论文部分内容阅读
这个夏天，大数据很热，数据中心更热，但高耗能与数据中心如影相随。谷歌和脸谱各自提供了绿色节能数据中心的范本。再加上硬件存储设备的升级和能耗管理软件公司的出现，有望联手擒下数据中心这只电老虎。？？陶娟/文
大数据当道，数据中心先行一步成为投资热点。2013年，腾讯与天津经济技术开发区达成数据中心的新一轮扩建协议，预计服务器总容量将达到20万台，项目整体投资35亿元。此外，百度、阿里巴巴均已着手大规模自建，从基础设施入手巩固自己的地位。而为大部分IT企业提供数据托管服务的三大运营商，也在此领域展开激烈拼抢。截至2012年3月的统计显示，全国已规划了约30个10万台服务器以上规模的大型数据中心建设项目，项目总投资达2700亿元，建成后可容纳服务器数量超过1000万台。
数据中心应时代而生，但大兴土木之际，能源消耗却成为拦路虎。显然，这与环保潮流并不融洽。谷歌、Facebook所打造的环境友好型数据中心回应了新型数据中心的节能诉求。而硬件存储设备的升级和能耗管理软件公司的出现，有望联手擒下数据中心这只电老虎。
昂贵的电老虎
当数万台服务器设置在同一空间内，不仅设备本身需要耗电，如何为这些发热的设备降温更是一门大学问。PUE（数据中心设施所消耗的总功率/IT设备所消耗的功率）是用来衡量数据中心能效的主要指标，目前，欧美数据中心平均PUE值为1.8，而国内业界平均PUE值为2.5，即IT设备每用1度电，需要额外耗费1.5度电为其降温。在“2012中美清洁能源论坛”上，国家能源局前局长张国宝表示，当前流行的“云计算”非常耗能。据其披露，中国联通数据中心每年耗电99亿千瓦时，以中国目前标准煤的效能看，每年需要消耗92万吨标准煤才能为其提供足够的电力。另一大运营商中国电信不遑多让，它的数据中心年耗电112亿千瓦时，年需消耗102.95万吨标准煤。
张国宝将云计算与高耗能划上等号的观点引起了广泛争议，但数据中心高耗能却是不争事实。从全球范围来看，信息产业耗电量大约占全球耗电总量的8%，而数据中心则是其中名副其实的电老虎。《冰冷现金、凉爽气候：给生态企业家的科学建议》一书的作者、斯坦福研究员乔纳森·库米（Jonathan Koomey），在其研究报告中推测，2010年全世界的数据中心大约用电1988亿千瓦时。而据绿色和平组织的一份报告观测，到2020年，全球主要IT营运商的数据处理和电信网络将消耗掉19630亿千瓦时的电力资源，超过目前德国、法国、加拿大和巴西四国的能耗总和。由高能耗所引发的高昂运营维护成本更是在所难免。麦肯锡的研究表明，2007年全球数据中心的能源费用就高达86亿美元，而到了2010年这一数字就已轻松过百亿美元。
这只电老虎不仅是IT企业的心头难，更引起了政界关注。2007年，美国环境保护局（Environmental Protection Agency，EPA）在研究了全美数据中心能耗问题后，向美国国会提交了相关报告，并推荐了各种节能细则。在中国，工信部也已联合多部委出台了《关于数据中心建设布局的指导意见》、《数据中心绿色分级评估操作办法和技术方法》等，鼓励优先建设大中型绿色数据中心，对于PUE在1.5以下的新建数据中心将给予电力、用地、人才、网络、配套设施等多方面的保障。
打造更低的PUE
政府出台政策指引的同时，绿色节能的数据中心也成为公司宣传自家环保形象的金字招牌。在应用了一系列最新节能技术后，腾讯的天津数据中心每年可比传统数据中心节约电力消耗近2亿千瓦时。而在2013年4月由工信部主导的“绿色节能数据中心”评测中，百度、腾讯、中国电信和阿里巴巴获评4A级，中国移动和中国联通获评3A级，其中百度的MI云计算中心更是降到了平均PUE1.36的最佳水平。
不过，国外的科技大鳄在节能方面俨然还是走在了前面。数据中心的选址和设计至关重要，天气、地理、可再生能源都需划入考虑范畴。联邦快递将数据中心迁至寒冷干燥的落基山脉，雅虎著名的“鸡舍”数据中心则利用完全免费的空气自然对流进行降温。在靠近北极圈的冰岛，冬季平均气温-1-2℃，夏季不过7-10℃，且拥有丰富的地热和风电资源。浏览器公司Opera、为Facebook托管数据的Verne Global均在此建立数据中心，与建在欧洲和纽约的传统数据中心相比，它们能节省超过50%的成本。一度破产的冰岛也视其为天赐良机，专门开辟了工业园区招商引资，未来五到十年间，数据中心甚至可能成为这个迷你国家的支柱产业。
每天面对30亿次搜索，每秒回答3.4万个问题的谷歌，同时还是世界最大视频网站YouTube的东家，无疑是电力大户，其数据中心耗电量大约占全球所有IT企业的近1%，能源上的高支出使其有充足动力去降低PUE，2011年其数据中心PUE值低至1.14，比之2010年的1.16再次降低2个百分点。谷歌最为人称道的一个数据中心位于芬兰哈米纳港，在斥资2亿欧元买下一座上世纪50年代的造纸厂并改建后，新数据中心修建了一条隧道引入芬兰湾冰冷的海水降温。而在中国台湾彰化，投入3亿美元、将在2013年下半年投入运营的谷歌数据中心，则首次采用了夜间冷却技术和热能存储系统。
自2008年以来，谷歌每年都发布能源报告，披露其能源管理成效。“地利”固然关键，它的窍门还包括将数据中心冷通道的温度提高到80华氏度（26.7℃左右），而标准的数据中心温度范围一般是68-74华氏度（20-23.3℃）；采用水冷水塔和“蒸发法”降温；使用外部空气冷却其数据中心，而不是使用耗能的冷却系统等。同时，谷歌还专门定制了节能服务器，将无贡献效率的元件拆走，并在每个服务器里内建能源转换率可达99.9%的电池，以摆脱中心式不间断电源。根据乔纳森·库米的推算，2005年，谷歌数据中心共拥有35万台服务器，年耗电量12亿度；2010年，谷歌数据中心的服务器数量达到90万台，如果按照2005年的能效，其耗电量应达到31亿度，但其实际电力消耗仅为19亿度，节约了近40%的能源开支。 拥有11.7亿月活跃用户、每日新增百万张照片的Facebook给出的数据中心PUE值则更低，仅为1.07，它的特点在于“开源”。不同于谷歌将数据中心视为行业机密，2011年，Facebook大方邀请业界参观其在俄勒冈州投资4.5亿美元建立的普利恩维尔数据中心，并把数据中心设计方案和全新设计的服务器公之于众。通过量身定制硬件，而非从设备厂商购买现成产品，Facebook在效率提升38%的基础上降低了28%的成本。成功运营的数据中心甚至能强化Facebook的硬实力，向上拓延服务链，在其宣布的“开放式云计算项目”中，普利恩维尔数据中心的系统设计中有台达电、广达、AlfaTech、Power-One、AMD与英特尔的参与，而第二代数据中心已吸引了戴尔、惠普、Rackspace、Skype、Zynga等厂商加盟。业界评论认为，尽管其数据中心目前还处于自用状态，但以其效率及成本优势，加之开源模式的聚合力，不排除未来涉足云计算服务的可能性，这将对传统的云计算服务提供商亚马逊、Saleforce.com等产生冲击。
新技术仍将不断涌现
数据中心的节能创新，不仅仅由出于优化开支目的谷歌和脸谱推动，这一领域的硬件、软件及整体架构的创新仍将不断涌现。
提高服务器的存储容量是硬件商的节能之道。在2013年6月举行的第五届中国云计算大会上问世的首款最大容量PB级云存储系统—基于IA架构的云存储一体机，由南京云创存储科技有限公司、英特尔、中国电子科技集团公司第三十二研究所共同研发，以其3倍节能、5倍容量、10倍性价比多重优势完胜传统存储产品。大规模部署PB级云存储系统，将有效解决能耗问题，降低数据中心运作成本，实现绿色数据中心的构想。
通过软件系统智能管理数据中心能耗则是另一种思路。美国初创公司Vigilent为数据中心配备用于收集实时数据的无线传感器，从而动态控制散热和空气资源处理。分布在数据中心的成千上万个传感器将数据收集后，提供实时信息并告知处于Vigilent系统中心的人工智能平台。Vigilent利用Big Analytics进行分析，并将优化命令传输到服务器，让服务器确定是否需要调整散热力度，或者确定具体哪个地方需要加大或者减少散热力度，并给相应区域的制冷设备发送信号，执行关闭、打开空调，或是调整散热风扇速度的指令。在应用了Vigilent的能源管理解决方案后，美国最大的移动运营商Verizon将散热成本削减了40%-50%。其另一名客户、数据集成软件提供商Informatica（INFA，NSDQ）也成功使得数据中心一年减少333370磅二氧化碳排放和73%的能耗。目前，Vigilent已在美国、加拿大和日本三国的90处地方进行了部署，并已实现盈利，2013年其获得了由Accel Partners领投的670万美元融资。
大数据当道，数据中心先行一步成为投资热点。2013年，腾讯与天津经济技术开发区达成数据中心的新一轮扩建协议，预计服务器总容量将达到20万台，项目整体投资35亿元。此外，百度、阿里巴巴均已着手大规模自建，从基础设施入手巩固自己的地位。而为大部分IT企业提供数据托管服务的三大运营商，也在此领域展开激烈拼抢。截至2012年3月的统计显示，全国已规划了约30个10万台服务器以上规模的大型数据中心建设项目，项目总投资达2700亿元，建成后可容纳服务器数量超过1000万台。
数据中心应时代而生，但大兴土木之际，能源消耗却成为拦路虎。显然，这与环保潮流并不融洽。谷歌、Facebook所打造的环境友好型数据中心回应了新型数据中心的节能诉求。而硬件存储设备的升级和能耗管理软件公司的出现，有望联手擒下数据中心这只电老虎。
昂贵的电老虎
当数万台服务器设置在同一空间内，不仅设备本身需要耗电，如何为这些发热的设备降温更是一门大学问。PUE（数据中心设施所消耗的总功率/IT设备所消耗的功率）是用来衡量数据中心能效的主要指标，目前，欧美数据中心平均PUE值为1.8，而国内业界平均PUE值为2.5，即IT设备每用1度电，需要额外耗费1.5度电为其降温。在“2012中美清洁能源论坛”上，国家能源局前局长张国宝表示，当前流行的“云计算”非常耗能。据其披露，中国联通数据中心每年耗电99亿千瓦时，以中国目前标准煤的效能看，每年需要消耗92万吨标准煤才能为其提供足够的电力。另一大运营商中国电信不遑多让，它的数据中心年耗电112亿千瓦时，年需消耗102.95万吨标准煤。
张国宝将云计算与高耗能划上等号的观点引起了广泛争议，但数据中心高耗能却是不争事实。从全球范围来看，信息产业耗电量大约占全球耗电总量的8%，而数据中心则是其中名副其实的电老虎。《冰冷现金、凉爽气候：给生态企业家的科学建议》一书的作者、斯坦福研究员乔纳森·库米（Jonathan Koomey），在其研究报告中推测，2010年全世界的数据中心大约用电1988亿千瓦时。而据绿色和平组织的一份报告观测，到2020年，全球主要IT营运商的数据处理和电信网络将消耗掉19630亿千瓦时的电力资源，超过目前德国、法国、加拿大和巴西四国的能耗总和。由高能耗所引发的高昂运营维护成本更是在所难免。麦肯锡的研究表明，2007年全球数据中心的能源费用就高达86亿美元，而到了2010年这一数字就已轻松过百亿美元。
这只电老虎不仅是IT企业的心头难，更引起了政界关注。2007年，美国环境保护局（Environmental Protection Agency，EPA）在研究了全美数据中心能耗问题后，向美国国会提交了相关报告，并推荐了各种节能细则。在中国，工信部也已联合多部委出台了《关于数据中心建设布局的指导意见》、《数据中心绿色分级评估操作办法和技术方法》等，鼓励优先建设大中型绿色数据中心，对于PUE在1.5以下的新建数据中心将给予电力、用地、人才、网络、配套设施等多方面的保障。
打造更低的PUE
政府出台政策指引的同时，绿色节能的数据中心也成为公司宣传自家环保形象的金字招牌。在应用了一系列最新节能技术后，腾讯的天津数据中心每年可比传统数据中心节约电力消耗近2亿千瓦时。而在2013年4月由工信部主导的“绿色节能数据中心”评测中，百度、腾讯、中国电信和阿里巴巴获评4A级，中国移动和中国联通获评3A级，其中百度的MI云计算中心更是降到了平均PUE1.36的最佳水平。
不过，国外的科技大鳄在节能方面俨然还是走在了前面。数据中心的选址和设计至关重要，天气、地理、可再生能源都需划入考虑范畴。联邦快递将数据中心迁至寒冷干燥的落基山脉，雅虎著名的“鸡舍”数据中心则利用完全免费的空气自然对流进行降温。在靠近北极圈的冰岛，冬季平均气温-1-2℃，夏季不过7-10℃，且拥有丰富的地热和风电资源。浏览器公司Opera、为Facebook托管数据的Verne Global均在此建立数据中心，与建在欧洲和纽约的传统数据中心相比，它们能节省超过50%的成本。一度破产的冰岛也视其为天赐良机，专门开辟了工业园区招商引资，未来五到十年间，数据中心甚至可能成为这个迷你国家的支柱产业。
每天面对30亿次搜索，每秒回答3.4万个问题的谷歌，同时还是世界最大视频网站YouTube的东家，无疑是电力大户，其数据中心耗电量大约占全球所有IT企业的近1%，能源上的高支出使其有充足动力去降低PUE，2011年其数据中心PUE值低至1.14，比之2010年的1.16再次降低2个百分点。谷歌最为人称道的一个数据中心位于芬兰哈米纳港，在斥资2亿欧元买下一座上世纪50年代的造纸厂并改建后，新数据中心修建了一条隧道引入芬兰湾冰冷的海水降温。而在中国台湾彰化，投入3亿美元、将在2013年下半年投入运营的谷歌数据中心，则首次采用了夜间冷却技术和热能存储系统。
自2008年以来，谷歌每年都发布能源报告，披露其能源管理成效。“地利”固然关键，它的窍门还包括将数据中心冷通道的温度提高到80华氏度（26.7℃左右），而标准的数据中心温度范围一般是68-74华氏度（20-23.3℃）；采用水冷水塔和“蒸发法”降温；使用外部空气冷却其数据中心，而不是使用耗能的冷却系统等。同时，谷歌还专门定制了节能服务器，将无贡献效率的元件拆走，并在每个服务器里内建能源转换率可达99.9%的电池，以摆脱中心式不间断电源。根据乔纳森·库米的推算，2005年，谷歌数据中心共拥有35万台服务器，年耗电量12亿度；2010年，谷歌数据中心的服务器数量达到90万台，如果按照2005年的能效，其耗电量应达到31亿度，但其实际电力消耗仅为19亿度，节约了近40%的能源开支。 拥有11.7亿月活跃用户、每日新增百万张照片的Facebook给出的数据中心PUE值则更低，仅为1.07，它的特点在于“开源”。不同于谷歌将数据中心视为行业机密，2011年，Facebook大方邀请业界参观其在俄勒冈州投资4.5亿美元建立的普利恩维尔数据中心，并把数据中心设计方案和全新设计的服务器公之于众。通过量身定制硬件，而非从设备厂商购买现成产品，Facebook在效率提升38%的基础上降低了28%的成本。成功运营的数据中心甚至能强化Facebook的硬实力，向上拓延服务链，在其宣布的“开放式云计算项目”中，普利恩维尔数据中心的系统设计中有台达电、广达、AlfaTech、Power-One、AMD与英特尔的参与，而第二代数据中心已吸引了戴尔、惠普、Rackspace、Skype、Zynga等厂商加盟。业界评论认为，尽管其数据中心目前还处于自用状态，但以其效率及成本优势，加之开源模式的聚合力，不排除未来涉足云计算服务的可能性，这将对传统的云计算服务提供商亚马逊、Saleforce.com等产生冲击。
新技术仍将不断涌现
数据中心的节能创新，不仅仅由出于优化开支目的谷歌和脸谱推动，这一领域的硬件、软件及整体架构的创新仍将不断涌现。
提高服务器的存储容量是硬件商的节能之道。在2013年6月举行的第五届中国云计算大会上问世的首款最大容量PB级云存储系统—基于IA架构的云存储一体机，由南京云创存储科技有限公司、英特尔、中国电子科技集团公司第三十二研究所共同研发，以其3倍节能、5倍容量、10倍性价比多重优势完胜传统存储产品。大规模部署PB级云存储系统，将有效解决能耗问题，降低数据中心运作成本，实现绿色数据中心的构想。
通过软件系统智能管理数据中心能耗则是另一种思路。美国初创公司Vigilent为数据中心配备用于收集实时数据的无线传感器，从而动态控制散热和空气资源处理。分布在数据中心的成千上万个传感器将数据收集后，提供实时信息并告知处于Vigilent系统中心的人工智能平台。Vigilent利用Big Analytics进行分析，并将优化命令传输到服务器，让服务器确定是否需要调整散热力度，或者确定具体哪个地方需要加大或者减少散热力度，并给相应区域的制冷设备发送信号，执行关闭、打开空调，或是调整散热风扇速度的指令。在应用了Vigilent的能源管理解决方案后，美国最大的移动运营商Verizon将散热成本削减了40%-50%。其另一名客户、数据集成软件提供商Informatica（INFA，NSDQ）也成功使得数据中心一年减少333370磅二氧化碳排放和73%的能耗。目前，Vigilent已在美国、加拿大和日本三国的90处地方进行了部署，并已实现盈利，2013年其获得了由Accel Partners领投的670万美元融资。