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服务器机房功耗:需求与效率之争

2021-06-20 15:43:11 作者:网络来源

在这个由互联网技术主导的世界中,数据中心是保持数字生态系统运转的大脑。服务器机房负责处理、存储和传输数据,具有巨大的价值,而且用于维护它们的基础设施和资源也是如此。

使所有数字系统运行的动力来自电力,数据中心管理人员对此非常清楚。除了管理服务器和其他IT设备外,电费和电力分配也是数据中心管理人员必须考虑的问题。鉴于化石燃料带来的环境影响,很多企业考虑采用可再生能源产生的电力。随着服务器技术的创新和专业化,许多企业选择采用具有可扩展性的虚拟化技术或托管数据中心。

以下将了解服务器机房功耗,企业如何满足电源需求、使用电源组件以及数据中心的功耗趋势。

1. 适当配置配电设施

与大多数技术领域一样,数据中心需要对各种细节一丝不苟。如果无法详细了解电源和设备功率,则估计电力需求可能会效率低下、成本高昂或难以管理。

从设备规格开始,数据中心管理人员需要了解服务器机房的电力容量,可以适当地安装电源设备并确定配电单元(PDU)的数量。PDU为多个机架或模块提供分布式电源,适用于网络连接、环境监控和远程访问。

由于机架式服务器的电源需求可能会有所不同,因此必须为服务器配备合适的电源。服务器功能越强大,功率密度就越大。这意味着额外的电力和冷却能力需要更多的电力容量。

2. 更高的功率密度=电源和冷却需求

功率密度这个术语描述了每个机架可以提供的功率,并扩展到整个数据中心的能力。在以往通常以kW/平方米进行量化,而这个指标并没有考虑机架和机柜增加的情况,因此现在采用的量化单位为kW/机架。

由于上世纪80年代对数据中心资源的需求较低,因此功率密度并不是优先考虑的事项,每机架2kW到4kW被认为是高功率密度。如今,随着数据中心规模的扩展和功能增加,每个机架功率最高可以达到20kW,平均值接近7kW。

随着对数据中心的需求不断增长,对高功率密度服务器机架的一个关键挑战是冷却和通风。为满足这一需求采用的解决方案包括使用可再生能源的液体冷却技术以及可持续的自然冷却技术。

3. 估计电力需求

从需求评估开始,管理人员可以估计现有和预测设备的电力需求。了解为关键负载供电、保持冷却和通风等所需的足够功率。

数据中心设备包括服务器、照明、环境控制、消防系统、安全警报、监控摄像头、传感器、空气、冷却和通风系统等。

例如下表是满足标准数据中心电气要求的能耗要求:

关键负载和冷却系统的电力需求占到数据中心电力需求的86%,这也是评估服务器机房能耗的两个最重要的计算指标。而不间断电源(UPS)对持续供电至关重要,当市电出现故障时可以提供电力保障。

4. 能源效率

在考虑托管服务、云计算解决方案和合规性保证的容量时,需要考虑数据中心的能源效率。

2017年全球数据中心的功耗为416太瓦,占全球用电量的3%,而美国服务器机房的功耗为900亿千瓦。满足这些巨大的需求促使全球主要的云计算提供商采用定制的服务器和芯片。

自从2005年以来,数据中心管理方面的进步极大地提高了能源效率。分析人士称,在采用低功耗芯片和SSD硬盘之后,机房功耗下降了80%。

数据中心和主机托管供应商vXchnge公司分享了一些改善数据中心能耗的措施。

  • 通过清理不必要的工作负载和设备来消除冷却能力的依赖性。
  • 确定更加节能的运行温度并降低成本。
  • 协调服务器容量和负载以实时满足请求。
  • 检测并减少正在运行但没有使用的僵尸服务器。
  • 优化或减少空间以减少冷却成本。
  • 建立更强大的供应商伙伴关系以实现互惠互利。

服务器机房需要持续充足的电力以及一定程度的可靠性和性能,以保持数据在线并可供高强度使用。采用可持续的可再生能能源可以减少整体能源负担。

尽管数字信息服务在过去十年加速发展,但从2010年到2018年,全球数据中心能耗仅增长6%。

能源与环境智库Energy Innovation公司指出了数据中心能耗没有增长的三个因素:

  • 提高IT设备(服务器和硬盘驱动器)的能源效率。
  • 采用服务器虚拟化软件,使多个应用程序可以集中在一台服务器上运行。
  • 计算实例迁移到可以提供超高效冷却的云平台或超大规模数据中心。

大多数分析师通常使用基于有限公开信息的方法来计算全球服务器机房功耗。虽然谷歌、苹果和Facebook等一些数据中心运营商报告此类数据,但缺乏对全球数据中心行业的洞察力会导致估计值远高于现实。相对于交通运输、航空和能源等行业领域,数据中心行业的运行效率更高。

展望未来,人工智能和机器学习带来的密集工作负载可能意味着未来几年的数据中心效率将会降低。对高性能计算、存储和冷却技术以及节能电源的开发是解决这个难题的重要组成部分。

采用托管数据中心的注意事项

与建立内部部署数据中心相比,托管数据中心是一种共享的数据中心设施,用户可以分担成本,因此运营成本更低。虽然使用托管服务器的企业对其模块的物理控制权利较少,但托管数据中心服务商仍在继续改进远程控制功能。从家庭办公室或工作场所,用户的管理人员可以远程管理服务器。

托管是一种可扩展的解决方案,可以解决内部部署数据中心的局限性,并提供更高级别的带宽。托管数据中心往往更可靠,因为它们专注于服务器管理,例如数据备份和低延迟网络选项。其额外的一个好处是提高物理安全性,托管数据中心通常配备闭路电视监控、私人套房和消防系统等设施。

托管与公有云

基于云计算的解决方案可能会提供类似托管数据中心的服务,但其代价是对服务器、存储和网络元素的外围设备的控制较少。与大多数云计算产品一样,企业只负责私有数据中心或托管中心所需的一小部分设置。虽然云计算带来了更多的好处,但IT专业人员不能忽视公有云存在漏洞,而现在还有一些企业倾向于自己运营内部部署数据中心。


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