数据中心节能的五种可行措施

摘   要：随着信息技术的发展普及，数据中心用电量基数大，增速快。随着绿色数据中心标准的完善，绿色数据中心建设和现有数据中心节能优化改造迫在眉睫。本文通过剖析工程实践案例，涉及机架高效利用、高压直流配电系统、节能制冷系统、智能动环和提高IT资源使用效率等多种举措，全面分析了提高数据中心电能使用效率的方法和措施，对绿色数据中心建设、改造进行了有益探索。

关键词：绿色数据中心  高压直流  送风优化  虚拟机优化  智能动环监控

中图分类号：F626                                   文献标识码：A                       文章编号：1674-098X（2020）06（b）-0137-02

2012—2018年，信息技术领域用电量复合增长率高达15.3%。截至2017年底，我国各类数据中心年耗电量超过1200亿度，已超过水泥行业用电量，约占全国全社会用电总量2%[1-3]。中国数据中心节能技术委员会统计数据显示，电费占数据中心运维总成本60%～70%，是数据中心运营企业的主要负担。我国绿色数据中心建设起步晚，任务重，随着5G来临，数据中心能耗将更大，绿色、高效成为数据中心建设、运营必须关注的重要方面。

目前，数据中心评价主要参考PUE值，PUE是数据中心总能耗与IT设备实际能耗的比率，比值越接近于1，表明能效、绿色化程度越好。为降低PUE值，在数据中心设计、建设、运营的全生命周期，应着重降低IT、电气和冷却能耗。

1  數据中心硬件整合，提升机架利用率

1.1 新建或扩建项目节能措施

数据中心新建、扩建过程中，应注意提升机架利用率，按服务器实际功率上架。一般数据中心，单机柜按照5kW设计，80%的电源利用率实际可用到4kW，2路服务器（单台实际功率200W），单机架供电量可满足20台服务器使用。综合考虑机房配电、机柜散热、机房空调制冷量及送风方式，单机柜可安装12-14台2路服务器。

数据中心新建、扩建过程中，应根据部署业务场景，采用定制化服务器。定制化服务器，已根据业务模型进行优化配置，提供的CPU能力和内存能力与业务的需求能更好的匹配，可以更好发挥服务器效能。定制化服务器主要应用场景是作为云资源池宿虚拟化宿主服务器、分布式存储节点服务器和大数据分析服务器。

（1）定制化计算型服务器：主要用作虚拟化宿主服务器，密集型计算应用服务器，如BOSS核心系统。

（2）定制化存储服务器（大数据型）：应用于省内的经分大数据分析平台、移动网络综合规划分析支撑系统、无线网优平台等。

（3）定制化存储服务器（SERVER SAN型）：主要用作分布式存储节点服务器，如数据采集、备份系统。

1.2 节能改造措施

投产一定年份的数据中心，可以实施数据中心IT硬件整合来达到节能降耗的目的。通过设备关停、云化迁移、老旧高能耗设备替换等多种手段，进行IT设备整合，集约机房、机柜空间，优化布局，降低功耗，改善数据中心效益。

2  高压直流配电，提高配电能效

高压直流系统较之UPS供电，减少了逆变环节和维修旁路，具有节能、可靠性高、易于维护等优势[5]。

高压直流（双系统配电）可将电能使用效率提高至92%以上，每250kW有效荷载较之原有1+1并机UPS系统，可减少逆变设备及旁路系统2套。如某数据中心IT设备整合后，设备功耗284kW，采用400kVA 1+1并机UPS系统，系统效率84.65%;336V/1200A直流系统改造后，单机负载率约49.31%，系统效率92.60%，年节约电能252312kW，节能效果明显。

3  优化空调系统，降低冷却能耗

数据中心冷却形式分为机房级、机柜级以及服务器级，传统空调送风形式属于机房级，即以机房为冷却末端进行冷却[1]。提升冷却系统效能、减少换热和跑冒漏环节最直接的方式就是聚焦冷却末端，机柜级和服务器级冷却系统可以有效提升冷源利用率，降低冷却功耗。

机房精确送风是指机房空调通过专用风管或通道，将空调送风直接送到通信机柜内部，同时通过风阀、风口的调节，按需提供冷量。

精确送风适用于新建机房或已建但气流组织不合理，未实现先冷设备后冷环境的机房使用。对于原有采用上送风方式的机房，适宜采用上送风精确送风方式改造;原有采用下送风方式的机房，当同时采用定制机柜时，适宜采用下送风精确送风方式改造。

4  提升云资源利用率，深挖降耗潜能

（1）建立并落实资源动态优化分配机制，提高虚拟机负载率。

服务器虚拟化软件不支持资源在线回收的情况下，虚拟机的资源回收需要停止虚拟机释放资源，每次虚机资源回收相当于一次业务割接，需要运维、业务部门以及应用软件厂家共同参与。

（2）严格评审，合理管控应用系统硬件资源需求，提高物理主机使用效率。

应用系统布署前，业务、维护、建设部门应充分沟通评估，分应用系统，根据业务规模，参考现网类似应用系统资源使用情况，综合评估其硬件资源实际需求，严控虚拟机高配和资源高冗余，把控源头，合理管控IT硬件资源投入规模，提高物理主机使用效率。

5  用好动力环境监控系统，进一步节能减排

依数据中心动力环境监控系统为基础，扩增功能，增加数据存储分析展示模块，建设数据中心管理系统，具备IT系统端到端的电力、制冷、机柜空间、机房环境监控能力。通过数据中心管理系统，收集和管理数据中心整个生命周期当中资源、电力使用数据，并以数据挖掘、多维分析、大屏展示等方式呈现给运维管理人员，以便及时调整IT资源负荷、迁移轻载主机、关停空载主机，调节空调系统送风温度、送风量，开闭照明系统、新风系统。

引入大数据AI技术，根据天气温湿度及机房实时运行状况，科学调度冷却系统启停和使用强度。智能能效监控系统，支持数据中心全局及全生命周期资源调度优化，是绿色数据中心节能减排建设重要发展方向。

6  结语

在数据中心建设及节能改造过程中，运用IT设备整合、高压直流配电、空调送风优化、提高主机利用率、智能动力环境监控，均可以降低数据中心能耗。河南某运营商数据中心机房节能改造综合运用以上措施，改造前实测总功耗611kW，改造后降低至383kW，整体能耗下降37.31%;实测PUE值由1.84降至1.35。

在数据中心建设、改造、运维全生命周期内注重运用以上5方面措施，可以有效提高用电效能。随着云管平台功能的完善，将来数据中心建设、节能改造，还应重视IT系统物理主机和虚拟机负载优化，注重大数据技术的应用，建立健全数据中心能效监控系统。

参考文献

[1] 张兴，过增元.专家解读绿色数据中心全生命周期建设[EB/OL]，2019-02. http：//www.miit.gov.cn/n1146285/n1146352/n3054355/n3057542/n3057548/c6657057/content.html.

[2] 工信部，国家机关事务管理局，国家能源局.关于加强绿色数据中心建设的指导意见[Z].2019-01：2-4.

[3] 中国信息通信研究院联合开放数据中心委员会.数据中心白皮书，2018-10：8-9.

[4] 华为技术有限公司.华为FusionStorage6.1技术白皮书[EB/OL]，2018-01. http：//support.huawei.com/enterprise.

[5] 彭广香.全国咨询工程师（投资）网络教育通信节能减排新技术[EB/OL].2018-04. https：//jxjy.cdeledu.com/cdel_jxjy/qgzxgcs.shtml.

作者简介：王金贵（1986—），男，汉族，河南商丘人，本科，助理工程師，研究方向：企业信息化。