如今，美國數據中心的數量不斷增加，而好消息是它們正在變得更加節能。根據美國能源部勞倫斯伯克利國家實驗室(伯克利實驗室)的一份最新的報告，美國數據中心的用電量在十多年的迅速上升之后，在2010年開始趨于穩定，并且直到現在一直保持穩定，如今已經低于美國用電總量的2%。

此外，根據伯克利實驗室最新的“美國數據中心能源使用報告”，預計到2020年，美國用電量將保持較低的增長率，而2020年數據中心服務器安裝總量預計將比2010年增長40%，這是近10年來，第一次對數據中心能源情況進行綜合分析。

“在這十年里，由于數據中心高效的實踐，節約的電能約為620億千瓦時，或節省超過600億美元的電力成本。”報告的主要作者之一，伯克利實驗室研究員阿曼·舍哈比說。

伯克利實驗室關于數據中心能源效率的新報告的作者：(左起)戴爾·薩瑞特、阿曼·舍哈比、理查德·布朗以及薩拉·史密斯

最近一次進行這樣的全面分析是在2008年完成的一份提供給美國國會的報告，這也出自于伯克利實驗室。這份報告發現，數據中心的用電量每五年翻一番，主要是由于數據中心的數量和功率密度呈爆炸式增長。 “電力使用每五年翻一番的說法至今仍然被人們普遍認同。”舍哈比說，“事實上，數據中心的工作效率已經取得了巨大的進步，而在短期內仍然有巨大的改進機會。”

伯克利實驗室撰寫這份新報告的作者，其中還包括戴爾·薩瑞特，薩拉·史密斯，理查德·布朗，以及瑪格紐斯·荷爾林，其中的幾位也撰寫了2008年的調查報告，他們收集了關于服務器和存儲，網絡和其他設備的出貨量數據，然后構建一個模型來預測數據中心的能源消耗量。它們包括各種類型的數據中心，其規模從少于五個服務器數據中心到部署大型服務器“超大規模”計算設施的超大型數據中心，以及部署了成千上萬臺的服務器像機庫一樣規模的建筑物，例如由谷歌和亞馬遜這樣的行業巨頭所運營的數據中心。

總的來說，他們發現，較大規模的數據中心在運行方面取得了顯著進步。與此同時，其數量并沒有增加，但仍然預計2020年這些數據中心占所有數據中心電源使用量的60%，而那些規模較小的數據中心通常效率不高。“數據中心行業電量增長主要在于超大規模數據中心，而傳統的企業或機構的數據中心的能耗也可能增長。” 薩瑞特說，“這樣規模的數據中心數以百萬計，他們的工作效率并不高。”

根據這個研究報告，2014年美國的數據中心消耗了700億千瓦時的電能，約占美國總用電量的1.8%。從2010年到2014年，電力消耗增長了約4%，從2014年到2020年，預計電力消耗增長4%。這與2000年到2005年增長了90%，2005年到2010年增長24%相比，有了顯著的進步(報告作者指出，2009年服務器出貨量顯著放緩，這很可能是與2008年經濟危機有關)。

研究人員發現能效提高主要有三個原因。一個是數據中心冷卻和供電策略改進得更好。“在過去，大多數數據中心不加區別地采用空調制冷，以防止設備過熱，這是非常低效的。”舍哈比說，“現在有了更先進的冷卻策略，例如熱通道隔離，節約器和液體冷卻，這些都使冷卻設備的能源消耗有所降低。”

第二是所謂的縮放，或“功率比例”。史密斯解釋說：“大多數服務器在大部分時間內都處于閑置狀態，而傳統上，他們的設計目的并沒有在處理任務減少時縮減他們的用電量。”

使用更好的電源管理軟件以及效率更高的硬件，服務器可以在空閑或未充分利用時縮減其功耗。

解決此問題的另一種方法是通過減少服務器總量來減少服務器閑置的時間。“數據中心行業一直在整合服務器，因此，部署少于五個服務器的數據中心只有10%左右，而這樣數據中心接近50%有可能關閉。”史密斯說。

這種資源共享或“虛擬化”是一種行業趨勢，推動了云計算服務的激增，并且是第三個改進領域。

“云計算確實是提高能效的驅動因素之一，” 薩瑞特說，“數據中心以前被認為是固定成本，但是在云環境中，那些提供最低成本的供應商都會獲勝，而電能是最容易優化的事情之一。”

鑒于這些趨勢，研究人員預測了三種未來情景，可以實現更多的節能。在“改進的管理場景”中，刪除了不活動的服務器，并進行了其他資本操作和技術改進。與“當前趨勢”相比，2020年將節省10%的資金。

在“超大規模轉移”情況下，小型數據中心的80%的服務器遷移到超大規模的設施，與“當前趨勢”情景相比節能25%。而“最佳實踐”情景假定普遍采用每種數據中心類型的最有效的技術和實踐，從而比“當前趨勢”情景節省40%的成本。

薩瑞特說：“我們有機會減少美國數據中心的能源使用量，同時提供更多的計算能力。”