每個數(shù)據(jù)中心都擁有運行各種工作負載的大量服務(wù)器。無論是企業(yè)數(shù)據(jù)中心、托管數(shù)據(jù)中心還是云計算數(shù)據(jù)中心，都必須全天候運行以支持那些關(guān)鍵任務(wù)應(yīng)用程序。因此，運營數(shù)據(jù)中心的首要任務(wù)是增強可靠性。
而一旦完成可靠性任務(wù)，其成本和效率便成為了首要問題。一些早期建設(shè)的數(shù)據(jù)中心為了確保可靠性，其電源和冷卻設(shè)備過度設(shè)計，但運營者很快就發(fā)現(xiàn)，一半以上的能耗用于保持IT硬件的散熱和冷卻，而實際用于計算硬件的能耗還不到一半。
行業(yè)廠商多年來致力于提高冷卻系統(tǒng)效率，使數(shù)據(jù)中心新一代設(shè)備的能源使用效率(PUE)等于或小于1.2，這意味著80%以上的電力都將用于服務(wù)器的運行。
服務(wù)器的效率和能耗
因此，現(xiàn)在是更詳細地研究服務(wù)器的效率和能耗的時候了，因為這是數(shù)據(jù)中心能耗的主要部分。美國勞倫斯伯克利國家實驗室受到美國能源部委托為此進行了研究，并在今年2月發(fā)布了一份調(diào)查報告，其中揭示了一些有趣的統(tǒng)計數(shù)據(jù)。
首先，該研究證實了一個經(jīng)常引用的經(jīng)驗法則，即數(shù)據(jù)中心現(xiàn)在消耗的能源只占全球能源消耗的一小部分。根據(jù)美國能源部發(fā)布的調(diào)查報告，到2018年，這一數(shù)字已接近1%。
這個數(shù)字聽起來易于管理，但它掩蓋了數(shù)據(jù)中心能耗已經(jīng)成為一種負擔(dān)的事實。例如，愛爾蘭正在面臨數(shù)據(jù)中心建設(shè)的熱潮，但其電網(wǎng)擴展能力有限，難以滿足其電力需求。根據(jù)愛爾蘭工程學(xué)院研究人員的預(yù)測，到2027年，愛爾蘭電網(wǎng)中31%的電力將提供給數(shù)據(jù)中心。
其次，該報告表明，這一總體數(shù)字的增長速度沒有某些人所擔(dān)心的那樣快。2018年，數(shù)據(jù)中心的工作負載和計算實例比2010年增長了6倍多，但用電量僅增長了6%。
數(shù)據(jù)中心性能和成本的改進
戴爾技術(shù)公司EMEA地區(qū)數(shù)據(jù)中心電源部門主管Jim Hearnden表示：“提高數(shù)據(jù)中心能效不僅是環(huán)保策略，而且是管理運營成本的一種關(guān)鍵方法，這使其成為業(yè)界應(yīng)該優(yōu)先考慮的領(lǐng)域。大多數(shù)IT經(jīng)理都熱衷于提高與數(shù)據(jù)中心相關(guān)的能源效率，尤其是這樣做也有助于提高性能和降低成本。”
顯然，數(shù)據(jù)中心已經(jīng)看到了巨大的效率提升——正如人們預(yù)期PUE值下降那樣，其中大部分能耗來自數(shù)據(jù)中心冷卻設(shè)備。而從2010年到2018年，數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器能耗增長了25%。
研究表明這是一個實質(zhì)性的增長，盡管其增長幅度比工作負載增長六倍要小得多，但也表明服務(wù)器的效率也越來越高，能夠以更少的能耗處理更多的工作負載。
其中大部分歸功于功能更強大的處理器。英特爾公司前首席執(zhí)行官Gordon Moore預(yù)測，IT技術(shù)目前仍處在摩爾定律時代，芯片上的晶體管數(shù)量每兩年翻一番。而芯片上的晶體管越多，就意味著計算能力就越強，因為更多的計算可以在芯片內(nèi)完成，無需傳輸?shù)洁徑男酒?/div>
根據(jù)英特爾公司David House的一項觀察，摩爾定律意味著處理器的計算能力應(yīng)該每18個月翻一番，而不會增加能耗。與處理器一樣，構(gòu)成數(shù)據(jù)中心服務(wù)器的所有組件中都存在可以消除的能耗。
據(jù)主板供應(yīng)商超微(Supermicro)公司技術(shù)營銷高級總監(jiān)Doug Herz介紹，該公司生產(chǎn)的主板被許多大型數(shù)據(jù)中心的建設(shè)者所使用，而且該公司一直在致力于提高服務(wù)器的效率。
他表示：“美國的數(shù)據(jù)中心能耗增長已經(jīng)開始趨于平穩(wěn)。由于采用了多種節(jié)能技術(shù)，因此增長速度并沒有那么快。盡管服務(wù)器運行更多的工作負載，但使用的電能卻更少。我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了問題所在，就是數(shù)據(jù)中心運營商并未將其重點放在閑置服務(wù)器及其成本方面，而采用新的管理軟件有助于降低能耗。”
閑置功率
研究表明，一臺使用5年的服務(wù)器空閑時的能耗為175W，這并不比其滿載使用的能耗少多少。而近年來閑置的服務(wù)器越來越多，但Herz估計，運行空閑服務(wù)器的數(shù)據(jù)中心可能會浪費三分之一甚至一半的能耗。
管理軟件可以平衡工作負載，合理分配任務(wù)，從而減少服務(wù)器的空閑時間。Herz說：“這種軟件不僅用于監(jiān)控數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器，還用于平衡數(shù)據(jù)中心工作負載，優(yōu)化電力供應(yīng)。如果擁有大量的工作負載，必須平均分配在特定數(shù)量的服務(wù)器上，也許有更有效的方法來實現(xiàn)這一點。此外，還需要整合和優(yōu)化數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器，以便以滿負荷運行其中一些服務(wù)器。這樣可以實現(xiàn)規(guī)模經(jīng)濟。”
數(shù)據(jù)中心的能耗可以在更高的層次上進行優(yōu)化。例如，法國提供商OVH公司采用超微公司的主板，并通過專門調(diào)整的機架和水冷系統(tǒng)來定制其服務(wù)器，以進行更有效的冷卻。
OVH公司首席工業(yè)官Francois Sterin表示，“這具有很好的商業(yè)意義，使我們的服務(wù)器非常節(jié)能，并更具成本效益。”
顯而易見，能源效率如今已成為數(shù)據(jù)中心堆棧各層次的頭等大事。效率更高的服務(wù)器處理器得到更有效的管理，并得到了更持續(xù)的使用，因此能夠以更少的能耗處理更多的工作負載。
與此同時，服務(wù)器采用智能冷卻技術(shù)，而液體冷卻可以減少對冷卻系統(tǒng)的能源需求，使IT硬盤可以在更高的溫度下運行，因此浪費的電能更少。
但是摩爾定律終將結(jié)束，芯片密度也不可能無限增加，并且無法實現(xiàn)相同的性能提升。如果盡可能提高冷卻效率，并且芯片效率開始趨于穩(wěn)定，那么如何尋求下一個效率提升?一種可能性是優(yōu)化在處理器上運行的軟件程序：那么有多少計算資源是由于代碼效率低下而浪費?
另一種可能性是電力的傳輸環(huán)節(jié)。遠程輸送電力的高壓電纜將導(dǎo)致8%到15%的電力損失。為了減少損耗，最好采用本地化電源，例如數(shù)據(jù)中心附近的微電網(wǎng)。
如今，用戶對數(shù)據(jù)中心仍有更多大的需求，并且具有很多獨創(chuàng)性。而提高數(shù)據(jù)中心效率的下一個階段可能會更加有趣。
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