節能技術在服務器及數據中心的應用概談

【摘 要】隨著世界上能源危機及綠色環保問題的日益突出，人們追求綠色低碳生活的意識成為一種世界潮流。作為創造綠色低碳生活的一個側面，本文對當今世界服務器節能技術進行了概略的介紹，同時對當前我們所面臨的有關數據中心的節能問題提出了一些切實可行的實際應用建議。

【關鍵詞】芯片級節能技術；冷卻技術；軟件管理技術；虛擬化技術

在以往的IT采購中，電費通常不會被人們作為一個重要因素加以考慮。難道幾萬、幾十萬元的服務器都買了，還花不起這電費不成？但是，我們通過公開數據計算，發現服務器的節能潛力超出想象，服務器電費絕對是一個不可忽視的因素。企業如果算一算單臺采用節能與非節能服務器的電費，再乘以服務器數量，二者的懸殊比較定會令人咋舌。

一、服務器節能技術概談

服務器產品作為現代信息化建設的核心產品，需要在保證性能、穩定性、可靠性以及性價比的同時盡可能地降低能耗。目前服務器節能技術主要體現在三個方向：芯片級節能技術、冷卻技術、軟件調度和管理技術。

（一）芯片級節能技術：隨著CPU加工工藝的不斷進步，多核及CPU中集成內存控制器，在提高性能的同時，降低了主板芯片組的功耗。另一方面，通過降低電壓和頻率也可以降低CPU的動態功耗，在CPU功耗控制方面，如Intel推出的動態功耗節點管理器（DNM）是一個內嵌于英特爾服務器芯片組的帶外功率管理策略引擎。它與BIOS和操作系統功耗管理（OSPM）協作，動態地調整平臺功耗，從而實現服務器性能功耗比的最大化。在專用低功耗部件研究方面，包括上海瀾起公司研發的高級內存緩存AMB芯片、SSD固態電子硬盤等技術與產品。

（二）冷卻技術：眾所周知，空氣冷卻是目前服務器采用的最主要最普遍的冷卻方式。液冷技術包括水冷及液態金屬制冷，由于其導熱能力強并且熱容更大，能夠更快的緩解負載突變造成的散熱壓力并吸收更多的熱量，在當前大型計算機中使用越來越普遍，如IBM CoolBlue機柜系統。

去年英特爾推出了一項礦物油冷卻技術，將服務器浸入在特殊的礦物油中，通過一年的測試數據對比，相對于傳統的空氣冷卻，節能90%以上，從而能使整個數據中心節能10%到20%。礦物油冷卻的優勢是：沒有風扇，故沒有噪音及灰塵，不會影響服務器的運行，也大大降低了對機房制冷空調設備的要求。顯而易見，這是目前服務器最理想的冷卻技術。

（三）軟件調度和管理技術：它是一個完整的軟件與硬件相結合的復雜系統，智能電源管理未來發展的重要主題就是高能效。首先要有能夠對電源系統進行控制管理以及采集各種工作信息參數的硬件設備，然后通過智能電源系統里面的管理軟件，檢測各個設備單元的當前參數，如電壓、電流、溫度、負載變化情況等，然后根據獲取的各單元運行參數通過各種通信協議傳輸，匯總到處理單元進行調度管理，以實現電源系統各單元的有選擇性、高能效、高可靠的運行。

近年來，英特爾升級多項服務器內部管理機制，首先是不斷升級推出的智能電源節點管理器技術（IPNM）版本，用來偵測服務器中處理器與電源供應器的耗電量。該技術的最新版本，進一步將偵測范圍擴大到存儲器、網絡設備與硬盤，讓IT人員依不同應用情形設定供電策略，調整服務器的用電量，省電幅度可達20%至25%。

二、節能技術在數據中心的應用建議

（一）服務器虛擬化：當前虛擬化已成為一種不可逆轉的潮流，無論是服務器，還是存儲，甚至網絡領域，所有的主要供貨商都在加入到虛擬化這個競技場中。就拿計算平臺核心（服務器）來說，一臺虛擬化的機器就如同一個全功能的計算機或服務器，你可以方便的在上面安裝任何你選擇的操作系統，進行網絡配置，并安裝你所需要的全套應用軟件。

虛擬化帶來的四大好處是：能夠使你節省資金（多方面的）、整合服務器（減少服務器數量）、最大化利用率（充分利用好現有的軟硬件資源）、更易于管理（尤其是在包括服務器本身的備份與恢復等方面）。虛擬化能夠幫助我們實現多平臺、多功能、高質量及高性價比的應用，這也是導致越來越多的人積極投身到虛擬化變革的四大致命誘惑。通過我們近年來的初步實踐應用，已經深刻體會到虛擬化帶給我們的巨大優勢。

（二）采用低功耗的服務器產品：由于我們早期購置的服務器功耗相對較大，故對于硬件已接近使用壽命的這些服務器，盡可能改用當前低功耗的服務器產品。比如，英特爾的Woodcrest雙核Xeon處理器能效是之前舊式單核Xeon處理器的三倍，至少從公司產品數據看是如此。甚至在某些情況下，出于節能的目的，應該在服務器還未到壽命時就對其進行更新升級。例如，可考慮盡早將能耗和體積較大的塔式服務器升級為機架式服務器，甚至目前相對最節能的刀片式服務器。

（三）冷卻系統現代化：采暖通風與空調（HVAC）系統通常是數據中心第二大耗電系統，據數據中心用戶組（DCUG）估計，消耗的電能占數據中心總能耗的37%，故傳統的冷卻系統的效率是非常低的。通常，用現代化、模塊化和更高效的組件替代傳統空調設備進行冷卻處理可以節約大量電能。在某些特殊的氣候條件下，可以設想采取更節能的方式，比如在冬天用外部冷空氣替代電力來進行冷卻，這樣就大大減少了變頻空調的使用，從而節約了一筆可觀的能耗開支。

（四）數據中心重組：如果數據中心在過去的幾年中不斷擴充，服務器被隨處安裝，缺乏計劃性，就會導致數據中心機房局部區域過熱，這樣一個超載的IT環境很難保證其冷卻系統的最優化運行。對數據中心進行重組，例如合理布局服務器的物理位置，配置冷、熱通道，平衡其熱量分布，都可以顯著減少冷卻系統的負荷，盡管總的熱處理量沒發生變化。同時你可以通過重組來封住某些空氣孔洞和泄露，這種孔洞所導致的結果類似于在開著窗戶的同時開著空調。

（五）存儲器升級：數據存儲器也是數據中心能耗不可忽視的因素之一，對其進行更新升級可以顯著減少這一開支。一般來說，新磁盤比舊磁盤能效更高，而一個高容量磁盤則比兩個相同容量的低容量磁盤消耗能源少。存儲器虛擬化也可以通過提高存儲器的利用率、避免提供過量存儲空間來提高能效。對于一些應用軟件來說，可用SATA磁盤替代光纖驅動，因為后者每TB空間消耗的電能是前者的兩倍。

（六）開展軟件審核：通常運行不必要的服務器是毫無意義的，因此通過軟件審核機制繪制一份清晰的最新圖表，注明需要運行的服務器及運行原因，可以明確那些應用軟件可以被轉移到另一臺服務器上。通過這樣的軟件審核，可以協助辨明近乎空轉的低效率服務器，盡可能避免寶貴能源的無謂浪費。

（七）適當提高室溫：隨著數據中心硬件系統的不斷擴充升級，這樣實際要求的冷卻溫度可能會有所提高。此時適當提高數據中心的室溫1-2℃，使得實際溫度仍在推薦范圍之內，譬如將空調制冷溫度從原先設定的21℃調高到22-23℃，這樣你可以適當降低用于制冷系統的電力消耗，而此舉對數據中心硬件系統的安全運行無任何影響。

三、結束語

本文僅對節能技術在服務器及數據中心的應用做了初步的探討，但相信對各行業、各應用類型的相關用戶具有一定的實際參考意義和應用價值。在大力倡導節約型社會的今天，期待本文能夠起到舉一反三及拋磚引玉的效果，文中不妥及錯誤之處望各位同行指正。歡迎大家一起做進一步的交流探討，共同提高節能技術應用水平，為創造綠色低碳生活貢獻出自己的一份力量。