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节能是要花钱的 闲谈数据中心升级(图)
服务器 数据中心
今天我们要讨论的是关于重新升级数据中心的问题。讨论一下当设备需要更新时,如何缩小数据中心,以及替换节能设备。

你可能经常会坐在一个空房间里考虑安装计算机,琢磨着:如果我确定要安装计算机,怎样才能尽可能地环保。现实可能是每个桌上都摆着一台计算机,数据中心嗡嗡作响,电子账单跳个不停。

今天我们要讨论的是关于重新升级数据中心的问题。讨论一下当设备需要更新时,如何缩小数据中心,以及替换节能设备。

一、能源消耗

计算机的计算能力每5年就会翻番。与之相伴的是,其他的消耗也都在上升。例如:2000-2005午,美国的数据中心及周边设施的能耗翻了一倍。

这么个大玩意儿,要想环保可不容易

究竟是什么导致了这种疯狂增长呢?用户享受着互联网带来的益处:YouTube、音乐下载、网络电话以及很多其他的流行事物。但是,在服务器机房里,能耗问题却因为这些流行时尚而变得很尖锐,包括售价低于25000美金的低端服务器的日益泛滥等。

同时:许多IT经理更倾向于使用Linux和其他免费的操作系统,而不想为每一台服务器付费。正因为如此,低端服务器的需求量更大了。

1.增长

根据2007年劳伦斯•伯克利国家实验室的一项调查显示,2000年,美国数据中心里安装了约560万台服务器,其中490万台是低端的,66.3万台是中端的,2.3万台是高端的。

到2005年,美国数据中心里大约安装了1030万台服务器,其中990万台是低端的,38.7万台是中端的,2.22万台是高端的。

同样的一份研究也表明了全球服务器需求量的增长。2000年累计安装了1410万台服务器,其中1220万台是低端的,180万台是中端的,6.6万台是高端的。到2005年,这一数字变为2730万台,其中2600万台是低端的,120万台是中端的,6.6万是高端的。为了满足这种增长,在美国,需要建5座1000MW的电站才能满足能源需求,而在全球范围内,则需要建设14座1000MW的电站。

2.其他成本

当讨论到能耗时,自然而然会立刻想到电表及其转速。但是,也许你仍想要为公司做一下整体的思考。这就得谈到一个区域中的变化如何帮助到另一个区域的问题了。

比如,被位于华盛顿的恒温系统研究公司(ISR)称为SprWCoo1的技术。SprWCool使用的是绝缘的电子氟化液。冷却剂被直接喷洒到芯片或处理器上(这个过程被称为芯片冷却技术),当冷却剂转化为气体的同时芯片也得到冷却。

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二、设计

当以“绿化”的理念设计或重新设计数据中心时,应遵守基础设施适度原则,使用高效的设备,并设计高效的能源利用。接下来将谈到怎样才能为数据中心做出最高效的决策和规划。

绿色数据中心能这么绿么?

1.效率

能通过观察一些常见问题,确保数据中心更高效。

(1)配电单元在非满负荷的情况下运行。

(2)空调被迫消耗额外的电能使其能在高压下长距离驱动空气。

(3)N+l或者2N冗余设计,导致部分效用不足。

(4)使用超大型的UPS以逃避接近负荷极限的操作。

(5)低负荷运行降低3UPS设备的效率。

(6)地板下的阻碍物导致冷却机的运行低效。

2.地面布局

数据中心的布局是影响空调系统效率的重要因素。如果风口被堵塞,空调系统的效率将会降低。如果未采用冷通道,热通道隔离的布局,效率也将降低。因此当设计地面布局时,需要将冷通道、热通道隔离。

同时,也要关注数据中心中冷却系统重叠的地方,这是放置产生很多热量、又很重要的设备的理想位置。

3.服务器设置

仅仅放置服务器并让其运行是不够的,要确保服务器已经尝试了所有省电的方法。很多时候,IT经理更愿意选择高使用价值,也不会设置省电模式,然而设置省电模式能够降低耗电和冷却的成本。

4.地面通风板

地面通风板并不仅仅为了看起来很酷,更是为了便于通风。然而,在许多数据中心,通风板要么没有被正确地安装,要么就是安装得过多或过少。

如果在数据中心应用计算流体力学(CFD)——一种空气流动模式分析方法,就可以优化数据中心的冷空气流动。能够通过在最优地点安装通风地面板来微调数据中心的温度。一些供应商会帮助你应用计算流体力学。通过简单地微调板的位置,一些数据中心已经降低了25%的冷却成本。

5.适度原则

数据中心设计与再设计包括许多的内容。比如,安装通风板这样一个看似很小的任务,就能够带来很大的节约。然而,在优化数据中心方面,所能做的最主要的事情就是本着适度原则去设计。简单地说就是只建需要的。

适度原则是影响数据中心省电与否最重要的因素。不管数据中心是否到位,修复耗电和冷却的损失都是要做的工作。这对那些IT负荷较小的组织可能并没有很大的负面影响,然而,当IT负荷变大时,组织将意识到用电与冷却产生的费用的上升。适度原则能够通过服务器整合和虚拟化来实现。

当遵循适度化原则再设计时,也必将认识到这样一个事实:在未来几年需要额外的容量。但是,如果花一点时间和金钱去预测数据中心的能耗与制冷负荷,那么将能够缩减资本支出与营业支出。

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三、升级到节能服务器

再挤挤,节约有限的空间吧

在筹划绿色数据中心时,如果能够一气呵成自然是很好的。但事实上,这很难做到。很难卸载整个系统并替换一个全新的系统。

这其中包含两个原因:其一,成本过高,超出预算;其二,工作流程问越。请想象一下能否关闭电源对所有设备进行更新?在很多情况下,一个新安装的服务器不得不进行有电状态下的切换,以保证几分之一秒的停机都不会发生。

因此所要做的就是用绿色替代品取代原有的设备,就如常规性地更换服务器和存储单元。当设计绿色数据中心时,需要遵循一些原则和经验。

1.合并

任何一个绿色数据中心工程的开端就是去整合服务器。在一些案例中,会发现一些根本不需要的服务器,那么就可以把它们关掉。有10%~30%的服务器是闲置的,则能够暂停它们。

尽快将不使用的服务器清除之后,下一步就是考虑整合,许多服务器的处理能力并没有被充分使用。绝大多数物理服务器的利用率只有最大值的15%。

将基于服务器的应用程序尽可能多地转移到虚拟机。一个虚拟机只是安装在物理服务器上的一个简单的软件服务器,可以在一台物理服务器上放许多的虚拟机,这将便数据中心中的物理服务器数量锐减,采用此类措施的服务器更加高效。

2.新的更换策略

最能够节约费用、省电、降低冷却成本的地方就是服务器整合。使用的硬件越少,开销就越低,这是显而易见的。因此在更换服务器时要谨记以下原则。

(1)用二路服务器或双核服务器、单处理器服务器替换2个或2个以上的旧服务器。

(2)用中低压的刀片处理器更换旧服务器。

(3)用单双核处理器更换双处理器服务器。

(4)用双向双核服务器更换四路服务器。

通过整合服务器,将减少需要支付电费的服务器数量,同时增加机器的利用率。

3.使用电源管理功能

一个显而易见却末被IT经理们掌握的技巧是,使用设备电源管理工具。尽管用电一般是稳定的,但是IT负荷的上下浮动取决于系统需求,且影响因此可能多达3种。

通过使用设备电源管理功能及关闭闲置服务器,能够将数据中心的能耗减少20%。但是这并不意味着IT经理们都是傻瓜,因为他们往往更关注正常运行的时间和性能。事实上,由于启动电源管理功能降低了数据中心和冷却系统的压力,它能够提高数据中心的整体的利用率和正常运行时间。

4.使用节能服务器

升级设备时,请寻找节能服务器。节能服务器使用更少的电,并有可能像引入新产品那样获得更高的效率。

5.使用节能电源

数据中心最大的能源浪费来自于电源,许多电源并没有针对服务器的安装特点来进行选择。

低效率的电源在电能被送达服务器之前,差不多可能浪费一半,更严重的是,被浪费的每lw电能都会转化成热量,并需要使用至少同样的电能来进行冷却。

即便只有20%的负荷,也要寻找能源效率大于等于80%的电源。就像这种类型的设备一样,它们很贵,但使用成本更低。

6.与设备经理沟通

IT部门也许会做好严谨的记录,并追踪设备的性能,但大多是IT经理都不会看到电费账单,设备管理部门则会接到电费单。

为了真正弄明白消耗了多少电,需要与设备经理好好沟通。至少创造一些与设备经理沟通的条件,让他知道正在尝试去解决这个问题。

7.参考标准

如果不能确定买哪一台设备,又没有时间、耐心和精力去了解产品介绍和数据清单,仍然可以作出英明的采购决策。

有许多的标准可供参考,比如,电力公司启动的80PIus认证计划,用来标识那些能在20%、50%和100%负载水平时实现80%能效的电源。

能源之星绝大多数情况下是针对台式机的,服务器认证的扩展也在进行。当然,如果在欧洲购买1台服务器,就必须要符合ROHS与IEEE标准。供应商可能在世界其他国家宣传那种功能,他们的服务器应该要通过这些标准的认证。

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四、整合服务器

真的要花钱买新的么?

你是不会为了度周末关掉数据中心、清除旧服务器、安装更强大的新品牌服务器的。更有可能的是,根据更换计划的安排来引进新的设备。然而,当你真正开始更新设备时,整合服务器是一个明智的选择。

通过整合服务器你能够获得以下成效:

(1)将你现有硬件的利用率从10%~15%提升到80%。

(2)以10:1的比例减少服务器数量。

(3)减少50%的硬件与运营成本支出。

传统上,一般都是“1项工作任务对应1台服务器”的理念。比如说,如果需要1台电子邮件服务器,就买1台新的服务器。如果需要1台文件服务器,就买另1台新服务器。但是,这两台服务器使用都不频繁,无需分别放在单独的机器里。就像前面所提到的,大多数的服务器只使用了它们总承载能力的10%~15%。

每一种网络应用分别配备服务器,会导致服务器泛滥。这一部分将谈到整合服务器、减少机器数量的价值。

1.利用

服务器泛滥能够通过整合及虚拟物理服务器来控制。比如将像VMware这样的应用程序,脱离底层硬件独立运行,并且得到在一系列物理服务器的支撑。

如果你为不同的应用程序配备了不同的操作系统,那也不成问题。一台虚拟机意味着一个完整的系统,包含处理器、内存、网络、存储器及BIos。这就允许在同一台服务器上安装Windows、Linux、Solaris以及Netware操作系统。

一般来说,一台服务器运行单一的应用软件只有15%的利用率。那就意味着为处理能力所支付的金钱全都被浪费了,同样的,为此支付给电力公司的电费也被浪费了。

通过在物理服务器上运行多种虚拟服务,将把机器的利用率从15%提高到80%。

2.硬件缩减

整合并不仅仅意味着1台机器干2份活,而是可以达到10:1的比率。例如,一个ESX服务器可以支持超过100台虚拟机器。

还可以将同样的策略用于存储和网络的整合,从而在机房里减少更多设备。

3.降低运营成本

LawenceBerkeley国际实验室的一份调查报告(2007年)显示,一个数据中心的服务器占据了大约55%的电能消耗。剩余的能量用于支撑其他设备。所以,当整合设备时,也只需要更少的设备扮演支撑的角色,节省了更多的花费。

整合可以使得每年在每个服务器上节省约650美金。来简单地以10台服务器整合为1台为例来计算。将10台服务器整合为1台,每年可以节省5040美金。这还是一个小公司。如果有上千台的服务器,那将是多大一笔的费用节省。

整合也可以降低数据中心产生的热量,但是像能量的消耗一样,不仅是服务器产生热量,支撑设备也一样产生热量。

4.重新部署服务器

作为绿色数据中心设计过程的一部分,必须着眼于所拥有的设备并评估其价值。你也许有一个系统生命周期的计划来逐步淘汰设备和重购新设备。然而,可以通过使设备功能重新定位来节省数以千计的花费。

举例来说,如果有一台运算能力和内存都足够强的服务器,为什么不保留它,而去整合和虚拟化其他服务器的功能?如果有了这样一台设备,通过服务器功能重新定位可以不必购买一台新的(这样可以节省购买新设各的花费并循环使用旧设备),让服务器利用程度最大化。

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五、线缆方面的考虑

如果将数据中心的设计想象为一部好莱坞电影,那么这里的明星就是服务器布局和综合冷却。数据中心设计的配角可能是你想不到的小东西,例如电缆。确实,电缆不产生热量,也并不释放有毒气体。然而,当重新设计数据申心的电缆布置时,需要考虑整合它们。很大程度上,冷却方案受电缆选择影响。大多数有效的冷却方案里,电缆都需要被适当的设计、纠正和布线,以达到最理想的空气流动。

布线这事相当专业,马虎不得

1.TIA-942

电信产业局(TLA),提出了非屏蔽双绞线电缆的CAT标准,并出版了一份包含现代数据中心中最好的实践和整合设计的权威性文件。

这个标准,题为“数据中心的电信基础标准,TIA-942”,共148页,包含从地址选择到机架安装方法等各个方面。

TIA-942是以将整个数据中心的需求标准化为最佳操作标准。该标准带来的结果之一就是通过对承包人的标准化,便公司可以节省最大的IT预算项目之一——IT经理薪水。

2.线缆路由

数据中心的线缆整合的关键是保持空气流动。TIA-942或是其他标准都建议垂直化或水平化电缆以适应数据中心的增长,这样可以使你不必在线缆方面走回头路,这样做有以下原因。

(1)消除移动、添加、改变(MAC)工作时带来的不利影响。

(2)确保在冷通道里流通的冷空气不被电缆阻挡。

(3)安装线缆作为挡板,引导冷空气进入到冷通道。

除非每当数据申心有所变化时,光缆问题都能得到解决,否则就要把光缆问题加入到冷却工作考虑的范畴中去。很多老的数据中心因电缆设计影响了空气流通而造成很大的隐患。

在日常使用中,电缆本身无毒,但是一些特定的物质有毒,而一些旧电缆护套还没有碰到现今的RoHS标准。更老的可能带有一些易燃物,如果它们被点燃,可能导致火灾和释放有毒气体,如卤化物。

安全问题很重要,但是如果正在移除旧电缆,依然需要处理和回收电缆。就像其他IT设备一样,不能简单地倒在垃圾箱里,而是要妥善处理。

设计数据中心的时侯,可以通过适当的管理降低废弃电线管的数量,以及避免一些未来可能发生的问颖。基础设施管理系统(如MAC)可以对数据中心的各种变动进行细致的监测,提供最新的物理层连接图表,以便电缆管道在成为一个问题之前可以被管理和充分利用。

3.更大的带宽

当设计和再设计一个数据中心时,存在需求和预算之间的平衡。如果成本不是问题,可以在能力范围内购买最大、最快的设备。然而,往往成本都是一个问题,使你必须在预算内购买尽可能好的设备。

现在,CAT7T级电缆是市场上性能最好的电缆。即将面世的CATTM认级,每个信道可达到IGHz。这将在现在铜线的最新的10GbMs的速度上提供大的带宽。并且,新的电缆技术可向下兼容。

可如果现在不需要CAT7电缆呢?没关系,会需要的。当有一天需要的时候,就得拆除现有的CAT5或CAT6电缆重新用CAT7电缆替换。如果安装了最好、最新的电缆,是把钱花在了前面,而不需要不停地升级设备。

例如,当10GBASE-T已经应用到桌面时,被安装的CAT5e系统需要在一些年内不断替换。当组织规模过大而不适于CAT6时,需要升级到CAT7,等等。

安装高性能的电缆,不仅可以节省费用,而且还可以保留铜、铝和其他自然资源。进一步说,无需回收和处理旧的电缆,从而减少对环境的影响。

4.其他方面的节省

尽管通过合适的电缆规划和布线优化空气流动可以节省能源,但在线缆基础设施方面还有其他的能源节约机会。

例如,如果采用高性能电缆,将减少电缆通道的噪音,这样将减少通过数字信号处理降低噪音的设备的能源消耗,从而带来显著的能源节约。事实上,应用全屏蔽电缆将节省10Base-T全部能源预算的20%预算。

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六、电源问题

三年前GoogIe公司决定在位于俄勒冈州达拉斯的哥伦比亚河岸安装他们的新设备。设备有两个足球场那么大,还带有两个四层高的冷却塔。(51CTO推荐阅读:走一路拍一路 闲逛Google数据中心(多图)

看看人家Google是怎么整的,再看看自己,哎……

但是GoogIe公司没有搬到华盛顿边界的俄勒冈州的那个位置,那里离微软公司更近了。事实上,微软公司和雅虎也正在计划在华盛顿的Wemtchee和QUncy的上游,向南130米的地方建造他们自己的大型数据库。

那个地方有什么壮观的美景吗?事实上,那里的河流能够被利用来给数据中心提供电能。这是全国最便宜的电能。这个位置本身也说明了数据中心的高耗能,它们的运转需要消耗大量的电。

尽管也许不能将所有的东西包括公司搬到河边,但是仍然要管理数据中心的能源。这是设计与再设计数据中心时的需要考虑的关键问题。

1.过多的电源

当系统工程师为整个公司的服务器设计供电设备时,他们使用和土木工程师设计隧道同样的方式,建造一个能够适应最大流量的隧道。尽管隧道里大多数的车辆只是通勤车,工程师们仍然要确保隧道能够容纳大型卡车或者油罐卡车。

服务器也是一样。通常会指定基于最大的系统配置及负载需要电源需求。但是系统工程师不需要如此辛苫。他们能够为不同的设置配备不同的电力需求。自然地,这将花掉更多的钱,因此他们倾向于在所有的布线模型中配置最大的电能供应而不管实际使用的电量。

很多时候厂商选择一种能够适合所有设备的电源。同样的,问题在于浪费。虽然厂商选择同样的电源应用于所有设备要更便宜一些,而你最终要为低效率供电负责。更严重的是,环境也为此付出代价,因为设备的低效用电会产生更多的碳排放。

令人感到欣慰的是,许多像戴尔那样的公司提供了不同的电源配置万案,消费者能够根据每台服务器的工作情况选择合适的电源。特别是当这种配置方法贯穿服务器的整个使用寿命时,将大大地降低能耗。

2.效率

电源的效率通常用输出直流电量除以输入交流电量来计算。如果一种电源能够用更少的交流电产生更多的直流电,那么使用更多的交流电将比使用直流电节能。公式如下:

效率=(输出直流电)/(输入交流电)

例如,如果有一种电源输入300W输出200W,计算起来很简单,就是用200除以300。

200/300=66%

效率越高越好。在这个例子中,66%并不算好。一股来说,一种高质量的电源效率在75%一85%。例子中那剩下的34%并不仅仅是消失了,而是转化成了热量,于是不得不再花钱去冷却这些热量。

当考虑了电源效率和系统冷却,计算机有效工作所消耗的电能可能低于驱动系统总电能的50%。那就意味着超过一半的能耗成了耗尽投资回报率(RDI)的无底洞,这种增长的运营成本对客户毫无益处。

3.负载

就效率而言,当服务器闲置时电源是最低效的。那并不是说它们使用了更多的电,而仅仅是他们用电的效率低。就如同一台摩托车,当停在那里踩油门时,虽然消耗了汽油,却没有移动。但是当把车骑上车道时,最终能到达某地,那时被浪费的能量的比重要比你将车闲置的时候少。现在,想想看一台服务器配置最小化,但是却使用一个很大的电源。那个电源将产生许多无用的电。

厂商正在尝试着解决这个问题。然而就如之前所看到的那样,这将需要更多的前期投入,特别是使用昂贵的可循环材料。

4.冗余

数据中心常常配置多余的电源,原因显而易见,如果一个电源坏了,还有其他的能够保证服务器运转。事实上,在大型数据中心,电源在不同的电网上,所以如果交流电源在某个电网上出了问题,其他的电源与服务器还将继续工作。

冗余的电源配置对于确保设备正常运行是好的,但是对于能源效率而言则不然。比如,如果服务器运行需要200W,但是只有1个800W的电源,那么这台服务器只能使用25%的供电量。如果添加了1个冗余的电源,能源使用就在这2个电源间被拆分了,从每一个电源上仅能获取100W。这时将从25%的负荷、83%的效率,降到12.5%的负荷、65%的效率。

数据中心中的种种问题,归结起来其实是一个平衡的问题。系统可用性与降低能源使和成本,究竟哪个更重要。

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责任编辑:景琦 来源: 机房360
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