)中心業(yè)務的電費支出占業(yè)務收入的30%～50%。
數(shù)據(jù)中心耗電量占比如圖2所示。數(shù)據(jù)中心由于建設和運營的差異，導致其電耗差異很大。在美國，數(shù)據(jù)中心三年的能源消耗成本已經(jīng)等同于設備購置成本；在歐洲，三年的能源消耗成本已經(jīng)兩倍于設備購置成本；在我國，一個上規(guī)模的數(shù)據(jù)中心，三年的能源消耗成本甚至相當于該數(shù)據(jù)中心的建設費用。Google、微軟等數(shù)據(jù)中心大戶開始嘗試將數(shù)據(jù)中心建設在嚴寒地帶以減少電力消耗。
圖2 數(shù)據(jù)中心耗電量占比圖
（2）隨著數(shù)據(jù)中心業(yè)務增長，能耗增長迅速
近年來，數(shù)據(jù)機房的投資規(guī)模保持25%左右的年增長率，而數(shù)據(jù)機房耗電量將以每年10%～15%的速度遞增。在美國，數(shù)據(jù)中心每年的能源開銷達到了300億美元，約為總能源開銷的1.5%，并以每年18%的速度增長，其增長速度如圖3所示。
圖3 服務器增長與耗電量增長
斯坦福大學研究表明，全球數(shù)據(jù)中心的能耗在2000～2005年間翻了一番，2010年增加了75%。Gartner的調(diào)查顯示，2007～2020年間全球數(shù)據(jù)中心的碳排放量將由80百萬噸當量激增到340百萬噸當量，直追鋼鐵、造船、航空等產(chǎn)業(yè)。能源花費占IT預算的比例已經(jīng)從8%激增到48%，電力和制冷問題成為數(shù)據(jù)中心面臨的最大問題，數(shù)據(jù)中心產(chǎn)業(yè)已進入高耗能行業(yè)序列。
（3）我國數(shù)據(jù)中心數(shù)量多、規(guī)模小
我國數(shù)據(jù)中心總體規(guī)模比較小。據(jù)統(tǒng)計，規(guī)模在100臺服務器以下的數(shù)據(jù)機房占了絕大部分，全國有十萬個以上。這些機房不但占據(jù)了大量的場地空間，其運營管理也難以實現(xiàn)規(guī)模效應。
隨著云計算技術的發(fā)展，各項業(yè)務對數(shù)據(jù)中心的依賴越來越大，能耗問題也越來越嚴重。數(shù)據(jù)中心的高能耗不僅帶來耗電增加和運營成本的急劇攀升，而且產(chǎn)生沉重的碳排量負擔。如何利用各種管理、技術手段和措施，降低數(shù)據(jù)中心的能耗，已經(jīng)成為當務之急。云計算技術在帶來數(shù)據(jù)中心巨大發(fā)展的同時，其在數(shù)據(jù)中心的應用也為節(jié)能減排指明了新的方向。
2.2云化數(shù)據(jù)中心變革
數(shù)據(jù)中心的發(fā)展是以基礎設施為基礎，隨著網(wǎng)絡和互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務的發(fā)展而發(fā)展的，其發(fā)展進程大致可以分為三個階段。
（1）互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展前的初期階段。這個階段主要為客戶提供網(wǎng)絡線路、通信設備、電源和場地等基礎電信資源與設施的托管及線路維護服務。
（2）互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展階段。這個階段是因上世紀90年代互聯(lián)網(wǎng)的高速發(fā)展延伸而來的，以主機、網(wǎng)站等托管業(yè)務為主，提供場地出租、線路帶寬共享、主機托管維護、應用托管等服務。由于各類網(wǎng)站的發(fā)展，企業(yè)的各種互聯(lián)網(wǎng)設備如服務器、主機、出口帶寬等設備和資源需要集中放置、維護與管理，數(shù)據(jù)中心成為企業(yè)IT基礎設施放置和管理維護中心。
（3）云計算應用發(fā)展階段。本世紀互聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)等技術尤其是云計算技術的發(fā)展，帶動了數(shù)據(jù)中心的新型產(chǎn)業(yè)，以大型化、虛擬化、綜合化為主要特征，更注重數(shù)據(jù)的存儲和計算能力的虛擬化、設備維護管理的綜合化。
隨著云計算越來越被客戶接受，數(shù)據(jù)中心承擔了云計算的各類應用，這樣就出現(xiàn)了云計算數(shù)據(jù)中心的概念。云計算數(shù)據(jù)中心通過大規(guī)模數(shù)據(jù)中心集成的方式，采用高性能基礎架構(gòu)，實現(xiàn)資源按需提供，可以降低數(shù)據(jù)處理的平均費用，并通過規(guī)模運營降低能耗。
云計算正在引發(fā)新一代數(shù)據(jù)中心變革，引入了全新的建設和運營模式。云計算促使Google、微軟、IBM等大公司投入巨資，大力發(fā)展各自的數(shù)據(jù)中心，并向云方向轉(zhuǎn)化。Google在云計算IT基礎架構(gòu)上投入巨資，在美國平均每個數(shù)據(jù)中心耗資約6億美元。微軟自2007年起在全球已經(jīng)構(gòu)建了15個數(shù)據(jù)中心，每家數(shù)據(jù)中心耗資平均達到5億美元。IBM也投入巨資向云計算服務方向轉(zhuǎn)變。
對大數(shù)據(jù)量進行高效存儲處理和降低運維的需求，正在促使傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心向滿足云計算應用條件的數(shù)據(jù)中心轉(zhuǎn)型。據(jù)IDC公司預測，到2020年，全球所有IT部門擁有服務器的總量將會比現(xiàn)在多出十倍（包括虛擬機和物理機），所管理的數(shù)據(jù)將增長50倍，而IT管理人員的總數(shù)增長只有1.5倍。云數(shù)據(jù)中心可以有效增強自動化運維管理，降低運營維護成本。
3 云化數(shù)據(jù)中心的關鍵節(jié)能技術
3.1云化數(shù)據(jù)中心與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心的差別
數(shù)據(jù)中心是云計算發(fā)展的必要條件，云計算技術也為數(shù)據(jù)中心節(jié)能減排提供了新的技術保障。
從圖1可以看出，數(shù)據(jù)中心的能耗主要集中在IT設備、空調(diào)制冷、供電等方面。傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心節(jié)能也主要基于這幾方面進行，具體如下（數(shù)據(jù)來自于艾默生）：
（1）通信/IT設備節(jié)能是機房節(jié)能的基礎。主設備降耗100W，機房可降耗284W。因此，主設備的節(jié)能至關重要。
（2）空調(diào)設備節(jié)能是機房節(jié)能的關鍵。消除274W機房熱能需要消耗107W電能。
（3）供電系統(tǒng)節(jié)能是機房節(jié)能的重要要素。為194W負載供電，供電系統(tǒng)需要消耗18W電能。
由此可以看出，主設備的節(jié)能可以帶來級聯(lián)性的節(jié)能效果，不但降低了設備本身能耗，也降低了相關的空調(diào)、供電等能耗。云計算技術通過虛擬化、實時遷移電源管理技術，可以極大降低主設備的數(shù)量和運行效率及時間，進而極大降低主設備的能耗。
從設備層面來說，云化數(shù)據(jù)中心在服務器、機房、帶寬、電力、制冷等硬件基礎設施的節(jié)能處理上與傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心沒有大的差別；但是，云計算通過虛擬化、實時遷移等技術可以節(jié)約能源、提高能效，真正實現(xiàn)節(jié)能減排。比如，Google、Facebook等大型云數(shù)據(jù)中心的能源利用率達到了90%以上。
3.2云化數(shù)據(jù)中心關鍵技術
云計算的核心技術包括并行技術、分布式文件系統(tǒng)、海量存儲處理、負載均衡等。在云化數(shù)據(jù)中心中，采用云計算技術實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心節(jié)能最主要的技術是虛擬化，這也是云計算技術的本質(zhì)特征。
虛擬化技術為數(shù)據(jù)中心的設計、建設和運營帶來了新的發(fā)展機遇。它對數(shù)據(jù)中心節(jié)能減排、降低投資和運營成本所起到的作用是顯而易見的：通過服務器整合，遏制了服務器數(shù)量的增長，極大減少了IT設備的采購量；極大減少了運營維護難度，提高了運維人員生產(chǎn)效率，大幅降低設備運行帶來的隱性消耗。
虛擬化技術涉及很廣，包括服務器、存儲、網(wǎng)絡、桌面和應用程序的虛擬化等，典型的虛擬化技術的原理如圖4所示。
圖4虛擬化技術原理
虛擬化后的主機形成各種硬件設備的資源池（如CPU、內(nèi)存、存儲、網(wǎng)絡等），并采用動態(tài)資源調(diào)度技術（DRS），將同一資源池中的虛擬機和主機集中調(diào)度，實現(xiàn)負載均衡、電源管理、關聯(lián)性規(guī)則等功能。
從節(jié)約能耗出發(fā)，可以通過電源管理與關聯(lián)性規(guī)則結(jié)合，將符合節(jié)能策略規(guī)則的虛擬機遷移到其他主機上，從而通過電源管理，將空閑的主機關機，并在需要的時候，通過電源管理喚醒開啟主機。整個過程涉及到多項技術的協(xié)作，包括動態(tài)資源調(diào)度中的電源管理、關聯(lián)性規(guī)則、虛擬機在線遷移等。
同時，虛擬化技術將先進的自動化和系統(tǒng)管理引進到數(shù)據(jù)中心，為數(shù)據(jù)中心提供了一種共享、隔離（保障安全、可信）的云計算基礎架構(gòu)，形成了云計算功能架構(gòu)的彈性數(shù)據(jù)中心。
研究資料表明，虛擬化技術將IT環(huán)境改造成為更加強大、更具彈性的云架構(gòu)，帶來了平均35%～75%的總體成本節(jié)約。通過將多個物理服務器整合到一個物理服務器，可以降低40%軟硬件成本，而服務器的平均利用率從7%提高到60%～80%，運營成本降低70%～80%。
4 結(jié)束語
本文對云化數(shù)據(jù)中心的節(jié)能減排關鍵技術和效果進行了探討。隨著云計算、虛擬化技術的發(fā)展，未來服務器、存儲、網(wǎng)絡等虛擬化整合效果會更加明顯。為了達到更好的節(jié)能減排效果，云計算數(shù)據(jù)中心需要從規(guī)劃、設計、選址到運營維護，全流程貫穿云計算、虛擬化和節(jié)能減排思想。
核心關注：拓步ERP系統(tǒng)平臺是覆蓋了眾多的業(yè)務領域、行業(yè)應用，蘊涵了豐富的ERP管理思想，集成了ERP軟件業(yè)務管理理念，功能涉及供應鏈、成本、制造、CRM、HR等眾多業(yè)務領域的管理，全面涵蓋了企業(yè)關注ERP管理系統(tǒng)的核心領域，是眾多中小企業(yè)信息化建設首選的ERP管理軟件信賴品牌。
轉(zhuǎn)載請注明出處：拓步ERP資訊網(wǎng)http://www.oesoe.com/
本文標題：云化數(shù)據(jù)中心的節(jié)能減排探討
本文網(wǎng)址：http://www.oesoe.com/html/support/1112159814.html
相關文章
