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  • 绿色计算在数据中心的应用及节能效果浅析-金色巨腾
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随着社会信息化水平的快速提升,政府以及经济和社会领域的各个行业对信息系统的依赖程度越来越高,信息产业的能耗也越来越高。同时,近年来,计算设备和资源数量仍在持续快速增长,以满足云计算、大数据等新兴技术发展的需要,计算能耗以及IT产业对环境的影响日益突显。以数据中心为例,其每年用电量可占到全社会用电量的1.8%左右,能源消耗巨大。因此,提升数据中心绿色发展水平,加快技术产品创新和应用,走高效、清洁、集约、循环的绿色发展道路,实现数据中心持续健康发展显得尤为必要。以下就从IT系统、供配电系统、空调系统以及数据中心整体架构四个层面,分析计算过程中的节能技术。



绿色数据中心

1.动态电压频率调整。对于芯片的功耗,降低供电电压是的方法,但是降低电压时,电路的翻转速度将会降低,这意味着系统必须以较低的时钟频率运行,但是单纯地降低工作频率并不能降低能量消耗。因为对于一个给定任务,频率和时间的乘积为定值,因此就出现了以同时降低供电电压与时钟频率的方法降低功耗,这就是DVFS(动态电压频率调整)技术。

目前DVFS技术已经被主流处理器厂商推出的主流处理器支持。例如,英特尔推出的Speedstep和EIST技术;AMD推出的PowerNow技术和Cool&Quiet模式。

2.异构计算技术。计算单元可以分成通用计算单元(CPU)、专用计算单元(GPU/DSP)等,由一个或若干个通用计算单元加一个或若干个专用计算单元构建的系统就是异构计算系统,由两者协同起来共同执行通用计算任务就是异构计算,目前在PC上的组合就是CPU+GPU。CPU擅长处理不规则数据结构和不可预测的存取模式,计算通用性强,计算复杂度高,但计算性能一般。GPU擅长处理规则数据结构和可预测存取模式,如图形处理计算,更适用于计算强度高、多并行的计算。异构计算APU的设计理念正是让CPU和GPU完美合作,达到整体性能的化,让CPU的更多资源用于缓存,GPU的更多资源用于数据计算。CPU+GPU平台是目前较成熟的异构平台,除此之外还有CPU+MIC、CPU+FPGA等异构计算技术。目前英特尔、IBM都在进行异构计算开发,Face-book、微软和百度等企业也通过异构计算来提升计算性能。

3.液冷服务器技术。液冷技术指的是将高比热容的液体作为传输介质,液体传热冷却技术。液冷技术由于成本问题,主要应用于高性能计算领域。目前常见的液冷服务器主要有三种,即沉浸式液冷服务器、冷板式液冷服务器、喷淋式液冷服务器。

目前,生产液冷服务器的厂商主要有中科曙光、华为、联想、惠普、思科、3M、富士通等。据调研,液冷技术可以减少2/3容量的空调机设备投入,传统风冷空调的高能耗问题,可以通过液冷服务器得到有效解决。

4.整机柜服务器技术。整机柜服务器是将原有机架+机器分离的架构进行融合,打包成为一个独立的产品,以一个整机柜为颗粒度进行交付的服务器,其主要结构在于将原先单个服务器的电源和风扇整合为一体。

整机柜服务器的优势主要体现在三个方面:一是在散热方面,通过集中散热,将每个服务器节点的散热风扇移除,整合成一个散热风扇墙,布局在整个机柜的后部,48个节点仅需18个风扇,数量减少93%以上,散热功耗降低25%以上。

二是在电源方面,实行集中供电后,单个机柜仅需8个2400W电源模块,即可满足48个节点的供电,转换效率高达94%,减少90%的电源数量,供电系统效率提升9%。

三是在空间利用方面,一个42U的标准机架,考虑交换机、散热等必要外设,一般配置16台1U服务器、一个42U的整机柜服务器,可保证32个节点部署密度,可布置80个节点,空间利用率可提升1~2倍。

5.市电直供+UPS/HVDC供电技术。几十年来,为解决数据中心内IT设备的供电间断和供电波动等电能质量问题,数据中心一直采用UPS+后备电池方案,这种方式在世界范围内得到了广泛应用。但实际项目中通常会根据不同可用性的需求,大量采用N+1或2N系统配置,因冗余度较高而导致实际负载率较低,直接导致了实际系统效率仅为80%~90%。

目前部分数据中心运营商开始尝试采用1路市电+1路(AC)UPS同时供电的方案。随着HVDC的逐步成熟,部分用户也开始尝试采用1路市电+1路HVDC同时供电的方案,这个方式将成为未来的发展趋势。

6.背板空调制冷技术。背板空调由冷却盘管、提供冷源的制冷机组和冷却水系统三部分组成。首先,背板空调的冷却盘管更贴近热源,机柜内设备排风口的温度更高,可通过提高冷热温差强化传热。其次,避免了局部热点。背板空调由于紧挨着机柜,安装在每个机柜的背面,可一对一地直接对局部热点进行降温,达到消除局部热点的目的。背板空调占用空间小,不需要放置空调,取消架空地板也节省了数据中心内部的空间。

7.氟泵双循环空调系统技术。所谓的氟泵双循环空调系统,是采用智能双循环设计,在冬季或室外温度较低时,利用制冷剂泵(氟泵)对制冷剂进行室外循环换热,充分利用室外自然冷源;在夏季或室外温度较高时,采用压缩机对制冷剂进行压缩循环换热。此种智能双循环设计能够在全年一定时间内不必开启压缩机制冷,大大降低了空调能耗,也称之为智能双循环氟泵节能空调,依据其特点,简称为“氟泵空调”。双冷源空调在北京地区的全年能效比AEER为7.37;普通空调运行压缩机的全年能效比AEER为3.91;AEER计算满负荷运行全年节能约46.9%,节能效果明显。


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