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近几年，数据中心的数量不断增加，规模不断扩大。据IDC的研究显示，2010年我国数据中心总数超过50万个，市场总规模达到92亿美元。IDC认为，CIO将更加重视数据中心的运营效率和资源整合能力，建设绿色数据中心成为未来数据中心的发展方向。
尽管如此，IBM与IDC日前合作完成的《全球高效数据中心最佳实践》调研报告显示，目前全球近80%的数据中心没有实现高效运行，而17%的数据中心运行效率非常低。调查还显示，低效的数据中心把65%的资金用于维护其现有的基础架构，只有35%的预算花费在新项目方面，而高效数据中心在新项目中的投入高达50%。
数据中心属于能耗密集型产业，其能耗成本往往占数据中心总体运营成本的50%以上。正因为如此，IDC对中国数据中心市场的调研显示，企业的CIO和IT经理比以往更加关注空调、供电等基础设施，以及如何合理配置和管理基础设施和IT设备。
在IBM日前举办的“2012 IBM智慧云数据中心高峰论坛”上，IBM研究院院士Roger R. Schmidt博士表示，数据中心的运行需要最大限度地保持稳定，降低风险，同时节约能源。
提高温度与温水冷却
在IBM工作的35年里，Roger一直从事散热和制冷方面的研究。他说，最近10年来，他和他的同事们重点研究数据中心的能源效率问题，主要方向包括，一是研究硬件制冷和硬件提高能效的共性；二是研究从基础设施入手提高数据中心的能效。
Roger博士介绍说，从硬件来说，我们不但要关心产品的性能，而且还要看当性能达到一定水平时，它的功耗是多少。这需要研究服务器中每个元件的运行情况，搞清楚每个部件的功耗和能效，最终将它们组合起来达到最佳的功耗水平。
“一个数据中心就像一台服务器一样，也是由很多部件组成的，我们也要像研究服务器内部组件一样来研究数据中心每个环节，特别在冷却和功耗方面都要实现最佳水平。”Roger说。
降低数据中心能耗的一个做法就是提高数据中心的温度。2008年，美国采暖、制冷与空调工程师协会(ASHRAE)曾建议提高数据中心温度上限，从原来的25℃提高到27℃。这一建议已经逐渐被IT设备制造商所接受。不过，最近一些厂商提出了像40℃或45℃这样更高的数据中心温度，对此，IBM大中华区全球信息科技服务部数据中心服务总顾问袁东坡表示，更高的数据中心温度意味着IT设备要支持这一温度，IBM目前也在研究相关的课题，但这涉及标准的制定和得到众多IT厂商的支持，目前还没有成为主流趋势。
与提高数据中心温度有异曲同工之妙的是，利用温水进行冷却。乍一听这似乎有些难以理解，温水何以进行冷却？但如果我们知道了芯片的工作温度大约在85℃的话，似乎就明白了其中的道理。Roger解释说，温水冷却节点的热回收率为90%，而且由于它使CPU的温度更低，同时不需要风扇，因此，它可比气冷节点节约5%~7%的电量，每个节点的入口水温度为18℃~45℃。
利用温水冷却原理，IBM研发出采用芯片级水冷技术的Aquasar计算机系统。Roger介绍了将这一技术应用到极致的一个例子。IBM将Aquasar计算机系统应用于瑞士苏黎世联邦技术学院，利用水冷计算机系统散热过程中产生的热水为学院的大楼供热。这套计算机系统采用芯片级水冷技术和IBM实验室开发的“能量再利用型水冷式数据中心”技术。Aquasar系统使用60℃的温水对系统芯片进行冷却，完成冷却的水温为70℃左右，之后又被导入大楼的供暖系统，经过供暖系统的水最终又回到数据中心进行冷却。如此循环往复，不但使供暖系统的碳排放量减小85%，每年还可以减排30吨碳氧化物。同时，Aquasar的水冷设计也使该系统不需要使用空调冷却系统，将能耗减少40%左右。
冷却降耗要因地制宜
在数据中心的制冷方式中，常见的是水冷和风冷。近年来，随着数据中心降低能耗需求的日益迫切，一些新的方式不断出现，例如在温度较低的地区或季节采用自然风制冷，利用海水、深层湖水冷却，甚至将数据中心建在温度更低的溶洞里。IBM在早期的主机系统中就采用过水冷系统，目前也是数据中心水冷技术的支持者。
在IBM最近推出的PureSystems专家集成系统中就采用了水冷技术。PureSystems的设计符合ASHRAE A3类，其最高温度可达到40摄氏度，并采用水冷背板，可支持到30kW，具有更高的能效，并且针对冷却和电力进行了全新的优化。
对于水冷技术，袁东坡表示，水冷技术的最大特点，一是具有高数量级的比热容，可将散热剂直接作用于热源；二是其每单位的热传导能力是空气制冷的3500倍；三是水流可全面控制。水冷技术的这些特点使其具有更高的性能、更高的效率和更高的质量。不过，Roger表示，水冷技术的复杂度较高，其部署成本也略有增加。但由于其效率高，运维成本相应会较低，因此，不会降低性价比。袁东坡认为，水冷的部署成本一般5年左右即可收回。
袁东坡说，目前有很多数据中心采用风冷和水冷相结合的混合式制冷方式，比如在采用风冷的数据中心里，机柜后面增加背板水冷。
其实在数据中心里，冷却技术的应用可谓因地制宜、各显神通。Roger举例说，在数据中心部署气流遏制区，就可减少能耗达30%。另外，IBM目前与美国纽约州立大学正在共同研究三联供方式，即将天然气发电、水冷制冷和余热利用有机地结合在一起，可使PUE达到1.21。
另外，直流供电、太阳能阵列、机柜直接制冷目前都成为厂商关注的领域，其最终目标都是降低能耗。
让心中有数的MMT
在一个庞大的数据中心机房中，不同位置的温度相差很多，为了实现有效监测温度，不过度制冷而且节约能耗，许多数据中心厂商都推出了相应的解决方案，其中部署一定数量传感器的方式成为首选。
袁东坡介绍说，在这方面，IBM推出了测量与管理技术系统MMT，它可采用大量传感数据进行分析，实时告警、实时调节温度。采用MMT后，可节约冷却能源成本15%~21%，同时还能够识别并回收未使用的冷却容量，实时监控与规划。其整合的解决方案可扩展到大多数设施中。
其实MMT还可监测数据中心的湿度、腐蚀情况、气流的速度等，并提供相应的数据，以方便数据中心的管理。Roger介绍说，2006年欧盟电气电子设备废弃物指令(WEEE) 和危险物限制指令(RoHS)禁止在电子产品焊料中使用铅，而采用银焊料替代，但银与硫化物（例如烟雾）和氯化物（例如海水）起反应，从而造成服务器的故障率增加。因此，对于IT设备腐蚀情况的监测就变得更加重要。不过，Roger坦言，对腐蚀的监测是一个极为复杂的问题，目前还在研究中，尚没有完全解决。
尽管如此，IBM与IDC日前合作完成的《全球高效数据中心最佳实践》调研报告显示，目前全球近80%的数据中心没有实现高效运行，而17%的数据中心运行效率非常低。调查还显示，低效的数据中心把65%的资金用于维护其现有的基础架构，只有35%的预算花费在新项目方面，而高效数据中心在新项目中的投入高达50%。
数据中心属于能耗密集型产业，其能耗成本往往占数据中心总体运营成本的50%以上。正因为如此，IDC对中国数据中心市场的调研显示，企业的CIO和IT经理比以往更加关注空调、供电等基础设施，以及如何合理配置和管理基础设施和IT设备。
在IBM日前举办的“2012 IBM智慧云数据中心高峰论坛”上，IBM研究院院士Roger R. Schmidt博士表示，数据中心的运行需要最大限度地保持稳定，降低风险，同时节约能源。
提高温度与温水冷却
在IBM工作的35年里，Roger一直从事散热和制冷方面的研究。他说，最近10年来，他和他的同事们重点研究数据中心的能源效率问题，主要方向包括，一是研究硬件制冷和硬件提高能效的共性；二是研究从基础设施入手提高数据中心的能效。
Roger博士介绍说，从硬件来说，我们不但要关心产品的性能，而且还要看当性能达到一定水平时，它的功耗是多少。这需要研究服务器中每个元件的运行情况，搞清楚每个部件的功耗和能效，最终将它们组合起来达到最佳的功耗水平。
“一个数据中心就像一台服务器一样，也是由很多部件组成的，我们也要像研究服务器内部组件一样来研究数据中心每个环节，特别在冷却和功耗方面都要实现最佳水平。”Roger说。
降低数据中心能耗的一个做法就是提高数据中心的温度。2008年，美国采暖、制冷与空调工程师协会(ASHRAE)曾建议提高数据中心温度上限，从原来的25℃提高到27℃。这一建议已经逐渐被IT设备制造商所接受。不过，最近一些厂商提出了像40℃或45℃这样更高的数据中心温度，对此，IBM大中华区全球信息科技服务部数据中心服务总顾问袁东坡表示，更高的数据中心温度意味着IT设备要支持这一温度，IBM目前也在研究相关的课题，但这涉及标准的制定和得到众多IT厂商的支持，目前还没有成为主流趋势。
与提高数据中心温度有异曲同工之妙的是，利用温水进行冷却。乍一听这似乎有些难以理解，温水何以进行冷却？但如果我们知道了芯片的工作温度大约在85℃的话，似乎就明白了其中的道理。Roger解释说，温水冷却节点的热回收率为90%，而且由于它使CPU的温度更低，同时不需要风扇，因此，它可比气冷节点节约5%~7%的电量，每个节点的入口水温度为18℃~45℃。
利用温水冷却原理，IBM研发出采用芯片级水冷技术的Aquasar计算机系统。Roger介绍了将这一技术应用到极致的一个例子。IBM将Aquasar计算机系统应用于瑞士苏黎世联邦技术学院，利用水冷计算机系统散热过程中产生的热水为学院的大楼供热。这套计算机系统采用芯片级水冷技术和IBM实验室开发的“能量再利用型水冷式数据中心”技术。Aquasar系统使用60℃的温水对系统芯片进行冷却，完成冷却的水温为70℃左右，之后又被导入大楼的供暖系统，经过供暖系统的水最终又回到数据中心进行冷却。如此循环往复，不但使供暖系统的碳排放量减小85%，每年还可以减排30吨碳氧化物。同时，Aquasar的水冷设计也使该系统不需要使用空调冷却系统，将能耗减少40%左右。
冷却降耗要因地制宜
在数据中心的制冷方式中，常见的是水冷和风冷。近年来，随着数据中心降低能耗需求的日益迫切，一些新的方式不断出现，例如在温度较低的地区或季节采用自然风制冷，利用海水、深层湖水冷却，甚至将数据中心建在温度更低的溶洞里。IBM在早期的主机系统中就采用过水冷系统，目前也是数据中心水冷技术的支持者。
在IBM最近推出的PureSystems专家集成系统中就采用了水冷技术。PureSystems的设计符合ASHRAE A3类，其最高温度可达到40摄氏度，并采用水冷背板，可支持到30kW，具有更高的能效，并且针对冷却和电力进行了全新的优化。
对于水冷技术，袁东坡表示，水冷技术的最大特点，一是具有高数量级的比热容，可将散热剂直接作用于热源；二是其每单位的热传导能力是空气制冷的3500倍；三是水流可全面控制。水冷技术的这些特点使其具有更高的性能、更高的效率和更高的质量。不过，Roger表示，水冷技术的复杂度较高，其部署成本也略有增加。但由于其效率高，运维成本相应会较低，因此，不会降低性价比。袁东坡认为，水冷的部署成本一般5年左右即可收回。
袁东坡说，目前有很多数据中心采用风冷和水冷相结合的混合式制冷方式，比如在采用风冷的数据中心里，机柜后面增加背板水冷。
其实在数据中心里，冷却技术的应用可谓因地制宜、各显神通。Roger举例说，在数据中心部署气流遏制区，就可减少能耗达30%。另外，IBM目前与美国纽约州立大学正在共同研究三联供方式，即将天然气发电、水冷制冷和余热利用有机地结合在一起，可使PUE达到1.21。
另外，直流供电、太阳能阵列、机柜直接制冷目前都成为厂商关注的领域，其最终目标都是降低能耗。
让心中有数的MMT
在一个庞大的数据中心机房中，不同位置的温度相差很多，为了实现有效监测温度，不过度制冷而且节约能耗，许多数据中心厂商都推出了相应的解决方案，其中部署一定数量传感器的方式成为首选。
袁东坡介绍说，在这方面，IBM推出了测量与管理技术系统MMT，它可采用大量传感数据进行分析，实时告警、实时调节温度。采用MMT后，可节约冷却能源成本15%~21%，同时还能够识别并回收未使用的冷却容量，实时监控与规划。其整合的解决方案可扩展到大多数设施中。
其实MMT还可监测数据中心的湿度、腐蚀情况、气流的速度等，并提供相应的数据，以方便数据中心的管理。Roger介绍说，2006年欧盟电气电子设备废弃物指令(WEEE) 和危险物限制指令(RoHS)禁止在电子产品焊料中使用铅，而采用银焊料替代，但银与硫化物（例如烟雾）和氯化物（例如海水）起反应，从而造成服务器的故障率增加。因此，对于IT设备腐蚀情况的监测就变得更加重要。不过，Roger坦言，对腐蚀的监测是一个极为复杂的问题，目前还在研究中，尚没有完全解决。