论数据中心的节能与环保

（胡庆年 中国铁通天津分公司 天津 300142）

当前，综合布线系统作为网络基础物理平台，是数据中心建设的重点之一，直接关系到数据中心的稳定性。依据TIA-942标准《数据中心电信基础设施标准》，全球数据中心布线系统以结构化，高密度，高带宽，易拓展，绿色化等为核心理念，发展为整个数据中心布线行业的方向。

最初，人们只关注较大环境中的电力和冷却问题，因为其面积和能耗规模较大。然而，所有的环境都对能耗增加敏感。下面的例子因位置、应用程序、IT设备空间、电力消耗、预算和其他因素而变化。冷却IT设备和为其供电所需的电量，反映出更快、更强和更密集设备的相关增长情况。PCFE资源受到限制，阻止了增长或导致成本增加，以补偿较高的能源成本或支付ETS相关费用，随着时间的流逝，IT设备的效率变得越来越高，然而，IT资源需求的增长也给可用的PCFE资源造成了压力。

“绿色”已成为当今数据中心建设的时代主题，依据德国罗森伯格HDCS在数据中心综合布线实施研发中十五年以上的经验，“绿色”主要包含“绿色环保”和“绿色节能”两大重要组成部分。随着全球能源及碳排放问题的关注加大，绿色数据中心布线是数据中心发展到一定阶段的必然需求。

一、数据中心的绿色环保

探讨数据中心的绿色布线首先要考虑到的是绿色环保，也就是综合布线方案中所选择产品的材质是否环保。评判是否环保有很多业内可以参考的依据，目前国内外有很多相关的政策支持与认证标准。2008年的北京奥运村、2010年的上海世博会都宣布了将全部使用环保型产品的相关政策规定，在将来通信行业绿色环保型产品也将有所偏重，数据中心做为网络的核心节点选材的绿色环保尤其重要。

RoHS 2002/95/EC标准规定在电子和电气产品中严禁使用六种有害物质，欧盟颁布RoHS指令时间要求：于2006年7月1日起，禁止在市场销售含有铅(Pb)、汞(Hg)、镉(Cd)、六价铬(CrVI)、多溴化联苯(PBB)和多溴化二苯醚(PBDE)，六种有害物质的电子电气设备。RoHS做为重要的参考标准是限制使用有害物质的标准规范。数据中心建设中应优先选取符合RoHS标准的产品,否则包含这些材料的产品对环境产生危险，留下重污染废弃物，因此在数据中心布线产品选型中严禁使用包含有害物质超标的产品将大大降低对环境的危害。

当前很多企业，都严格按照RoHS标准来生产，致力于环境的保护和绿色环保产品的可持续性发展，随着符合RoHS标准产品的推出，在生产和使用过程中产生的废弃物也尽可能地循环再使用和重新利用。许多核心企业价值观中，社会责任感是很重要的一条，把环境和资源保护看作产品解决方案的附加值。数据中心在高密度的同时，尽可能地选用预端接光缆产品，减少了75%的施工安装时间。预端接光缆产品相当于：普通光缆+光纤熔接+光纤尾纤+光纤测试+返工+便捷安装+高性能+免维护。采用预端接光缆相对于传统现场熔纤，不仅仅提高了品质与性能，并且减少了产品现场安装所产生废弃的耗材，使整体实施过程更加环保高效。

依据国内外的各类规范，数据中心在选取线缆时应平衡考虑同时且有阻燃，低烟，无烟气毒性和无腐蚀性，在起火时兼顾人员和设备的损失。全球各地的防火标准各不相同，北美UL标准，力主线缆阻燃在起火时优先强调如何减少火焰扩张，火势蔓延和烟雾产生。北美UL标准按阻燃等级从高到低分为：阻燃CMP、非助燃干线级CMR、非助燃商用级CM、非助燃通用级CMG和一般家居级CMX；而欧洲各国在布线领域则力主屏敝和低烟无卤，注重信息安全和人员安全，欧洲低烟无卤包含三个标准：IEC60332-3或IEC60332-1（火焰扩张和阻燃）、IEC61034(烟雾发散)、IEC754（腐蚀性和毒性）；低烟无卤特点是不仅具有优良的阻燃性能，而且构成低烟无卤电缆的材料不含卤素，燃烧时的腐蚀性和毒性较低，产生极少量的烟雾，从而减少了对人体、仪器及设备的损害，有利于发生火灾时的及时救援。因此在数据中心中低烟无卤线缆的选取也是绿色环保重点之一。

二、数据中心的绿色节能

在数据中心设备应用方面，如何改进能源使用方面的情况，包括部署更加有效的服务器、存储器和网络设备，以便能够用更快的速度处理更多的信息、存放更多的数据。改进的目标是：每瓦特电可以做更多工作;在给定的空间里，每单位能源可以存储更多的数据。想取得这样的结果，必须提供更多可用的PCFE资源。可用的PCFE范围允许组织做下列工作:减少费用及其相关环境排放;或者利用一些PCFE资源把老式、低效的技术转变成新式的、更加高效节能的技术，以维持业务的增长。通过一些更新的技术，可以获得额外的利益。这些技术结合了改善后的数据和存储管理工具以及一些最佳实例。这些最佳实例可以进一步充分利用PCFE资源,并规划设备应用，以大大降低资源的利用。

规划措施：虚拟化

服务器虚拟化可大幅降低 IT功率需求。虚拟化几乎总是能够大幅度减少所安装的服务器数量。消除一台服务器可以产生约 200至400瓦的结构性节能，具体取决于所使用的技术。因此，每消除一台服务器，每年可节约能耗约为 380美元，这一结构性节约在10年内节约的总TCO成本约为每台服务器7680美元。这一节约数额明显大于服务器本身的成本。

规划措施：标准化

即使未使用虚拟化，对节能服务器实行标准化也是一种非常有效的方法。如今，刀片式服务器是电力效率最高的服务器形式。不过，一个刀片式服务器系统可以使用的刀片形式在性能和能耗方面差异巨大。基于服务器的应用的性能需求往往难以事先预测，因此，用户往往会以大量增加能耗为代价来指定尽可能高的性能。如果服务器已经虚拟化，那么使用性能最高的服务器的策略一般是最大程度地降低总体能耗的最佳途径。不过，如果根据应用来部署服务器，则应当使服务器的性能与应用需求相匹配，这样才可以做到节能。对刀片式服务器系统实行标准化并根据应用来部署服务器的用户，可以选择对两台刀片式服务器实行标准化，即一台高性能/高功率刀片式服务器和一台低性能/低功率刀片式服务器。能耗范围可以大于2:1。合乎逻辑的策略是，默认情况下，在低性能刀片式服务器上部署应用，而仅在需要时，才迁移到高性能刀片式服务器上。刀片式服务器便于预配置，这使上述过程变得很容易。通过这种方式，典型的商业数据中心可以节约10%或更高的结构性IT负载能耗。

在数据中心布线过程中，一旦综合布线安装完成，就应做好保护工作并且不再对其进行操作。之后的任何网络配置改变，都应通过移动MDA水平交叉连接上的光絧跳线来完成。这样，MDA区域就成了物理层管理所关注的对象，在设计MDA区域时，应注意其长期的管理性、可靠性、安全性和扩展性。

数据中心综合布线采用结构化，高密度，合理的线缆路由管理减少对冷热通道的阻碍，光铜产品的选取大幅提升网络带宽，这些措施能为节能降耗做出相当大的贡献，从而提升数据中心的能效比。

根据在众多构建绿色数据中心的经验，综合布线的合理规划和布局会节省数据中心2-3%的电力。这主要取决于如下的几点：

1、合理规划数据中心

合理有效的线缆布局决定了网络物理层的基础，对于节约电能、节能降耗起到重要作用。依据TIA-942标准，将数据中心划分成 MDA，HDA，EDA，ZDA等几大区域。从MDA到HAD采用OM3预连接光缆，从而优化主配线区到列头柜之间的连接。解决从主交换路由到每一列机柜的列头柜二层交换机的连接。每列列头柜交换机及KVM设备通过絧缆或光缆跳线再连接到每一个服务器上去。它的优点是节省从主交换机到用户服务器线缆的数量，从而减少对机房冷热通道的阻隔。

目前，大多数数据中心内整体设计所支持的数据传输速率为1Gb/s。但是，根据网络和云计算的发展普遍共识是，传输速率会向10Gb/s推进。可以肯定的是，在未来的3-5年的时间里，支持10Gb/s传输的链路会成为数据中心的主流。基于此种情况，ISO以及TIA制定了关于光纤和铜缆支持10Gb以太网传输的标准。数据中心的规划建设应充分考虑到适用性，立足现有需求，并兼顾未来的拓展。

2.高密度、高带宽提升数据中心基础设施的利用率

在相同的数据中心面积基础上，通过提高数据中心密度来达到有效的利用，在网络物理连接层面主要体现在高密度线缆管理方面：高密度光纤配线架可大幅提升光纤配线密度；桥架式光铜混合配线架使用于机柜上方可支持288芯光纤，减少柜内空间占用；MPO连接器是一种多芯的光纤连接器，像IEC 61754-7，TIA/EIA 568C.3等标准中都有 MPO连接器的规定。MPO最近几年也广泛应用于数据中心。数据中心采用MPO的好处在于密度特别高，至少是普通LC连接器的3倍以上。以上这些新产品技术的应用，可以有效的节约40%以上的机柜空间，提升数据中心密度。合理的数据中心布局，对于光铜缆路由的合理设计可大量节省线缆投入。

3.优质的产品选型，精准的制造工艺

布线系统的绿色节能还体现在散热性上，线缆的散热性好了，可以节约大量的机房空调所消耗的电量。直径更小的Cat 6A万兆屏蔽电缆和直径更小的光纤解决方案意味着对制冷系统效率的影响被减到最低，屏蔽解决方案因为更低的信噪比需求可以有效地减少服务器设备驱动屏蔽铜缆网络所需的功率消耗，光纤布线系统相对高速铜缆系统需要消耗的功率更低。

绿色数据中心布线系统较之有源的网络设备，将持续工作15年，甚至更久。优质的产品，精准的制造工艺是延长综合布线系统寿命及稳定的重要保证。延长整体系统的使用寿命，也是减少重复投资，绿色节能的重要体现。

4.高性能、高传输，精益求精，精细化管理与实施

根据摩尔定律所确定的计算机设备热负荷规律，数据中心的配置无法实现有效的管理。数据中心环境需要考虑所安装的解决方案及如何安装和部署这些解决方案。在最近10年中，各公司的数据中心和楼宇配线设施中都大量地增加了网络设备数目，这些设备在增加关键性功能的同时，却使得数据中心的管理变得复杂。在全球发展放缓经济环境中，投资方都在期望简化自己数据中心管理，以创建一个安全、易于管理且能够根据不可预知的工作负荷和业务需求的变化灵活调整的网络基础架构。采用良好的布线系统管理软件有利于系统的可维护性，保持布线系统最大的效率，而不会因为布线管理混乱所产生许多没有利用的链路产生不必要的能源消耗。

随着全球气候日趋变暖和能源日趋紧张、能源成本不断上涨，数据中心正面临着降低能耗、提高资源利用率、节约成本的严峻挑战，而绿色也成为未来数据中心的必然发展趋势。在绿色数据中心建设过程中，绿色环保和绿色节能是最重要的两个方面。数据中心内不断增加的新需求对绿色布线的要求呈动态的多样性，在规划选择综合布线系统与设备性能时，需要在带宽、灵活性、可扩展性和成本等要素之间寻求平衡。综合布线作为基础系统在更小的空间内提供更高的带宽，作为绿色无源系统尽可能的降低能耗与增加环保意识，已成为当今许多数据中心绿色布线部署的新要求。

[1]ICTforgreengrowth,http://www.greenkorea2009.org/02_prngram/download/s3/PYO_Sam_Soo.pdf

[2]吴庆伟，光传输网节能减排分析，现代电信科技，2010年第11期

[3]The Climate Group,Smart 2020:Enablingthelowcarboneconomyintheinformationage,2010.