現(xiàn)如今，盡管IT業(yè)界的各種新興技術(shù)可能正發(fā)生著各種突飛猛進的快速變化，但每家數(shù)據(jù)中心仍然需要依賴電力資源的消耗來維持其運行能力。故而，數(shù)據(jù)中心運營商們?nèi)匀恍枰ㄟ^更新電源使用、冷卻和電氣設(shè)計方案，來提高數(shù)據(jù)中心的運營效率。

針對數(shù)據(jù)中心的能耗

即使當(dāng)前的整個數(shù)據(jù)中心行業(yè)掀起了整合物理資源，并將部分的IT功能遷移到場外異地的新趨勢，但為數(shù)據(jù)中心內(nèi)部的各種設(shè)備供電仍然是一項不變的、且成本代價高昂的需求。而與此同時，盡管業(yè)界對于能源的需求并沒有改變，但持續(xù)減少能耗的方法仍一直在持續(xù)的演變著。

在本文中，作者Robert McFarlane將為我們廣大讀者諸君介紹一系列控制冷卻成本的方法，其中包括最近受到廣泛關(guān)注的密封遏制(containment)的方法。但是，通往更高效的數(shù)據(jù)中心運營的最重要一步可能是簡單地確定基礎(chǔ)設(shè)施使用的功率，并搞清楚相關(guān)的功率到底被用在了哪些領(lǐng)域。這方面的監(jiān)控和測量工作常常被忽略了，但是這恰恰是發(fā)現(xiàn)低效率癥結(jié)的關(guān)鍵，然后才可以通過采用諸如以更高電壓運行服務(wù)器和更新UPS不間斷電源基礎(chǔ)設(shè)施的方法來加以解決。

相信在參閱了本文之后，或?qū)⒂兄谀髽I(yè)采用現(xiàn)代化的、信息更為全面的方法來解決數(shù)據(jù)中心供電的老大難問題。

數(shù)據(jù)中心更高效的電源使用策略

數(shù)據(jù)中心頭號最重要的需求無疑是電力資源。即使是最有效率的能源之星評級的服務(wù)器也需要消耗電力資源，而大多數(shù)支持基礎(chǔ)設(shè)施也是如此。電力資源是一種昂貴的商品，而且其成本價格還在不斷上漲變得更高，因此數(shù)據(jù)中心在運營過程中的電力節(jié)省無論是在企業(yè)財務(wù)方面還是在環(huán)境保護方面都是有意義的。

傳統(tǒng)上，冷卻系統(tǒng)一致是數(shù)據(jù)中心所運行的基礎(chǔ)設(shè)施中最為低效的部分，僅次于電力使用中的計算設(shè)備。近年來，主要的冷卻改進已經(jīng)顯示出了節(jié)能的能力，并且?guī)追N冷卻改進方案已被業(yè)界所廣泛采用。而與此同時，在電氣設(shè)計中，也已經(jīng)取得了同樣重要的進步，但大多數(shù)技術(shù)進步并不是眾所周知的，因此這些新技術(shù)的采用普及速度也較慢。而數(shù)據(jù)中心通過同時利用冷卻和功率技術(shù)的改進，可以實現(xiàn)最大幅度的能耗減少。

隨著新的系統(tǒng)和設(shè)計技術(shù)逐漸發(fā)揮其功效，新的最佳實踐方案也開始走到最前列。故而數(shù)據(jù)中心管理人員們需要更好地了解管理其基礎(chǔ)設(shè)施及其處理，存儲和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的重要性。原因很簡單：它們需要節(jié)省電費賬單。對于某些企業(yè)組織而言，還可能來自于其對于環(huán)境保護的企業(yè)負(fù)責(zé)。通過遵循最佳實踐方案，購買節(jié)能型硬件，安裝或升級到最新的電源和冷卻設(shè)備，以及對數(shù)據(jù)中心的所有元素實施恰當(dāng)?shù)墓芾恚蠖鄶?shù)企業(yè)組織均可以大幅降低能耗，并提高效益。

測量功率使用，以實現(xiàn)更高的效率

即使到了提高能源效率的理念已經(jīng)深入人心的今天，大多數(shù)數(shù)據(jù)中心的管理人員對于他們的設(shè)施到底使用了多少電力資源仍然并不清楚。

綠色網(wǎng)格組織是一家?guī)椭髽I(yè)組織節(jié)省能源，并履行環(huán)保責(zé)任的組織，該組織開發(fā)了兩項衡量和追蹤節(jié)能工作有效性的指標(biāo)：電源使用效率(PUE)和數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施效率(DCIE)。兩者計算的都是數(shù)據(jù)中心的所有設(shè)備所使用的總功率與計算設(shè)備所使用的功率之間的比率。總功率包括計算機、空調(diào)和中央機械設(shè)備、不間斷電源(UPS)和布線損耗、照明、甚至直接支持?jǐn)?shù)據(jù)中心的辦公室所消耗的電力資源。

PUE是用總功率除以計算所消耗的功率得到的比值。運行效率最高的數(shù)據(jù)中心的PUE值可達1.2至1.5。但不幸的是，大多數(shù)數(shù)據(jù)中心的PUE值仍然在2.5到3.5的范圍內(nèi)。

DCIE是PUE的反比，即用計算所消耗的功率除以總功率，并且其表現(xiàn)形式為百分比。低PUE數(shù)值要比其等效的DCIE比例更令人印象深刻，這可能部分的解釋了為什么PUE目前已經(jīng)成為業(yè)界更加公認(rèn)的測量效率的方法。

但是，無論數(shù)據(jù)中心是通過采用PUE還是DCIE來測量其能源效率，都需要獲得進行計算所需要的具體數(shù)據(jù)，而這在大多數(shù)數(shù)據(jù)中心的操作運營中都是缺乏的。有時，是緣于企業(yè)的數(shù)據(jù)中心建筑與其他建筑共用同一電表，或者是因為電費帳單直接被寄到了企業(yè)的會計部門，或者兩個原因均有。由于缺乏有用的數(shù)據(jù)信息，故而很難了解您企業(yè)之前的努力實現(xiàn)的成效如何，以及節(jié)能措施如何能夠幫助您數(shù)據(jù)中心進一步提升效率。

監(jiān)控功率的使用當(dāng)然是提高效率的一個重要步驟，但在數(shù)據(jù)中心的支持和計算系統(tǒng)中，有許多需要優(yōu)化的領(lǐng)域。例如，無論數(shù)據(jù)中心所使用的技術(shù)類型如何，掌握一臺服務(wù)器何時不再被使用了，都絕對有助于實現(xiàn)能耗的最小。這需要更為復(fù)雜的監(jiān)控，而不僅僅是看看總的用電量，并會帶來一系列數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施管理產(chǎn)品的開發(fā)。這些產(chǎn)品包括了從單個電源板上監(jiān)視工作負(fù)載的應(yīng)用程序到能夠跟蹤每款電氣和機械設(shè)備乃至計算硬件的系統(tǒng)，以及維護庫存記錄，提供變更控制和布線文檔記錄。

借助冷卻技術(shù)節(jié)省電力資源的消耗

一旦數(shù)據(jù)中心通過監(jiān)測和測量電力使用情況奠定了基礎(chǔ)，那么就到了其提高能源效率的時候了。數(shù)據(jù)中心在其運營中應(yīng)該已經(jīng)遵循了一系列重要的冷卻基礎(chǔ)知識了，例如熱通道/冷通道機柜配置、用沖裁板填充未使用的機架空間、堵住活動地板的空氣通風(fēng)孔、并清潔舊電纜以改善空氣流量。所有這些步驟措施都有助于減少能源的浪費，但采用更新的技術(shù)可以節(jié)省更多。

另一種方法是密封遏制(containment)。 通過將冷進口的空氣供應(yīng)給設(shè)備，或供應(yīng)給設(shè)備所排出的熱的廢氣，使冷卻得到改善，增加了空調(diào)的容量能力并且節(jié)約了能源——所有這些僅僅是通過在熱通道或冷通道周圍添加屏障。 但是當(dāng)您數(shù)據(jù)中心采用密封遏制措施時，請務(wù)必注意遵守最新的國家消防協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)的要求。 千萬不能堵住噴頭或氣體系統(tǒng)的接口。

根據(jù)美國采暖，制冷和空調(diào)工程師協(xié)會的TC 9.9標(biāo)準(zhǔn)，將設(shè)備入口溫度提高到75至80華氏度(24至27攝氏度)之間也可以節(jié)省大量的電力資源。而如果您的數(shù)據(jù)中心采用了使用密封遏制的方法的話，這將變得更加有效。

在冷卻設(shè)備上使用變頻驅(qū)動器(VFD)是另一種提升能源效率的方法，該方法將冷卻考慮與更新的電氣設(shè)計技術(shù)相結(jié)合。設(shè)置適當(dāng)?shù)膫鞲衅?溫度、壓力、速度和濕度)的驅(qū)動頻率。這反過來，能夠控制風(fēng)扇、轉(zhuǎn)速壓縮機、水泵、冷卻機組和冷卻塔的速度，以符合實際的需要。當(dāng)電機轉(zhuǎn)速降低時，能量消耗急劇下降;將VFD與電子換向電機(electronically commutated motors)相結(jié)合，可以節(jié)省更多。此外，借助變頻器，您數(shù)據(jù)中心可以以較低的總功耗持續(xù)運行冗余冷卻。這是一個真正的雙贏局面。

提高能源效率的電氣方面的考慮事項

還可對數(shù)據(jù)中心的電力基礎(chǔ)設(shè)施進行其他方面的更改，以降低能耗。

計算機電源在較高的電壓下(例如，在208伏電壓而不是120伏電壓情況下)能夠更有效地運行，甚至大多數(shù)傳統(tǒng)硬件可以自動感測。在機柜運行三相電路(特別是高密度的機柜)通常是提供208 V電源的最有效的方式，并且還為負(fù)載增長提供最大容量。208 V電路需要兩相導(dǎo)線，但通過運行只有一個額外的導(dǎo)線運行一款三相系統(tǒng)的所有三相導(dǎo)線，將獲得三條208 V電路。如果您數(shù)據(jù)中心仍需要幾條120 V電路，還要安裝第四條中性導(dǎo)線。在現(xiàn)有數(shù)據(jù)中心，為208 V接線新機柜，并升級剩余機柜的機會正在出現(xiàn)。

即使是更高的效率，加上簡化的操作，也可以通過使用歐洲415 V / 240 V電源標(biāo)準(zhǔn)獲得(通常稱為“400伏”)。這個標(biāo)準(zhǔn)在四根電線上為設(shè)備提供240 V的電源(相同的三相電線加上一個美國標(biāo)準(zhǔn)的208 / 120 V系統(tǒng)中性線)。計算機電源在240 V比在208 V條件下更有效地運行，但歐洲的配置更多的優(yōu)勢在于其能夠更容易的相位平衡。相位平衡需要重新插入負(fù)載，將它們從一個相位遷移到另一個。這在240 V電壓下更容易執(zhí)行，其中的負(fù)載移動一次只在一個相導(dǎo)線，而在208 V電壓下，則需要移動三個相位的其中兩個，直到達到一個平衡的組合。

使用一個可擴展的UPS基礎(chǔ)設(shè)施也可以有助于減少能耗。這種方法盡可能只提供所需要的電力資源量，但其可以隨著電力負(fù)荷的增加很容易地實現(xiàn)擴展?？蓴U展的UPS系統(tǒng)讓您數(shù)據(jù)中心得以能夠根據(jù)實際需求增加容量，無論是通過插入額外的模塊的形式或是通過軟件控制解鎖額外的內(nèi)置容量。通過將讓UPS容量與實際負(fù)載相匹配，您數(shù)據(jù)中心能夠始終保持在UPS負(fù)載曲線最有效的部分運行。這在2N冗余架構(gòu)設(shè)計中尤為重要。

另一種備用電源系統(tǒng)是飛輪UPS。在該裝置內(nèi)部是一個沉重的、不斷旋轉(zhuǎn)的輪，其存儲動能，而不是使用電池來存儲電能。當(dāng)公用供電電源發(fā)生故障時，電力繼續(xù)產(chǎn)生，直到飛輪減速，這通常需要20到45秒的時間。飛輪有時與電池一起使用，以最小化電池消耗。這在經(jīng)常發(fā)生短時間的電源中斷的地方特別有用，因為電池的使用壽命會因為多次的放電和再充電而降低。

數(shù)據(jù)中心的運行不能沒有電力，但通過良好的設(shè)計和周密的管理，數(shù)據(jù)中心可以消耗更少的電力資源。