主芯片CPU節能技術
由于本文的重點是服務器整體系統的節能技術,所以在CPU廠商的節能手段不作重點描述,僅僅簡單介紹。
目前AMD和Intel兩大主流CPU提供商都在節能方面進行了大量的工作。目前設計的趨勢是SiliconandPlatformInnovation——新的材料、工藝和架構,目前開始在主流高端服務器上開始多核多線程產品的設計。在未來的幾年中,將在更低的能耗下提供更高的性能(performanceperwatt)。它可以在不提高能耗與熱阻的情況下,增加更多的計算能力。
目前IntelXeon處理器加入了DemandBasedSwitching(DBS)技術,這是IntelSpeedStep技術的增強型,在低運算需求環境下,它可以減少多達25%的能耗。AMD在其處理器中采用“PowerNow!”技術,可以動態自適應調整CPU頻率,可以在空載的情況下大大降低服務器的能耗。
其他RISC芯片提供廠商也推出了不少在節能方面的創新技術,其中服務器廠商SUN推出了UltraSPARCT1新型處理器的突破性技術,為系統性能、占用空間和功效創立了新的行業標準,這些新系統的設計宗旨就是要降低功耗與冷卻費用以及對空間的占用,與Intel的傳統芯片相比,UltraSPARCT1新型處理器可以節省80%的功耗,并采用專利權的CoolThreads技術,設計出一款八核32線程的處理器,在單塊芯片上實現了整機架的服務器的性能。在目前絕大多數處理器每線程至少消耗40瓦功率的時代,Sun的每一個基于SPARC的CoolThreads處理器,每個線程僅僅消耗2瓦功率。
電源管理技術
適用于多電源模塊系統,例如大型機系統或者刀片服務器系統,一般采用多個電源模塊。其原理是根據電源模塊的效率特性曲線。對于電源模塊效率曲線而言,一般不同的負載會有不同的效率,當然會有最佳效率點,一般情況下在電源在高負荷下運轉才能發揮最大效力,所以可以根據系統的功率情況進行電源個數的調整,使每個電源工作在最佳效率點。
例如一個系統中有6顆1kw電源模塊,其在最大90%負荷時電源轉換效率最高,為85%,而在其負載為40%時其效率為65%。在系統工作的某個時刻,經過監控系統測出實實功耗為2700W,這樣就可以關閉3顆電源,實現電源轉換效率為85%,而如果不采用任何手段時,其效率僅僅為65%,系統實現節能30%左右,同實減少熱量排放降低冷卻成本。(本文中數據僅供舉例參考)
軟件管理節能技術
軟件管理節能技術又可以分成幾類。
第一類,更改操作系統內核,優化程序執行隊列或者根據負載情況動態調整CPU頻率。目前該技術主要處于研究狀態,還沒有進行實際的應用。
主要原理是對CPU的運行狀態進行計算,分析任務隊列,對不同的任何進行功耗計算,同時建立一些CPU散熱器的散熱模型,在工作過程中,盡量把功耗高的任務同功耗低的任務進行交叉進行,這樣可以保持CPU在穩定的負載下運行,減少熱能的散發并提高運行效率。同時,當發現CPU任務隊列對功耗需求較低,通過BIOS接口進行CPU功率的動態調整,比如一個服務器系統,CPU為至強3.0GHZ,在CPU任務隊列較少的時候,就可以把服務器的CPU從3.0Ghz根據任務需要調整倒一個比較低的頻率,這樣就可以使CPU的功耗大大降低。
另外一種做法就是軟件功率管理,比如IBM和HP都有類似的軟件。PowerExecutive是IBM功率管理軟件的擴展,允許用戶“計量”任何單一物理系統或一組物理系統的實際電力使用數據和趨勢數據。由IBM研究中心開發的PowerExecutive使用了IBM開發的線路監測技術,可以確定實際能耗和系統溫度。新Systemx服務器以及IBMBladeCenter刀片服務器都采用了PowerExecutive軟件,通過功率管理來實現對部件耗電的控制。
HP使用惠普(HP)能量智控技術(ThermalLogic)以及HPBladeSystem系統套件,通過功率計算以及優化風道設計能夠比相同數量的機架式服務器冷卻所需氣流降低50%且耗電減少70%,追蹤每個機架中機箱的散熱量、內外溫度以及服務器耗電情況。