[導(dǎo)讀]作為無源部件的綜合布線系統(tǒng)與數(shù)據(jù)中心節(jié)能有什么關(guān)系呢?如何規(guī)劃綜合布線系統(tǒng)才能幫助數(shù)據(jù)中心的降低PUE值?
隨著云計算、大數(shù)據(jù)等的大量應(yīng)用、信息化持續(xù)快速發(fā)展，全球數(shù)據(jù)中心建設(shè)步伐明顯加快，其總量已超過300萬個，耗電量占全球總耗電量的1.1%～1.5%，根據(jù)工信部披露的信息，我國數(shù)據(jù)中心總量已超過40萬個，年耗電量超過全社會用電量的1.5%，在我國大多數(shù)數(shù)據(jù)中心的PUE仍普遍大于2.2，而美國數(shù)據(jù)中心平均PUE已達1.9，先進數(shù)據(jù)中心PUE已達到1.2以下，與國際先進水平相比有較大差距。
因此，節(jié)能是數(shù)據(jù)中心必須考慮的重要問題。根據(jù)《國家綠色數(shù)據(jù)中心試點工作方案》的要求，預(yù)計到2017年，我國圍繞重點領(lǐng)域?qū)?chuàng)建百個綠色數(shù)據(jù)中心試點，試點數(shù)據(jù)中心能效平均提高8%以上。
作為無源部件的綜合布線系統(tǒng)與數(shù)據(jù)中心節(jié)能有什么關(guān)系呢?如何規(guī)劃綜合布線系統(tǒng)才能幫助數(shù)據(jù)中心的降低PUE值?
1、網(wǎng)絡(luò)設(shè)計結(jié)構(gòu)化
(ASHRAE)技術(shù)委員會9.9(簡稱TC9.9)統(tǒng)計報告顯示，數(shù)據(jù)中心用電量分布大致可分為服務(wù)器用電占比46%，空調(diào)制冷耗電量占31%(我國數(shù)據(jù)中心這一比例可能達到50%)，UPS損耗占8%、照明4%以及其他11%?？照{(diào)制冷系統(tǒng)占數(shù)據(jù)中心總耗電量近三分之一，是影響機房能耗的關(guān)鍵指標(biāo)。因此提高空調(diào)制冷系統(tǒng)的效率，可以有效降低數(shù)據(jù)中心的PUE值。
網(wǎng)絡(luò)采用結(jié)構(gòu)化布線方式后，在服務(wù)器端口與接入層交換機之間采用水平纜線+配線架進行布線，接入交換機與核心/匯聚交換機之間采用主干光纜+配線架進行連接，通過配線架跳線分別跳接至交換機端口和設(shè)備端口。相比于以前的點到點網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，結(jié)構(gòu)化布線可以大大節(jié)省纜線，尤其是主干纜線以及跳線的數(shù)量，從而節(jié)省了大量的線槽及橋架等空間，這些空間的節(jié)省將有利于冷風(fēng)的流通，進而提高空調(diào)系統(tǒng)的制冷效率。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，良好的綜合布線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)將降低2～3%的數(shù)據(jù)中心耗用電量。
數(shù)據(jù)中心能耗已成為一個全球關(guān)注的社會話題，數(shù)據(jù)中心建設(shè)在未來的幾年內(nèi)將會依然保持穩(wěn)定的增長速度，同時，老的數(shù)據(jù)中心也面臨升級或搬遷的需求，這通常意味著對電力等能源的需求進一步增加，如何在維持?jǐn)?shù)據(jù)中心隨業(yè)務(wù)需求升級的同時，盡可能降低能耗對數(shù)據(jù)中心相關(guān)行業(yè)都是一個嚴(yán)峻的考驗，數(shù)據(jù)中心綜合布線系統(tǒng)雖然僅作為一個物理層無源設(shè)備，其本身通常沒有功耗的問題(僅在采用智能基礎(chǔ)設(shè)施管理系統(tǒng)時，可能有少量耗電設(shè)備)，但是綜合布線設(shè)計及產(chǎn)品選型將有助于用戶降低能耗，提升PUE性能。
2、10GE網(wǎng)絡(luò)設(shè)計要素
隨著虛擬化技術(shù)的發(fā)展，結(jié)合新的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計，如FABRIC，LEAF-SPINE等架構(gòu)的提出，數(shù)據(jù)中心內(nèi)部端口傳輸速率逐步提升。根據(jù)DELL'ORO 于2014的報告，數(shù)據(jù)中心內(nèi)服務(wù)器端口傳輸速度將逐步從1GE向10GE過度，同時，從2014年開始，40GE的需求開始出現(xiàn)，并預(yù)計在2年內(nèi)提出新的25GE和50GE的新需求，預(yù)計于2016～2017年間，10GE將替代1GE成為服務(wù)器端口速率的主流選擇。
表1 常用10GE端口PHY的傳輸功率
目前的數(shù)據(jù)中心架構(gòu)中，10GE傳輸大部分采用的是SFP+ 互連傳輸，直到2012年，隨著第三代40nm的芯片發(fā)布后，10GBASE-T的功耗才從6W下降到4W左右。10GBASE-T端口在布線與設(shè)備成本方面比SFP+的方案有優(yōu)勢，但因為PHY功率和交換設(shè)備內(nèi)的散熱問題，其功耗較SFP+方案之間還有差距。
10GBase-T的初衷在于在100m信道范圍內(nèi)支持10G傳輸，但是根據(jù)大量已建數(shù)據(jù)中心的鏈路長度數(shù)據(jù)分析表明，數(shù)據(jù)中心內(nèi)傳輸鏈路長度有80%集中在50m左右，更有70%為30m之內(nèi)。在10GBase-T剛提出時，因為要滿足信道100m時達到10W的功率，就存在外部串?dāng)_的問題。因此，IEEE在推出10Gbase-T之后，又補充了針對短距離低能耗的傳輸模式(Short Reach Mode，也稱10GBASE-T SRM30)，旨在數(shù)據(jù)中心較短鏈路情況下，在保持接收端信號水平不變時，降低發(fā)射端的功率以減小線外串?dāng)_的影響。與此同時，減小發(fā)射端功率也實現(xiàn)了能耗的下降，以此模式傳輸?shù)?0GBase-T將節(jié)省近1W功率。當(dāng)傳輸距離進一步減少到10m時，功率進一步降到1.5W左右。10m的距離可以滿足基本所有的TOR下行應(yīng)用，同時，在上走線環(huán)境下，10m可以支持相鄰2個機柜的距離。在采用10m短鏈路架構(gòu)的情況下，由于交換設(shè)備對散熱的需求降低，因此在設(shè)備設(shè)計時，可以在風(fēng)扇與散熱部分有額外的空間。
從以上信息可推知，在設(shè)計數(shù)據(jù)中心架構(gòu)時，若大部分傳輸鏈路設(shè)計在30m時，即可使得10GBASE-T端口的傳輸功率有較大的降低。因此可以在設(shè)計機房的機柜排列時，盡量將布線鏈路的長度控制在30m內(nèi)。30m的傳輸距離基本可覆蓋符合TIA 942和ISO/IEC 24704規(guī)定的EOR和MOR網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中機列的長度，并且采用了柜內(nèi)與柜間互連的方式。10GBASE-T SRM10可以提供與SFP+相當(dāng)?shù)幕ネǚ绞?，使線對串?dāng)_和纜間串?dāng)_指標(biāo)達到標(biāo)準(zhǔn)的要求，也可有利于降低10GBASE-T的功率。
于是，可以看到與數(shù)據(jù)中心傳輸相關(guān)的10GBASE-T的兩種傳輸模式：
10GBASE-T SR30 ：30m傳輸功率3～4W，適用于EOR/MOR架構(gòu)。
10GBASE-T SR10：10m傳輸功率1.5W，適用于TOR架構(gòu)。
(1)TOR架構(gòu)
TOR架構(gòu)會產(chǎn)生設(shè)置于機柜內(nèi)頂部交換機的端口閑置問題，而且交換機較少的端口使用又不能降低多少交換設(shè)備的功率。因此通過增加端口的利用率同樣能夠起到節(jié)能的作用。由此可知，EOR/MOR架構(gòu)通常會比TOR架構(gòu)有更好的端口利用率。這樣高密度配線模塊(2U下聯(lián)96端口)支持的TOR架構(gòu)被提出來。2U交換設(shè)備因共享了風(fēng)扇，背板等資源，在利用率上比2臺1U交換設(shè)備有了更好的提升。
(2)40GBASE-T網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用
40GE以太網(wǎng)的布線系統(tǒng)，目前可選的解決方案通常為QSFP+，不過針對4對對絞電纜的40G傳輸方案已在緊密籌劃中，預(yù)計2016年相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)可以成型，同年有產(chǎn)品可以問世。與10GBASE-T相仿，40GBASE-T也會考慮不同的傳輸長度與功率之間的聯(lián)系，針對TOR和EOR/MOR架構(gòu)提出了2種傳輸模型：
40GBASE-T SR30：30m傳輸功率6～9W，適用于EOR/MOR架構(gòu)
40GBASE-T SR10：10m傳輸功率1～2W，適用于TOR架構(gòu)
40GBASE-T相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)還在草案階段，所提及的名稱與相關(guān)參數(shù)及資料均引自IEEE網(wǎng)站資料。
可見，當(dāng)40GBASE-T在10m鏈路長度下已基本與10GBASE-T SR10的功率水平相仿，這是40GBASE-T制定過程中吸取了10GBASE-T教訓(xùn)，無疑在未來可以給用戶提供了TOR交換機選擇時一個強有力的選項?，F(xiàn)在QSFP+的功率水平在3.5～4W左右，TOR架構(gòu)下DAC的功率水平約1.5W，從40GBASE-T的目標(biāo)功率水平來看，完全可以替代現(xiàn)有的QSFP+和DAC互連方案，作為TOR接入的方式，而隨著芯片技術(shù)的發(fā)展，相信該功率水平還有進一步改善的空間。當(dāng)引入對絞電纜獨有的EEE節(jié)能以太網(wǎng)方案時，可預(yù)見有更進一步節(jié)省的空間。
(3)避免布線產(chǎn)品更新帶來的浪費
布線對于節(jié)能和綠色的貢獻除了在選用合適的傳輸介質(zhì)降低功耗外，還可以從制造原材料的角度考慮。當(dāng)采用CAT 5E或CAT 6產(chǎn)品作為介質(zhì)時，在面臨10G及40G升級時，就需要重新布線。同樣，采用OM1/OM2光纜時，在支持10GE傳輸時，距離限制相當(dāng)明顯。在重新布線過程中，會產(chǎn)生大量原材料浪費以及對保持運維的持續(xù)工作帶來很大影響。因此，數(shù)據(jù)中心前期規(guī)劃時，應(yīng)重點考慮未來幾年傳輸需求，選擇相應(yīng)的布線信道。
(4)高性能傳輸協(xié)議
當(dāng)從傳輸設(shè)備的單位能耗作為考量時，不難發(fā)現(xiàn)采用高等級傳輸時，單位端口傳輸能耗是明顯降低的，如1GE傳輸功率通常在0.5～1W/端口，而10GE傳輸功率已降到0.5～1.5W/端口，10GE的每單位Bit傳輸功率將大幅小于1GE每單位BIT傳輸功率，同樣對40GE和100GE也是如此。
在40GE標(biāo)準(zhǔn)制定過程中，IEEE已確認(rèn)同時引入25GE的速率，這個看似“倒退”的傳輸協(xié)議實際是對功率和設(shè)備傳輸優(yōu)化的一個有利支持。25GE將采用單通道25G傳輸，相比40GE傳輸采用的4X10G或2X20G通道，25GE傳輸可以獲得128 I/O的3.2T設(shè)備背板100%利用率，而4X10G通道的40GE在同樣128 I/O 3.2T設(shè)備背板上只能達到47.5%的利用率，2X20G則為85%。
(5)DCIM對節(jié)能的作用
DCIM概念的提出，希望將原先數(shù)據(jù)中心內(nèi)的兩大方面：基礎(chǔ)設(shè)施，如供電，暖通，以及IT設(shè)備，如服務(wù)器，交換機，存儲和布線的管理統(tǒng)籌到一個平臺上，實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心整體節(jié)能和管理。此概念有別于簡單地將樓宇自動化管理系統(tǒng)融入數(shù)據(jù)中心，而是從整體高度來實現(xiàn)統(tǒng)一管理。
因此，DCIM所實現(xiàn)的不僅是基礎(chǔ)設(shè)施的節(jié)能減排，還應(yīng)該是針對需求實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)管理及優(yōu)化，通過即將成為標(biāo)準(zhǔn)的AIM系統(tǒng)，對端口利用率實行實時監(jiān)控及數(shù)據(jù)分析，減少數(shù)據(jù)中心內(nèi)大量存在的被占用，但是未被使用的僵尸端口的數(shù)量。據(jù)統(tǒng)計，每個未利用的端口所產(chǎn)生的額外的費用(設(shè)備、電力，人力)接近USD100/年(行業(yè)調(diào)查數(shù)據(jù))。因此，合理有效的對端口的管理，將為數(shù)據(jù)中心節(jié)能乃至數(shù)據(jù)中心運維產(chǎn)生正面的影響。
注：全文內(nèi)容摘自《數(shù)據(jù)中心綜合布線系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)》一書。該書由中國勘察設(shè)計協(xié)會工程智能設(shè)計分會副秘書長張宜老師，攜布線行業(yè)各企業(yè)及一線的專業(yè)人士共同撰寫。其從綜合布線的發(fā)展背景到市場現(xiàn)狀，以數(shù)據(jù)中心綜合布線系統(tǒng)為中心，圍繞布線結(jié)構(gòu)框架設(shè)計、線纜選用、施工等等重要環(huán)節(jié)，均進行詳細(xì)的分類和闡述。
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