六種方法 實(shí)現數據中心電能管理
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直到最近，許多機構都沒(méi)有考慮他們的數據中心基礎設施已經(jīng)不止一個(gè)十年了。只要有足夠的空間來(lái)容納新的服務(wù)器機架，現有的冷卻和電力能力和容量暫時(shí)還可以滿(mǎn)足新增加的需求。但是，隨著(zhù)計算能力需求的不斷增加，現在這種狀況不會(huì )維持很久，因為在不久的將來(lái)，就會(huì )出現電力供應得緊張。
據市場(chǎng)調研公司IDC (CIO.com出版商的一個(gè)姊妹公司)的調查結果，在數據中心經(jīng)理所關(guān)心的事情中，容納和運行服務(wù)器所需要的計算機支持基礎設施是僅次于價(jià)格的第二大問(wèn)題。IDC公司的高性能計算研究部副總裁Steve Conway說(shuō)，“在三、四年前，這些問(wèn)題是排在第12位的，這意味著(zhù)，在那時(shí)它們根本就是不被重視的問(wèn)題。”
這一狀況的改變，優(yōu)先反映了技術(shù)的變化和處理能力需求的急劇增長(cháng)。虛擬化和多核處理器使我們能夠在一個(gè)很小的地方擺放更高密度的計算能力。所有類(lèi)型企業(yè)與日俱增的核心業(yè)務(wù)處理，對電腦計算依賴(lài)的程度的提高，推動(dòng)企業(yè)把越來(lái)越多的計算機機架放到它們現有的數據中心。與此同時(shí)，Gartner預測表示，到2008年底，世界上一半的數據中心的基礎設施將不能滿(mǎn)足近年來(lái)的高密度的設備對電力和冷卻的要求。
這些變化帶給像我自己這樣的(在一個(gè)高端科技超級計算機中心的管理者)主流數據中心的管理者，在今后的十年里要面對的一些問(wèn)題：如何正確選定基礎設施支持設備，如何優(yōu)化冷卻為高密度服務(wù)器機架服務(wù)，如何平衡數據中心的效率與業(yè)務(wù)需求，以及如何跟蹤所有的可能影響執行成敗的細節。
我工作的數據中心(設在美國陸軍工程師研究與發(fā)展中心( ERDC )的國防部超級計算機中心)，正處于一個(gè)為期兩年的、對數據中心的基礎設施，進(jìn)行完全徹底地檢查過(guò)程中。設計一個(gè)新的數據中心或改造一個(gè)舊的，是一個(gè)復雜的過(guò)程，但以下的六個(gè)想法，可以讓您在開(kāi)始這項工作的初期，就保持一個(gè)正確的方向。這六個(gè)想法是根據在過(guò)去的十年里我們的經(jīng)驗總結出來(lái)的，并且是在陸軍工程師研究與發(fā)展中心正在進(jìn)行的基礎設施現代化的過(guò)程中受到實(shí)地檢驗的。
1 決定您是否真的需要自己的數據中心
越來(lái)越多的計算機基礎設施是一項具有挑戰性的，投資昂貴的過(guò)程。在您決定下次升級前，一定要問(wèn)問(wèn)自己，“我是真的需要自己的數據中心嗎?”
一個(gè)最小的基礎設施將包括電源開(kāi)關(guān)設備和發(fā)電機。但是，幾乎沒(méi)有一個(gè)數據中心的基礎設施僅僅就是這么多。還要增加容錯功能，包括電池或飛輪的不間斷電源( UPS )、后備供水(以防萬(wàn)一您的市政供水中斷)、冗余組件、甚至可能是多個(gè)獨立的商業(yè)供電的接入。然后，你必須保護自己免受火災和自然災害。一旦數據中心的建成，你需要雇人來(lái)監測和維護它。
正如Amazon公司首席技術(shù)官(CTO )Werner Vogels在最近的“下一代數據中心會(huì )議”中表示：除非你是在一個(gè)具有高效率的行業(yè)，運行數據中心的本身就能直接得到回報，否則，在別人的數據中心運行您的應用程序可能會(huì )更好。
這個(gè)解決方案不見(jiàn)得對每個(gè)人都是正確的，但是，當公用事業(yè)費用上升和緊縮基礎設施的需求不斷增長(cháng)時(shí)，它至少是值得考慮的。
2 權衡綠色設計的成本和效益
成本和消費的上升，使得對電力的關(guān)注推到數據中心規劃的前面。如變壓器，電線(xiàn)，冷卻系統和UPS，都存在著(zhù)很大的的、固定的電力損耗，在電力到達第一臺服務(wù)器之前將有效功率切割掉一部分。
Green Grid(綠色網(wǎng)格)，一個(gè)旨在提高數據中心能源效率的信息技術(shù)公司的協(xié)會(huì )，推薦通過(guò)去除冗余的組件來(lái)合理精簡(jiǎn)基礎設施，僅僅安裝您需要的、使數據中心目前能夠滿(mǎn)足運行的設備。跟據該組織的《節能數據中心指南》，合理精簡(jiǎn)基礎設施可以節省多達百分之五十的電費。
但是，還有一個(gè)日漸衰老的能源故事，在數據中心的升級規劃剛剛嶄露頭角時(shí)，美國的公用事業(yè)基礎設施已經(jīng)開(kāi)始顯示出衰老的跡象，因為，電力供應似乎總是有問(wèn)題。
在Minneapolis的大橋坍塌和近十年內最初幾年的大規模停電，這些都是國家的重要基礎設施迅速下降的征兆。2003年8月14日，停電造成Great Lakes附近，大約 5000萬(wàn)人沒(méi)有電力供應，像這樣的事件預計在未來(lái)幾年內，將變得更加普遍，除非采取重大措施來(lái)抑制需求，并增加老化電網(wǎng)的可靠性的能力。
根據最近的一份北美電力可靠性委員會(huì )(North American Electric Reliability Council)的關(guān)于長(cháng)期電力可靠性的報告指出，在未來(lái)10年，對電力的需求預計將增長(cháng)19%，但是，發(fā)電能力預計將僅能增長(cháng)6%。這意味著(zhù)供電的余量正在下降，每年激增的需求或區域性氣候事件，很可能比以往任何時(shí)候都更容易造成全國各地的停電事故。
隨著(zhù)在短期內，市政電力中斷的可能變得更加頻繁，數據中心管理人員應當積極地設計自己的基礎設施以保證電力的可靠性，包括冗余電源分布和發(fā)電系統，以防止在商業(yè)電力中斷時(shí)，系統出現故障。
顯然，你需要將你的基礎設施設計成盡可能地高效率(甚至可以把基礎設施的高效率當成設計要求)。但是，電力分配基礎設施節能的程度將取決于機構對持續可用性和增加能力的成本評估。例如，在ERDC，我們的超級計算任務(wù)需要非常強大的電腦可用性。我們的電力分配基礎設施包括：有冗余的開(kāi)關(guān)、電池和發(fā)電機。這些使我們能夠在進(jìn)行日常維護時(shí)，不用中斷運行。在組件發(fā)生故障時(shí)，也可以繼續長(cháng)時(shí)間地緊急運行。這些冗余的設備雖然增加了我們固定的電力損耗，但是也考慮到我們的業(yè)務(wù)不能中斷的需求。
本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/201706/354150.htm 3 通過(guò)設計達到“緊密結合冷卻”并提高靈活性
電腦在兩件事上是非常有效的：處理數字和將電力轉為熱量。進(jìn)入數據中心的電量，大約有百分之三十在服務(wù)器內轉變成熱量。
傳統的做法是，用設施以外的大型冷卻機組冷卻水，然后將冷卻水注入到在機房地板上的電腦室空調( CRAC )裝置。這種做法實(shí)質(zhì)上是使整個(gè)房間充滿(mǎn)冷空氣，但針對具體的熱源點(diǎn)，只提供了非常小的靈活性。
“緊密結合冷卻”的概念已經(jīng)流行于超級計算中心多年了，我們發(fā)現它是有效率的和有效力的。這個(gè)想法是把冷卻放在非常接近熱源的地方，目的是刪除熱源。這種做法可以有針對性地冷卻和控制熱源點(diǎn)，并能縮短空氣路徑，比將冷空氣移動(dòng)到全房間需要更少的風(fēng)扇電力。“緊密結合冷卻”可以使機架密度達到通常情況的4倍。根據客戶(hù)提高機架密度的需求，所有主要服務(wù)器廠(chǎng)商現在都能提供適合“緊密結合冷卻”的配置。
有許多基于“緊密結合冷卻”解決方案的機架和芯片。例如，有將冷卻裝置安裝在一個(gè)機架內，橫靠在服務(wù)器機架側面的設計，或將其放置在每個(gè)機架的頂部的 “自上而下”的冷卻辦法。也有的解決方案直接將冷卻水提供到機架的后門(mén)，或將冷卻器放置在機架的抽屜內，與電腦抽屜交錯安排。
以芯片為基礎的冷卻解決方案有兩個(gè)基本的形式。最簡(jiǎn)單的是將冷卻水輸送到一個(gè)或多個(gè)位于服務(wù)器的熱源上方的冷卻器中。更為復雜的系統使用惰性液體，直接將其應用于服務(wù)器芯片的閉環(huán)系統。雖然這項技術(shù)最近才被通常的服務(wù)器采用，但超級計算機行業(yè)一直在使用這項技術(shù)，已經(jīng)幾十年了。2006年，ERDC的超級計算中心在它的一些Cray超級計算機上使用了芯片級的汽化熱交換冷卻系統。
所有這些方法都要求冷卻水的管道剛好到達計算機機架，你需要在設計你的數據中心的管道時(shí)，考慮好這一點(diǎn)。如果將冷卻水移動(dòng)到數據中心的核心區域的這種想法使你的心跳停止、非常害怕的話(huà)，這里有大量的、如何最大限度地減少風(fēng)險的工程方面的知識可以讓你放心。你需要采取措施包括：使水管在抬高的地板下面盡可能的低位置，安裝檢漏儀，將電與水管管道隔離，并提供泄漏控制功能裝置，如重力排水管道及接漏水盤(pán)。
4 地板磚方面的考慮也不容忽視
如果您沒(méi)有規劃或不能計劃“緊密結合冷卻”，這里仍然有一些你可以采取的措施，來(lái)提高冷卻效率。
盡量減少在機房抬高地板下的電纜和管道數量。這是空調裝置(CRAC)正在使用的空間，空調裝置把冷空氣推向您的計算機，并且，如果你能最大限度地減少冷空氣在流動(dòng)過(guò)程中與電纜和管道相遇的中斷，那么，用于冷卻的能源效力將可以大大增加。盡量減少地板下的障礙物，也可以幫助消除數據中心的熱源點(diǎn)。
另一個(gè)措施是：你可以是委托流體動(dòng)力學(xué)研究機構對數據中心進(jìn)行研究，或購買(mǎi)您需要的軟件，自己執行該項研究。這種方法使用了一個(gè)計算機模型來(lái)模擬圍繞數據中心的氣流，可以幫助您找出冷卻問(wèn)題的原因和解決辦法，包括穿孔地板磚的最佳鋪設位置。
幾年前，ERDC超級計算中心采用了這種方法，以確認我們獲得了冷卻系統的最大能力。在數據中心，穿孔地板磚往往只是鋪設在服務(wù)器機架冷通道的前面。數據中心的綜合領(lǐng)導Paula Lindsey說(shuō)：“令人驚訝的是，最有效的穿孔地板磚的鋪設并非總是在機器的前面。”在流體動(dòng)力學(xué)的研究表明，我們需要在一些地板磚上，增加穿孔直徑，在關(guān)鍵位置上，讓更多地線(xiàn)纜和管道通過(guò)。
5 將支持設備移到外面
正確選擇您的計算機基礎設施支持系統的位置將提高數據中心能源效率，并讓您在將來(lái)更容易擴展規模。其中，您可以采取的最重要措施之一是：盡可能地將電源和冷卻設備移到數據中心以外的地方。事實(shí)上，如果你有空間，一個(gè)好的辦法是，將這些設備的大部分移到建筑物以外的地方。
下面是一個(gè)例子。對于在ERDC的一個(gè)新的超級計算中心，我們需要一個(gè)短期安裝以取得2兆瓦的額外電源。我們發(fā)現，需要添加的UPS和發(fā)電機設備，不適合安裝在放置其余電力基礎設施的這個(gè)建筑物內。在10年前，我們的數據中心選址在一個(gè)陡峭的山坡和道路之間的區域。其解決方案(將設備放置在室外由切割山坡形成的平地區域)是非常昂貴的，并在日程已經(jīng)很緊迫的情況下，這將增加時(shí)間延誤。
我們新的長(cháng)期設計是，將這些組件的大部分放置在建筑物以外的一個(gè)模塊化新規劃出的公用設施區域。負責執行升級的工程師Greg Rottman說(shuō)：“當我們需要擴大規模時(shí)，這種將設備的移動(dòng)，消除了建筑物圍墻對我們的限制，并在至少另一個(gè)10年內，應該能夠提供給我們靈活性，滿(mǎn)足我們擴容升級的需要。”
將傳輸和外部設備移到室外也有利于環(huán)保。在今年早些時(shí)候發(fā)表的一份報告中， Green Grid(綠色網(wǎng)格)發(fā)現，進(jìn)入數據中心的電力在電力輸送的單元、UPS設備和開(kāi)關(guān)設備中，高達百分之二十五轉換成為熱量。將這些設備的移到數據中心以外，如果可能的話(huà)，移到建筑物的外面，這會(huì )降低您的整體能源消耗，因為不再需要能量來(lái)消除移走由這些設備所產(chǎn)生的熱量。
6 電源管理的監控
你知道您的數據中心使用了多少電力嗎?您的服務(wù)器用電量比供應商所說(shuō)的用電量是多了，還是少了?明年設備升級的耗電量與您的設施電容量是不是很接近?
一個(gè)用于電源和冷卻系統基礎設施監測的系統，必須是你對數據中心任何升級規劃的一部分。對能源使用積極的管理和監控將幫助您計劃未來(lái)和評估您為提高數據中心的能源效率所采取措施的有效性。
對于要說(shuō)服不直接管理數據中心業(yè)務(wù)的高級管理人員，讓其投資數據中心的升級，可以說(shuō)是一種挑戰。您可以一點(diǎn)一滴地，在可以負擔得起的情況下，逐步建立數據中心的電源監控系統。并觀(guān)察節約能源和提高效率的措施是否有效和有意義。這將有助于您建立一個(gè)長(cháng)遠電源改進(jìn)評價(jià)體系，并更有效地規劃未來(lái)。
作者介紹：John E. West是美國國防部高性能計算現代化計劃的高級研究員和在Vicksburg的美國陸軍工程師研究與發(fā)展中心的超級計算機中心的負責該計劃的執行主任。
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