降伏數據中心這只電老虎

這個夏天，大數據很熱，數據中心更熱，但高耗能與數據中心如影相隨。谷歌和臉譜各自提供了綠色節能數據中心的范本。再加上硬件存儲設備的升級和能耗管理軟件公司的出現，有望聯手擒下數據中心這只電老虎。？？陶娟/文

大數據當道，數據中心先行一步成為投資熱點。2013年，騰訊與天津經濟技術開發區達成數據中心的新一輪擴建協議，預計服務器總容量將達到20萬臺，項目整體投資35億元。此外，百度、阿里巴巴均已著手大規模自建，從基礎設施入手鞏固自己的地位。而為大部分IT企業提供數據托管服務的三大運營商，也在此領域展開激烈拼搶。截至2012年3月的統計顯示，全國已規劃了約30個10萬臺服務器以上規模的大型數據中心建設項目，項目總投資達2700億元，建成后可容納服務器數量超過1000萬臺。

數據中心應時代而生，但大興土木之際，能源消耗卻成為攔路虎。顯然，這與環保潮流并不融洽。谷歌、Facebook所打造的環境友好型數據中心回應了新型數據中心的節能訴求。而硬件存儲設備的升級和能耗管理軟件公司的出現，有望聯手擒下數據中心這只電老虎。

昂貴的電老虎

當數萬臺服務器設置在同一空間內，不僅設備本身需要耗電，如何為這些發熱的設備降溫更是一門大學問。PUE（數據中心設施所消耗的總功率/IT設備所消耗的功率）是用來衡量數據中心能效的主要指標，目前，歐美數據中心平均PUE值為1.8，而國內業界平均PUE值為2.5，即IT設備每用1度電，需要額外耗費1.5度電為其降溫。在“2012中美清潔能源論壇”上，國家能源局前局長張國寶表示，當前流行的“云計算”非常耗能。據其披露，中國聯通數據中心每年耗電99億千瓦時，以中國目前標準煤的效能看，每年需要消耗92萬噸標準煤才能為其提供足夠的電力。另一大運營商中國電信不遑多讓，它的數據中心年耗電112億千瓦時，年需消耗102.95萬噸標準煤。

張國寶將云計算與高耗能劃上等號的觀點引起了廣泛爭議，但數據中心高耗能卻是不爭事實。從全球范圍來看，信息產業耗電量大約占全球耗電總量的8%，而數據中心則是其中名副其實的電老虎。《冰冷現金、涼爽氣候：給生態企業家的科學建議》一書的作者、斯坦福研究員喬納森·庫米（Jonathan Koomey），在其研究報告中推測，2010年全世界的數據中心大約用電1988億千瓦時。而據綠色和平組織的一份報告觀測，到2020年，全球主要IT營運商的數據處理和電信網絡將消耗掉19630億千瓦時的電力資源，超過目前德國、法國、加拿大和巴西四國的能耗總和。由高能耗所引發的高昂運營維護成本更是在所難免。麥肯錫的研究表明，2007年全球數據中心的能源費用就高達86億美元，而到了2010年這一數字就已輕松過百億美元。

這只電老虎不僅是IT企業的心頭難，更引起了政界關注。2007年，美國環境保護局（Environmental Protection Agency，EPA）在研究了全美數據中心能耗問題后，向美國國會提交了相關報告，并推薦了各種節能細則。在中國，工信部也已聯合多部委出臺了《關于數據中心建設布局的指導意見》、《數據中心綠色分級評估操作辦法和技術方法》等，鼓勵優先建設大中型綠色數據中心，對于PUE在1.5以下的新建數據中心將給予電力、用地、人才、網絡、配套設施等多方面的保障。

打造更低的PUE

政府出臺政策指引的同時，綠色節能的數據中心也成為公司宣傳自家環保形象的金字招牌。在應用了一系列最新節能技術后，騰訊的天津數據中心每年可比傳統數據中心節約電力消耗近2億千瓦時。而在2013年4月由工信部主導的“綠色節能數據中心”評測中，百度、騰訊、中國電信和阿里巴巴獲評4A級，中國移動和中國聯通獲評3A級，其中百度的MI云計算中心更是降到了平均PUE1.36的最佳水平。

不過，國外的科技大鱷在節能方面儼然還是走在了前面。數據中心的選址和設計至關重要，天氣、地理、可再生能源都需劃入考慮范疇。聯邦快遞將數據中心遷至寒冷干燥的落基山脈，雅虎著名的“雞舍”數據中心則利用完全免費的空氣自然對流進行降溫。在靠近北極圈的冰島，冬季平均氣溫-1-2℃，夏季不過7-10℃，且擁有豐富的地熱和風電資源。瀏覽器公司Opera、為Facebook托管數據的Verne Global均在此建立數據中心，與建在歐洲和紐約的傳統數據中心相比，它們能節省超過50%的成本。一度破產的冰島也視其為天賜良機，專門開辟了工業園區招商引資，未來五到十年間，數據中心甚至可能成為這個迷你國家的支柱產業。

每天面對30億次搜索，每秒回答3.4萬個問題的谷歌，同時還是世界最大視頻網站YouTube的東家，無疑是電力大戶，其數據中心耗電量大約占全球所有IT企業的近1%，能源上的高支出使其有充足動力去降低PUE，2011年其數據中心PUE值低至1.14，比之2010年的1.16再次降低2個百分點。谷歌最為人稱道的一個數據中心位于芬蘭哈米納港，在斥資2億歐元買下一座上世紀50年代的造紙廠并改建后，新數據中心修建了一條隧道引入芬蘭灣冰冷的海水降溫。而在中國臺灣彰化，投入3億美元、將在2013年下半年投入運營的谷歌數據中心，則首次采用了夜間冷卻技術和熱能存儲系統。

自2008年以來，谷歌每年都發布能源報告，披露其能源管理成效。“地利”固然關鍵，它的竅門還包括將數據中心冷通道的溫度提高到80華氏度（26.7℃左右），而標準的數據中心溫度范圍一般是68-74華氏度（20-23.3℃）；采用水冷水塔和“蒸發法”降溫；使用外部空氣冷卻其數據中心，而不是使用耗能的冷卻系統等。同時，谷歌還專門定制了節能服務器，將無貢獻效率的元件拆走，并在每個服務器里內建能源轉換率可達99.9%的電池，以擺脫中心式不間斷電源。根據喬納森·庫米的推算，2005年，谷歌數據中心共擁有35萬臺服務器，年耗電量12億度；2010年，谷歌數據中心的服務器數量達到90萬臺，如果按照2005年的能效，其耗電量應達到31億度，但其實際電力消耗僅為19億度，節約了近40%的能源開支。

擁有11.7億月活躍用戶、每日新增百萬張照片的Facebook給出的數據中心PUE值則更低，僅為1.07，它的特點在于“開源”。不同于谷歌將數據中心視為行業機密，2011年，Facebook大方邀請業界參觀其在俄勒岡州投資4.5億美元建立的普利恩維爾數據中心，并把數據中心設計方案和全新設計的服務器公之于眾。通過量身定制硬件，而非從設備廠商購買現成產品，Facebook在效率提升38%的基礎上降低了28%的成本。成功運營的數據中心甚至能強化Facebook的硬實力，向上拓延服務鏈，在其宣布的“開放式云計算項目”中，普利恩維爾數據中心的系統設計中有臺達電、廣達、AlfaTech、Power-One、AMD與英特爾的參與，而第二代數據中心已吸引了戴爾、惠普、Rackspace、Skype、Zynga等廠商加盟。業界評論認為，盡管其數據中心目前還處于自用狀態，但以其效率及成本優勢，加之開源模式的聚合力，不排除未來涉足云計算服務的可能性，這將對傳統的云計算服務提供商亞馬遜、Saleforce.com等產生沖擊。

新技術仍將不斷涌現

數據中心的節能創新，不僅僅由出于優化開支目的谷歌和臉譜推動，這一領域的硬件、軟件及整體架構的創新仍將不斷涌現。

提高服務器的存儲容量是硬件商的節能之道。在2013年6月舉行的第五屆中國云計算大會上問世的首款最大容量PB級云存儲系統—基于IA架構的云存儲一體機，由南京云創存儲科技有限公司、英特爾、中國電子科技集團公司第三十二研究所共同研發，以其3倍節能、5倍容量、10倍性價比多重優勢完勝傳統存儲產品。大規模部署PB級云存儲系統，將有效解決能耗問題，降低數據中心運作成本，實現綠色數據中心的構想。

通過軟件系統智能管理數據中心能耗則是另一種思路。美國初創公司Vigilent為數據中心配備用于收集實時數據的無線傳感器，從而動態控制散熱和空氣資源處理。分布在數據中心的成千上萬個傳感器將數據收集后，提供實時信息并告知處于Vigilent系統中心的人工智能平臺。Vigilent利用Big Analytics進行分析，并將優化命令傳輸到服務器，讓服務器確定是否需要調整散熱力度，或者確定具體哪個地方需要加大或者減少散熱力度，并給相應區域的制冷設備發送信號，執行關閉、打開空調，或是調整散熱風扇速度的指令。在應用了Vigilent的能源管理解決方案后，美國最大的移動運營商Verizon將散熱成本削減了40%-50%。其另一名客戶、數據集成軟件提供商Informatica（INFA，NSDQ）也成功使得數據中心一年減少333370磅二氧化碳排放和73%的能耗。目前，Vigilent已在美國、加拿大和日本三國的90處地方進行了部署，并已實現盈利，2013年其獲得了由Accel Partners領投的670萬美元融資。