日前，在谷歌官方網(wǎng)站上，谷歌宣稱自家的數(shù)據(jù)中心電力使用效(PUE, Power Usage Effectiveness)全球平均值為1.12。并聲稱這一數(shù)據(jù)原本可以降低至1.06，只是因?yàn)榭紤]到機(jī)房整體的能源消耗，包括線路、變壓器等所有能源消耗內(nèi)容，才保持1.12這一“保守”的指標(biāo)。相比全球范圍內(nèi)機(jī)房平均PUE值仍在1.7左右掙扎的水平，即使考慮數(shù)值計(jì)算上的偏差，谷歌這一優(yōu)勢仍然劃時(shí)代性的，值得研究與學(xué)習(xí)?？紤]到數(shù)據(jù)中心已然成為全世界最大的耗能行業(yè)（約占全球能耗的1.5%～2%）之一，降低其PUE值對全世界能源行業(yè)都有舉足輕重的作用。在谷歌官方的《Efficiency: How others can do it》中，也對自家數(shù)據(jù)中心的節(jié)能策略進(jìn)行了部分宣傳與介紹。

二、基礎(chǔ)概念

數(shù)據(jù)中心守護(hù)著企業(yè)重要 IT 設(shè)備的運(yùn)行，如服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備以及存儲設(shè)備等，在數(shù)據(jù)中心支持全球數(shù)十億人口上網(wǎng)的同時(shí)，也產(chǎn)生大量的機(jī)房能耗， 研究具體的機(jī)房能效改善對策，才能真正實(shí)現(xiàn)節(jié)能。對于當(dāng)前的數(shù)據(jù)中心管理者來說，必須采用高效率的機(jī)房經(jīng)營方針，才能取得“環(huán)保”及 “經(jīng)濟(jì)”雙贏的好處。而提升數(shù)據(jù)中心能源效率的第一步，便是審慎評估PUE。

簡單來說，PUE 就是數(shù)據(jù)中心總電力除以主能耗設(shè)備（即IT系統(tǒng)）電力，或是總設(shè)施能源除以 IT 設(shè)備能源。由于在相同產(chǎn)品與技術(shù)水平下IT系統(tǒng)的能耗水平基本相似，PUE便自然成為了檢驗(yàn)機(jī)房能源效率的重要指標(biāo)。根據(jù) Uptime Institute 于的調(diào)查研究顯示，全球業(yè)界平均 PUE 為 1.7，這表示機(jī)房節(jié)能仍有改善空間。

受到近年來大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)浪潮的推動(dòng)，各地的機(jī)房建設(shè)持續(xù)進(jìn)行，同時(shí)， 在環(huán)保意識高漲的氛圍下，“機(jī)房節(jié)能”也成為了一門新的研究領(lǐng)域。從客觀事 實(shí)來看，首先，數(shù)據(jù)中心的電力支出占總持有成本(TCO, Total Cost of Ownership)的一大部分，接近或超過人力成本;其次，數(shù)據(jù)中心常背負(fù)著“不環(huán)保”的惡名。

截至目前為止，仍有許多數(shù)據(jù)中心尚未采用任何效率指標(biāo)，導(dǎo)致數(shù)據(jù)中心的節(jié)能毫無標(biāo)準(zhǔn)可循。雖然 PUE 仍存有許多爭議，但是 PUE 值仍是衡量數(shù)據(jù) 中心基礎(chǔ)設(shè)施效率的主要指導(dǎo)方針，而且對于擬定及執(zhí)行數(shù)據(jù)中心的綠色節(jié)能 策略也很有參考價(jià)值。

三、谷歌數(shù)據(jù)中心節(jié)能策略

IT 設(shè)備如:服務(wù)器、存儲設(shè)備、通訊技術(shù)、基礎(chǔ)設(shè)施 (風(fēng)扇、冷卻、水泵、配電等)，其本身的效率以及碳排放，是影響數(shù)據(jù)中心產(chǎn)生溫室氣體的主要因素。如果專注于能耗改善的部分，將可對數(shù)據(jù)中心的綠色節(jié)能計(jì)劃產(chǎn)生顯著的影響。

在谷歌公開的節(jié)能策略中，以下幾部分對于改善數(shù)據(jù)中心能耗，并 優(yōu)化PUE有著顯著作用：

一:定期進(jìn)行硬件檢查

數(shù)據(jù)中心普遍存在許多不必要的 IT 設(shè)備，所謂“休眠的服務(wù)器”指的是仍 然插在機(jī)柜里，實(shí)際上卻已不再使用的服務(wù)器，但是會(huì)占據(jù)寶貴的機(jī)柜空間，消耗大量能源，并且使 PUE 惡化。為了了解此問題的普遍性，一項(xiàng)相關(guān)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，大約有半數(shù)的被調(diào)查者并未執(zhí)行計(jì)劃性的檢查及拔除多余的服務(wù)器。此外，在研究中，大部分機(jī)房的現(xiàn)場并無法準(zhǔn)確地監(jiān)控所有基礎(chǔ)設(shè)施及 IT 負(fù)載，可見機(jī)房節(jié)能改善之路還很長。

除了 IT 設(shè)備的檢查，對于非 IT 的基礎(chǔ)設(shè)施，也必須做定期的檢核，例如機(jī)房的不間斷電源系統(tǒng)(UPS)，有別于傳統(tǒng)的工頻單機(jī) UPS，當(dāng)前的趨勢是采用高頻模塊化 UPS，為了達(dá)到機(jī)房節(jié)能，選用 UPS 時(shí)應(yīng)該考慮以下兩大條件: 1. 隨需擴(kuò)容:模塊化 UPS 可以配合機(jī)房擴(kuò)容的腳步，適時(shí)增加電源模塊的數(shù)量，不需要在機(jī)房建置初期投入大量的資金，并且不占據(jù)多余的機(jī)房空間，使機(jī)房業(yè)務(wù)逐步成長時(shí)，UPS 電源仍可“無縫接軌”；除了增 加電源模塊，UPS 也必須滿足多機(jī)并聯(lián)的需求，以因應(yīng)機(jī)房規(guī)模擴(kuò)大。模塊化 UPS 滿足機(jī)房無縫擴(kuò)容的需求。2. 輕載高效:一般數(shù)據(jù)中心為了確?？煽慷?，會(huì)配置電源冗余 N+X，甚至 配置 2N 雙母線，導(dǎo)致負(fù)載率大約在 30-40%甚至更低，因此除了追求 UPS 滿載效率之外，也要關(guān) 注 20-100%負(fù)載率區(qū)間的效率曲線，設(shè)法達(dá)到“輕載高效”的理 想境界。

二:例行測量 PUE 值

如前所述，PUE 是量化能源效率的主要業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)，大部分原因是其具有簡單性及可行性，但是在觀察的幾個(gè)行業(yè)中卻很少實(shí)施。不定期的紀(jì)錄并無法確 實(shí)了解實(shí)際的能源使用狀況，所以業(yè)內(nèi)人士不斷建議執(zhí)行例行性的 PUE 檢測， 以便監(jiān)測數(shù)據(jù)中心 PUE 隨季節(jié)變化及其他因素而波動(dòng)。此外，為了能實(shí)時(shí)精確 量測總電力，并紀(jì)錄實(shí)際的 PUE，必須在關(guān)鍵測量點(diǎn)安裝傳感器，并記錄實(shí)際 電力(kW 及 kVA)，并且應(yīng)該要記錄一段時(shí)期之內(nèi)的能源使用狀況，才能做出最 佳的分析。谷歌對其全球機(jī)房均進(jìn)行詳細(xì)而準(zhǔn)確的記錄與對比，這也是其效率得以提升的關(guān)鍵之一。

三:更新硬件

服務(wù)器效率與 PUE 直接相關(guān)，而且是提升 PUE 的關(guān)鍵要素，但是想要正 確估計(jì)服務(wù)器效率，還必須考慮幾個(gè)因素。我們可以從 CPU 利用率出發(fā)，針對能效不佳的 CPU，虛擬化技術(shù)(virtualization)可以大幅提升 CPU 能效及服務(wù)器的效率，而不需要更新服務(wù)器;此外，也應(yīng)該將每一只機(jī)柜的負(fù)載能力與消耗 電力，列入效率的計(jì)算中。采用刀片服務(wù)器(blade servers)是提高機(jī)柜密度 的一種手法(每一機(jī)柜最多可容納 1,024 CPU 核心)，也可以降低設(shè)施的冷卻與電力需求。

將實(shí)體服務(wù)器合并與虛擬化，將可提高數(shù)據(jù)中心效率，IT 管理人員應(yīng)該在 硬件升級時(shí)將此列入考慮。根據(jù)研究指出，合并服務(wù)器的好處有:

平均每年每一服務(wù)器最多可節(jié)省約4000元

減少熱量的產(chǎn)生及相關(guān)的冷卻成本

釋出多余空間并擴(kuò)大運(yùn)算能力

值得注意的是，虛擬化技術(shù)及刀片服務(wù)器會(huì)產(chǎn)生一個(gè)負(fù)面影響，亦即會(huì)產(chǎn)生額外的熱量及冷卻需求。目前有數(shù)種解決方案，例如“冷熱通道封閉”或是“機(jī) 柜式空調(diào)(列間空調(diào))”等氣流管理手段，就是為了處理機(jī)房高密度負(fù)載的問題。

四:提升機(jī)房冷卻效率

冷卻是僅次于 IT 負(fù)載之外，最大的耗電來源，因此，安裝能源監(jiān)控及測量機(jī)制非常重要，可以了解冷卻對于 PUE 的整體影響與改善的方法。

谷歌作為數(shù)據(jù)中心節(jié)能領(lǐng)域的佼佼者，領(lǐng)先的關(guān)鍵點(diǎn)也集中在機(jī)房冷卻效率方面。根據(jù)Android Emotions 報(bào)導(dǎo)，最新的谷歌 AI 產(chǎn)品正在嘗試找出能進(jìn)一步降低 PUE 的方法。

谷歌更用來提升機(jī)房冷卻效率有關(guān)的做法包括：

1、 優(yōu)化氣流管理 設(shè)計(jì)良好的冷熱通道封閉，可避免熱空氣和冷空氣混合，以提升冷卻系統(tǒng)的效率。為了有效排除機(jī)房熱點(diǎn)，建立理想的熱能分布狀態(tài)，可以借由適當(dāng)?shù)胤胖脺囟葌鞲衅?，利用?jì)算機(jī)仿真工具找出熱點(diǎn)并加以排除。根 據(jù) EPA 的研究，有效的冷熱信道封閉系統(tǒng)，可減少 25%的風(fēng)扇能耗，以及 20%的冰水主機(jī)能耗。

2、 提高機(jī)房環(huán)境溫度

谷歌已打破了數(shù)據(jù)中心必須保持約攝氏 21°C的迷信，確認(rèn)了冷通道可以在約攝氏 27°C的溫度下運(yùn)轉(zhuǎn)，因此在提高溫度的同時(shí)，關(guān)閉再熱器和除濕機(jī)，便可以有效節(jié)約能源。

3、 采用自然冷卻技術(shù)(Free Cooling)

空調(diào)系統(tǒng)的冰水主機(jī)會(huì)消耗大量的能源，可以視天候條件，選用自然 冷卻系統(tǒng)，將外面的冷空氣吸進(jìn)來，加以利用后再排放到外面去。其他自然冷卻的來源包括:引入外界的空氣、水蒸氣或設(shè)置大型的熱儲存器。

五:提高機(jī)房溫度

長久以來，機(jī)房 IT 人員受限于傳統(tǒng)機(jī)房溫度迷信。不太愿意提高機(jī)房溫度，然而，美國空調(diào)冷凍工程師學(xué)會(huì)(ASHRAE)發(fā)布的機(jī)房工作溫度建議，范圍修訂為 18°C至 27°C(64.4°F 至 80.6°F)。

除了溫度，ASHRAE 也提高了濕度建議范圍。受惠于這樣的修訂，數(shù)據(jù)中心將可以創(chuàng)造更多冷卻成本的節(jié)約，也更能符合自然冷卻的條件。

就機(jī)房溫度而言，如果太過保守，維持機(jī)房低溫，將會(huì)使?fàn)I運(yùn)成本居高不 下，造成 PUE 值較差或冷卻成本較高;此外，根據(jù)英特爾一項(xiàng)研究數(shù)據(jù)顯示，機(jī)房環(huán)境溫度每提升 1°C可以帶來 4%的制冷成本節(jié)約。有鑒于此，一些高溫節(jié)能產(chǎn)品也應(yīng)運(yùn)而生，例如：

高溫節(jié)能服務(wù)器:“高溫”是指服務(wù)器耐高溫能夠在 5°C至 47°C環(huán)境溫度下，無需空調(diào)制冷，能穩(wěn)定運(yùn)行，由于服務(wù)器能適應(yīng)更高的機(jī)房溫度，而帶來制冷能耗的減少，相對傳統(tǒng)服務(wù)器而言，高溫節(jié)能服務(wù)器具有耐 高溫、低能耗、易部署等特點(diǎn)，對于機(jī)房節(jié)能也是一大功臣。

高溫冰水空調(diào):一般機(jī)房內(nèi)大多是屬于顯熱，只有很少數(shù)的潛熱，因此 除濕的需求非常少，機(jī)房精密空調(diào)的入水溫度便可以從一般的 7°C往上調(diào)升，在此情況下，冰水主機(jī)的制冷量增加，能效比改善，也就爭取更多空調(diào)節(jié)能的機(jī)會(huì)。

六:導(dǎo)入數(shù)據(jù)中心管理系統(tǒng)(DCIM)

為了協(xié)助數(shù)據(jù)中心經(jīng)營者更有效、全面地管理數(shù)據(jù)中心，數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè) 施管理系統(tǒng)(Date Center Infrastructure Management, DCIM)就應(yīng)運(yùn)而生。 DCIM 可通過機(jī)房鳥瞰圖，協(xié)助 IT 經(jīng)理人實(shí)時(shí)應(yīng)對、事先規(guī)劃、管理可能的風(fēng)險(xiǎn)，并減少停機(jī)時(shí)間。如前所述，個(gè)別服務(wù)器利用率低是數(shù)據(jù)中心普遍存在的問題，DCIM 可協(xié)助數(shù)據(jù)中心人員找出長期閑置的服務(wù)器，加以重新配置，以提升效率，并準(zhǔn)確測量數(shù)據(jù)中心資產(chǎn)及能源的使用狀況。

四、結(jié)論

數(shù)據(jù)中心綠色節(jié)能需要發(fā)揮相當(dāng)?shù)膭?chuàng)意，不應(yīng)受到傳統(tǒng)思維的局限。業(yè)界 有許多案例均顯示機(jī)房節(jié)能可以帶來許多實(shí)質(zhì)的好處，而 PUE 值可以作為一個(gè) 能效指標(biāo)的基礎(chǔ)，對于創(chuàng)造永續(xù)的綠色數(shù)據(jù)中心而言是非常重要的。

就目前來說，百分百純凈的能源是遙不可及的夢想，然而還是有許多企業(yè)用的是“混搭” 策略來接近此理想目標(biāo)。舉例來說，包括利用再生能源、就地發(fā)電以及遠(yuǎn)距電網(wǎng)等等。IT 巨擘如蘋果所安裝的 55,000 片太陽能板、eBay 在猶他州 Quicksilver 工廠利用燃料電池，以及微軟利用風(fēng)力和太陽能。

中小企業(yè)在數(shù)據(jù)中心選址時(shí)，或許可以與當(dāng)?shù)毓檬聵I(yè)合作，取得干凈的電力或再生能源，也可在新數(shù)據(jù)中心選址時(shí)，考慮設(shè)置在純凈能源公用事業(yè)的周邊地區(qū)。

同時(shí)， 一般企業(yè)可以透過例行測量 PUE，以及善用管理工具(如 DCIM)找出并修正 IT 低效率的部分，減少碳排放，提高個(gè)別服務(wù)器的使用率，最終達(dá)到 PUE 及 ROI 優(yōu)化的目標(biāo)。