南京農業大學：數據中心節能策略

文/查貴庭 李新權 張揆

南京農業大學：數據中心節能策略

文/查貴庭 李新權 張揆

為解決全校IT設備分散運行帶來的能耗高、浪費重的問題，從學校全局來規劃能夠容納全校IT設備、實現全校IT集中托管與整合共享、滿足信息化數據容災備份與安全的全校雙數據中心布局架構。

節約能源、保護環境已經成為時代的主旋律，作為IT行業最核心的數據中心，不斷降低系統能耗、提高能源使用效率，已經成為IT行業不斷努力的目標和歷史責任。

數據中心節能的必要性

節約能源、保護環境已經成為時代的主旋律，作為IT行業最核心的數據中心，不斷降低系統能耗、提高能源使用效率，已經成為IT行業不斷努力的目標和歷史責任。

一方面國家大力倡導數據中心節能。數據中心是國家信息化重要基礎設施，為了推動數據中心的節能減排，工業和信息化部在《工業節能“十二五”規劃》提出，“到2015年，數據中心PUE值需下降8%”的目標。國家發改委等組織的“云計算示范工程”也要求示范工程建設的數據中心PUE要達到1.5以下。

另一方面巨大需求促使數據中心迅猛發展。據3CPP調查，2011年我國數據中心總耗電量達700億千瓦時，已經占到全社會用電量的1.5%，為了滿足我國云計算、大數據處理需要，未來5年我國對數據中心流量處理能力的需求將增長7～10倍，機房面積的需要再翻一番才能滿足發展需求。

可見，降低數據中心能耗，建設節能型數據中心將成為我國信息化發展的戰略任務，成為國家節能減排的重要內容。

數據中心節能實踐

南京農業大學數據中心是學校最關鍵的信息化基礎設施，2012年已建成啟用的數據中心，在確保一定的先進性、可擴性的前提下，重點在節能技術應用上進行了積極的探索與實踐，取得了顯著的節能成效。

規劃全校IT設備集中托管布局，減少能耗和空間浪費

自1996年以來的10多年，學校IT信息服務設備基本都處于各自為政、分散存放的狀態，不僅占用了學校大量的房屋資源、人力資源、投資資源，也帶來了大量的能源浪費和高昂的運行成本。

圖1 南農大數據中心冷池示意

為解決全校IT設備分散運行帶來的能耗高、浪費重的問題，在規劃新數據中心時，首先就考慮以全校IT設備集中存放、統一管理、整合利用為目標，從學校全局來規劃能夠容納全校IT設備、實現全校IT集中托管與整合共享、滿足信息化數據容災備份與安全的全校雙數據中心布局架構。

注重節能選址與建材，提高長遠能源效能

數據中心選址及裝修材料，不僅對數據中心長遠能源使用效率影響深遠，而且也關系到數據中心后續節能措施的有效實施。我校新數據中心的基礎規劃重點，就是考慮選址和建材節能。第一，以建筑物北面作為數據中心選址的必要條件，樓層以底層為佳，最終選擇了理科實驗樓一樓的北面為數據中心、南面為辦公服務，從而減少太陽光直接輻射產生的熱量和樓層偏高帶來的熱聚效應對數據中心機房的能耗影響。第二，在數據中心建設材料的選擇上，主要采用了隔熱、保溫、防水、節能的材料，不僅保證了新數據中心的保溫與隔熱，減少了外部環境的影響，而且良好隔音材料與措施，也確保了機房噪音對外界的影響。

按照應用類型分區規劃，有效降低pPUE值

高校數據中心設備種類多、應用類型復雜，如果不做科學分類和分區，將造成設備與應用相互影響、增加能耗。我校新數據中心在規劃之初就在充分調研了各種應用設備的功耗、發熱量基礎上，將數據中心的設備托管部分劃分成為5大功能區域，并對不同區域配置不同的強弱電列頭柜、配電容量、空調送風量和機柜容積密度等，以降低不同區域的pPUE值，實現整體數據中心PUE的下降。

5個區域分別是公共信息服務區（含網絡核心交換設備、網絡公共服務系統設備等）、信息發布服務區（承載校內各類網站應用）、數字教學資源區（含數字圖書館設備、管理信息系統設備、教學資源存儲設備等）、科研信息服務區（含科學實驗、社會合作的各類信息服務設備）、高性能計算區（含生物信息學、統計學的高性能計算設備）等。

采用節能冷卻系統設計，降低機房整體PUE值

國內外大量的研究表明：傳統數據中心制冷能耗是除IT設備外的最大能耗源，約占整個機房能耗的30%～50%，制冷節能設計將可顯著降低數據中心的PUE值。

我校新數據中心在采取一系列的常規節電措施的基礎上，如：提高地板高度和通暢性、增強地板密閉性、保證空調室外機通風性等，還大膽地在高校較早地采用了冷池機柜冷卻技術，即將機柜面對面擺放，中間建設密閉通道，確保機房冷熱氣流混合。

冷池機柜技術的應用可有效地分離機房中的冷熱氣流，冷風只有穿過機柜、降低設備溫度后，才能被空調回風，從而避免了冷熱空氣的混合、提高了制冷效率，最大限度地滿足了設備降溫、提高了機柜密度，擴大了冷風與回風間溫差、降低了空調制冷功耗，整個機房的PUE值得到了有效降低。

運用IT設備節能技術，降低IT設備運行能耗

我校新數據中心在IT設備的選擇上，也積極在IT設備的節能技術方面積極探索。首先，在采購設備時，將設備具備節能設計作為設備選擇的重要參考指標，以確保進入數據中心的托管設備自身已具備了節能功能，從而減少不必要的IT設備能耗。其次，就是以網絡信息中心主導，于2012年進一步完善了虛擬化服務器動態信息服務平臺，該虛擬化平臺可為全校各單位常規信息應用提供及時、靈活的虛擬服務器配置，并逐步將機房中原有冗余的、獨立的、高能耗的服務器清除出新數據中心，以減少機房中IT設備的能耗。

至2013年底，學校已完成了常規托管服務的全面虛擬化配置，現已分配各類信息應用需要的虛擬服務器近200套，全校常規信息服務的虛擬化率超過了90%，數據中心常規信息服務的節能成效十分明顯。

學校新數據中心采用了多方面的節能設計，并進行了實踐，節能措施與成效已得到學校各方面、同行專家的高度認可與贊賞。下一步的節能舉措將重點放在數據中心各環節能耗指標計測量上，希望通過對環節的能耗數據動態準確監控測量，實現數據中心各環節能耗的科學計量與預警，為科學、合理和有針對性地采取節能措施提供科學依據。

模塊化數據中心：開辟新道路

模塊化是指將系統轉化為模塊的方式來提供服務。通過一種面向服務的體系結構，根據功能需要將基礎設施模塊化。當今使用標準化的構建模塊進行數據中心的規劃設計，已經成為了數據中心建設過程中的重要方法。如今模塊化設計在大型的云計算數據中心以及超級計算機中都很常見，模塊化數據中心的供應商也準備將這一趨勢進一步推向主流。

在模塊化數據中心的應用方面，IBM、微軟、谷歌等互聯網巨頭已經率先采用了模塊化數據中心。微軟公司采用Rackable公司提供的集裝箱在美國芝 加哥城外建造了一座擁有150個集裝箱式數據中心的大型數據中心，每個數據中心都配置了1000到2000臺服務器。谷歌公司也不甘落后，他們的模塊化數據中心包括一個聯合運輸的集裝箱和集裝箱內的計算系統。