深度分析：绿色数据中心标准探讨

        什么是绿色数据中心？绿色数据中心应该参照什么样的标准来设计？目前这些问题都还没有一个公认的概念和标准。绿色数据中心在标准方面依然面临缺位，行业内对此认识也还不够深入。以前的国家标准主要针对计算机信息中心，而机房标准只针对基础设备层面的技术需求而提出。现在的数据中心不但涉及计算机设备，还要应对存储管理和应用软件等方面的要求，导致当前没有制定出详细的技术参数标准来界定绿色数据中心的标准。因此，国家应当尽快投入人力物力，提早出台绿色数据中心的规范和标准，以此来指导数据中心的建设。

　　一、目前数据中心存在的问题 

　　绿色数据中心是数据中心发展到一定阶段的必然要求，它是涉及数据中心整体的系统问题，包括整体建筑、机房、空调、UPS、服务器等IT设备、应用系统和数据管理效率等全方位的问题。绿色数据中心的对公司发展的必要性能源紧缺是当今世界的难题。降低能耗是公司每一个业务环节所必须关注的，并成为提高企业成本竞争力的一个保障。在确保业务稳定运营的同时，降低IT长期运营的成本，是每一个现代企业的任务。

 

 

图1典型数据中心结构图(数据来源：ICTresearch，2008-10) 

　　那么，当前用户的数据中心应对绿色数据中心的表述，还存在哪些主要问题呢？ 

　　1、物理环境层面的问题，物理层面主要包括机房、UPS、布线、监控、空调等。 

　　传统数据中心普遍存在局部过热导致的宕机。传统数据中心因设计不合理而制冷不能按实际设备的需要进行分配，导致总体能源浪费高且存在局部过热而宕机。机房空调设置不合理，没有采用机房专用的精密空调，而是直接采用了家庭舒适性空调。电源线缆布放过细，存在重大的安全隐患。没有配备保障电源，机房的设备安全运行无法保证。 

　　科学的数据中心动力配置，成本会在建设初期提高，相比由此带来的系统稳定运营带来的业务高可靠性，同时体现出的节能减耗带来的低成本价值。 

　　2、IT设备层面的问题，包括服务器、存储等，解决方案如服务器虚拟化、芯片性能能耗比提高等。 

　　数据中心的电力密度在过去10年间增长了10倍。美国在1992年每机柜2.1千瓦，到了2006年涨到14千瓦；很多企业经常因电力限制而无法充分利用其机柜空间。处理器能力的飞速提高，导致数据中心基础设施电源需求大幅增加，既要用电力来驱动系统的运行，又要用相当的电力来驱动空调，以冷却系统产生的热量。 

　　3、数据应用管理层面，包括应用系统与数据库，解决方案如应用系统整合、信息生命周期管理等。 

　　传统的数据中心数据存储混乱，没有达到服务器与存储的最佳效能比。这样导致了数据管理的困难和潜在危险。很多数据中心中的数据没有合理和及时的进行灾备，也给突发事件的处理带来了很大的麻烦。要最大限度地发挥员工、合作伙伴和客户的潜力，组织中的每个员工必须能够快速查找和访问信息。对于必须应对无计划的应用程序停机、较差的系统可伸缩性和性能以及对数据安全性缺乏适当控制等情形的IT专业人士和数据库管理员，过时或效率低下的数据管理系统难以满足此需求。 

 

图2企业核心应用平台 （数据来源：ICTresearch，Microsoft，2008-10） 

　　二、绿色数据中心标准的探讨 

　　所谓数据中心的“绿色”，业界标准并不统一，也没有形成可以参考的规范。笔者认为，绿色标准可以体现在两个方面：第一、整体设计的科学合理和设备的节能环保。绿色应该体现在通过科学的机房配置建设设计或改善，来形成动力环境最优化的配置，实现初始投入最小化；在保障机房设备稳定运营的同时，达到节能减耗；同时服务器、网络存储等设备要实现最大化的效能比。第二、满足IT环境的基本运营，同时确保可扩展性。要合理规划数据中心的使用寿命，争取达到总体TCO最小化。 

　　针对数据中心的绿色化标准，可以参考如下指标：

　　数据中心能源效率指标 

　　该指标将评估一个数据中使用的能源中有多少用于生产，还有多少被浪费掉。其中绿色网格组织的电能利用率PUE(PowerUsageEffectiveness)影响较大，PUE=(数据中心的总用电量)/(IT设备的总用电量)。数据中心电能利用率的物理含义是在用户总输入电能中，到底有多少的电能是真正被馈送到IT设备上。数据中心机房的PUE值越大，则表示用于确保IT设备安全运行所配套的、由UPS供电系统、空调系统、输入/输出供配电系统以及照明系统等所组成的动力和环境保障基础设施所消耗的功耗越大，所以PUE值越小，越能体现机房的节能性。目前，国内绝大多数的数据中心PUE为3左右，欧美一些国家PUE平均值在2左右。 

　　IT设备的能效比 

　　IT设备能效比=(IT设备的数据处理流量/秒或数据吞吐量/秒)/IT设备的功耗，IT设备诸如服务器、存储等主要设备。所选用IT设备的能效比越高，则意味着IT设备每消耗1W的电能，所能处理、存储和交换数据量越大。因此李成章先生认为：由此所带来的另一个潜在好处是可以大幅度地降低数据中心机房所需配套的UPS和空调系统的容量和功耗,从而达到节能、节投资和节省机房安装面积的目的。因此，当我们在选用服务器时，不仅需要了解各种产品在满负荷运行时的功耗大小和效率的高低。还需了解它们在轻负荷运行时的实际功耗大小和效率的高低。

 　　IT设备的工作温度和湿度范围 

　　如果用户选用了对工作温度和湿度都很敏感的IT设备，势必会导致他们必须再花费大量的人力和物力去建立和维护耗能很大的空调保障系统。因此，应尽量选用具有较宽工作温度和湿度范围的IT设备。此外，相关的运行经验显示：对于空调系统而言，在其它的运行工况条件保持不变的情况下，如果将空调机的运行温度（例：回风口的温度）提高1℃，就能将其运行效率提高3%左右。 

　　技术本身的能源效率指标 

　　如电脑显示器、服务器、芯片等，它所运行的时候使用多少能源。很多的国家都有关于消费电子产品的能耗标准。正是此背景之下，在信息产业部所公布的首批“节能降耗电子信息技术、产品与应用方案推荐目录”中、已将服务器的“节能指标”纳入到国家的节能规划体制。从某种意义上讲，它标志着在我国推进服务器的节能工作已进入了一个崭新的阶段。与此相配合的动向之一是：近年来，若干著名的服务器生产商(例：IBM、HP、Dell、Sun和Cisco等公司)纷纷提出各自的“绿色数据中心”解决方案。 

　　机房基础设施的利用率指标 

　　关键电源及制冷设备的综合利用率、布线的合理程度、管理的人性化程度等。在机房的基础设施方面，与UPS相关的电源设备也是节能需要重点考虑的环节。调查显示，尽管机房UPS的购买成本约占整个机房投入的5%左右，但是，其电源消耗可能占机房总电耗的10%以上。要降低数据中心制冷的能源消耗，最根本的办法是减少外界的热量进入，同时减少内部热量的产生。减少外界的热量就要求作为建筑物的数据中心要符合相关标准，如符合GB50189-2005《公共建筑节能设计标准》的要求。 

　　三、对绿色数据中心的建设与评估 

　　绿色数据中心的本质是一整套设计和方法论，而不是简单地购买新一代产品，最高效的数据中心不一定就是绿色的。绿色数据中心需要全面的理解和整体认识，这包括位置、环境、物理建筑、基础设施、员工、系统建设和维护等众多因素。如同周源所说，“对于企业IT负责人来说，绿色数据中心的效果就像是一条长尾——曲线靠前的头部通常由服务器功耗、体积、空调功耗、不间断电源等’大指标’组成，而在曲线的尾部则是由空气动力设计、设备摆放位置、机柜和服务器之间的距离、维护难易程度等无数’小指标’组成。如果没有整体设计和方法论，即使抓住了全部的“大指标”，也未必能达到理想的绿色效果。” 

　　1、基础设施与动力环境设计、安装合理，达到最优化 

　　第一，数据中心应配置保证电源，至少配置N+1的UPS电源，确保市电中断以后能确保设备正常运行。如果条件可以，应该再配置一台发电机，确保市电中断时间过长造成的影响。 

　　第二，数据中心要配置机房专用的精密空调，并做好整体监控，能够根据机房环境和湿度的变化随时对空调的运行进行调节。 

　　第三，数据中心要建设专用的送风通道。数据中心的设备由于能耗大，发热量也大，下送风方式效果最好，因此必须在机房设置地板，建立专用的下送风通道。 

　　第四，要进行专门的规划。要根据公司的发展做好规划，最好能对机房进行全面的规划，然后根据业务发展的需要分步实施。只有这样，机房的建设才会正规，才不会出现电源线缆发热的情况。 

　　2、重点关注耗能的各个部分，层层把关，严防超标 

　　第一、IT设备系统。由服务器、存储和网络通信等设备所产生的功耗约占数据中心机房所需的总功耗的50%左右。其中服务器所占的总功耗为40%左右，另外10%功耗由存储设备和网络通信设备均分。 

　　第二、空调系统。由它所产生的功耗约占数据中心机房所需的总功耗的37%左右。其中25%左右的功耗来源于空调的制冷系统所产生的功耗，12%左右的功耗来源于空调送风和回风系统所产生的功耗。 

　　第三、UPS供电系统。它们的功耗约占机房总功耗的10%左右。其中7%左右来源于UPS供电系统所产生的功耗，3%左右来源于UPS输入供电系统系统所产生的功耗。 

　　第四、照明系统。它约占数据中心机房所需的功耗的3%左右。 

　　3、注重数据中心的整体成本和环保措施，达到最大效用比 

　　当前，建造绿色数据中心和建造普通数据中心的成本基本相差不多，很多所谓的“绿色实施”，比如更高效的服务器，更高的整合程度，虚拟化技术的应用以及高效的冷却设备，很快都成为了当前数据中心建设的标准，因此“绿色”和“传统”数据中心建设成本的区别有时并不明显。对于环保问题，数据中心的建设不仅仅是服务器、存储等设备的节能环保，数据中心本身的建设也要遵循环保规范。一般来说，一提起数据中心的绿色环保措施，人们首先想到的就是减少能耗、增添能效、减少空调数量以便节省能源等，措施基本都集中在对硬件设备的改造上。软件同样也是实现数据中心绿色节能环保的主要手段。软件为绿色数据中心做的最大贡献体现在，软件可以改变数据中心中数据系统的架构，从而带来服务器使用数量以及服务器中各种硬件设备的减少，由此实现绿色数据中心的目标。采用目前流行的虚拟化技术，可以让一台服务器中运行多个应用，这相当于可将一台服务器作为几台服务器使用，这就大大提高了服务器的使用效率，并减少了服务器的数量，这是对绿色数据中心做的贡献之一，也是为什么虚拟化软件日益流行的主要原因。 

　　4、注重使用节能技术以及安装监测能耗工具 

　　针对当前数据中心进行能源的自动调节来达到相关的节能，国际主流厂家提出了自己的一些方法和技术，现在举例如下： 

　　惠普动态功率调整技术（DPS,DynamicPowerSaver）可以实时监测机箱内的电源消耗，并根据需求自动调节电源的供应。 

　　IBM的ProvisioningSoftware可以在服务器不被使用时将其置于待机状态而使服务器的能量消耗减少80%。 

　　针对测量数据中心的能耗工具，国际上的大厂也纷纷推出自己的产品： 

　　Avocent公司的电源管理软件Dsview3PowerManager，这款软件使用户可以实时监测数据中心IT设备的能耗和能源使用情况。 

　　IBM的PowerExecutive软件可帮助客户通过智能技术来有效管理数据中心电力消耗的解决方案，可以确定实际能耗和系统温度。 

　　工业标准化基准SPEC能够对与服务器性能相关的参数进行测试，SPEC采用公制对个体服务器功耗进行测算。 

　　UptimeInstitute的能量使用工具相当于一款总体拥有成本计算器，它允许用户将数据中心基础架构信息输入电子数据表，然后计算出新的数据中心创建和运作的费用成本。 

　　WestKingston推出的网络工具能够对数据中心能量功率进行评估。 

　　DELL公司在线工具名为DatacenterCapacityPlanner，这款工具主要测量基础架构的能量输出，功率（每小时消耗的瓦特数），冷却值（BTU）和性能（每秒执行的指令数）。