數(shù)據(jù)中心耗能持續(xù)攀升 散熱技術(shù)備受矚目

作者：Supermicro營銷與網(wǎng)絡(luò)安全副總裁Michael McNerney

在數(shù)據(jù)經(jīng)濟的驅(qū)動之下，數(shù)據(jù)中心早已成為經(jīng)濟基礎(chǔ)建設(shè)中重要的一環(huán)。 隨著 5G 網(wǎng)絡(luò)及物聯(lián)網(wǎng)的高速發(fā)展，數(shù)據(jù)使用量持續(xù)攀升，數(shù)據(jù)中心所扮演的角色也愈發(fā)重要。

然而，至今全球只有 12％ 的數(shù)據(jù)中心稱得上環(huán)保。 這現(xiàn)象也不禁讓人思考，以可持續(xù)的思維設(shè)計數(shù)據(jù)中心，不僅可以減少電子廢棄物和耗能，保護環(huán)境，還可以為數(shù)據(jù)中心運營者節(jié)省數(shù)百萬美元成本。

當(dāng)數(shù)據(jù)中心耗能持續(xù)攀升

全球氣候變遷劇烈，數(shù)據(jù)中心耗能持續(xù)攀升，綠色數(shù)據(jù)中心的數(shù)量和其節(jié)能成效值得關(guān)注：市調(diào)機構(gòu) IDC調(diào)查指出2012年只有50萬座處理全球數(shù)據(jù)流量的數(shù)據(jù)中心，但今日則有超過800萬座。

全球數(shù)百萬個數(shù)據(jù)中心每年會淘汰上公噸的硬件，并消耗多至整個國家的用電量，約占全球耗能的1-1.5％，這也制造了與疫情爆發(fā)前全球航空業(yè)相當(dāng)?shù)奶寂欧帕俊?科技進步雖難以預(yù)測，但有幾種評估模型認為，如果沒有進一步的行動，2030年數(shù)據(jù)中心的能源用量將占全球電力供應(yīng)的10％以上。這些耗能的持續(xù)增加還可能進一步影響氣體排放量和產(chǎn)生的電子廢棄物量，研究人員目前更預(yù)測這些數(shù)字將每四年持續(xù)翻倍增長。

這些都為我們環(huán)境的未來帶來了挑戰(zhàn)。幸運的是，越來越多有遠見的企業(yè)和產(chǎn)業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者正在以創(chuàng)新的方式試著解決這個問題，但仍有許多提升數(shù)據(jù)中心效率的可能性被忽略了。根據(jù)一項 2019 年綠色數(shù)據(jù)中心調(diào)查顯示，只有 50% 的數(shù)據(jù)中心將轉(zhuǎn)型成環(huán)保數(shù)據(jù)中心訂為目標(biāo)，而只有12％的數(shù)據(jù)中心在最初設(shè)計時以實現(xiàn)最佳能源效率為目標(biāo)。盡管堅持使用舊設(shè)備可能使數(shù)據(jù)中心每年平均多花費高達 500，000 美元，許多受訪者表示目前仍將現(xiàn)有設(shè)備用于更多用途，延長舊換新的周期。但舊設(shè)備的效率也因前期設(shè)計技術(shù)而受限，因此采用新技術(shù)的企業(yè)將更具競爭力、更環(huán)保。

嘗試綠色創(chuàng)新

理解問題后，下一步是尋找解決方案。 數(shù)據(jù)中心并非必然會對我們的環(huán)境造成負面影響，且有以下幾種方法可以嘗試。根據(jù)美國能源部勞倫斯伯克利國家實驗室（Lawrence Berkeley National Laboratory）估計，如果美國 80％ 的服務(wù)器都在超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心以最佳效率運行，將可節(jié)省 25％ 的耗能。

對于無法轉(zhuǎn)移到超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心的運營商，市場上也專門為數(shù)據(jù)中心推出了一套資源優(yōu)化的新型系統(tǒng)。 過去幾年，為使資源使用和效率最大化，同時減少能源消耗，企業(yè)已逐漸開發(fā)許多全新服務(wù)器技術(shù)和信息中心架構(gòu)，其中涉及散熱、設(shè)計以及硬件使用壽命等多個方面。

更有效地運用能源

提升散熱技術(shù)

整體而言，「提升能源使用效率」是關(guān)鍵。 綠色數(shù)據(jù)中心不僅可降低運營成本，還可以同時降低對環(huán)境的影響。

數(shù)據(jù)中心大部分的能耗是用于降低服務(wù)器運轉(zhuǎn)產(chǎn)生的上升溫度。 數(shù)據(jù)中心的平均溫度依設(shè)備而定，一般介于23°C–24°C。但 Supermicro 的綠色數(shù)據(jù)中心調(diào)查顯示，超過30％的數(shù)據(jù)中心出風(fēng)口的溫度高于25°C，甚至有些高達29°C。 隨著數(shù)據(jù)量的增加，數(shù)據(jù)中心的平均溫度也有上升的趨勢。

因此，研發(fā)更好的散熱技術(shù)至關(guān)重要。一個常見的解決方案是將數(shù)據(jù)中心設(shè)置在氣候寒冷的地點，并通過自然通風(fēng)降溫，利用外部空氣幫助服務(wù)器散熱，減少機房所需的空調(diào)設(shè)備。機房內(nèi)的溫度每容許提高0.56°C，即可節(jié)省用于降溫的空調(diào)設(shè)備用電量的4％至5％，從而為綠色數(shù)據(jù)中心節(jié)省大量能源。從每機柜的年平均運營成本來看，可節(jié)省6，314至14，996美元 （依照數(shù)據(jù)中心產(chǎn)生廢熱的程度大小而定）。

另一種方法是讓較少量的服務(wù)器維持運轉(zhuǎn)：Facebook 在 2014 年發(fā)明了一個名為 Autoscale 的系統(tǒng)，減少離峰時段服務(wù)器運行的數(shù)量，進而節(jié)省了大約10％至15％的用電量。 Google 則通過 AI 計算天氣和服務(wù)器運轉(zhuǎn)條件來優(yōu)化其內(nèi)部散熱系統(tǒng)，將散熱所需的用電量減少近 40％。

不過，IT 產(chǎn)業(yè)另一個趨勢是讓服務(wù)器系統(tǒng)能在更高溫的環(huán)境下運行而不影響其穩(wěn)定度。液冷/浸泡式散熱設(shè)計，或是改采寬溫式CPU、關(guān)鍵零組件及散熱功能更佳的機殼材質(zhì)，可以大幅減少如風(fēng)扇等散熱裝置，自然也減少了用電量。

提升機柜的功率密度

除散熱技術(shù)外，還須同時考慮散熱裝置的設(shè)備數(shù)量。若能在越小的空間容納越多臺服務(wù)器，數(shù)據(jù)中心就越能達到優(yōu)異的能源使用效率。數(shù)據(jù)中心的使用空間變少，從而降低了該區(qū)域降溫的成本。采用多節(jié)點和刀鋒服務(wù)器系統(tǒng)這種采用共享風(fēng)扇及電源供應(yīng)器的設(shè)計，來取代使用個別電源供應(yīng)器的機架式服務(wù)器，也能提升10-20 %的電源使用效率。

縮短系統(tǒng)更新周期 減少電子廢棄物

提升硬件設(shè)備的能源使用效率則是另一個重點。根據(jù)華爾街日報報導(dǎo)，數(shù)據(jù)中心每年產(chǎn)生高達兩百萬噸的電子廢棄物。

除此之外，隨著科技迅猛發(fā)展，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)無論是電力或效能都已無法滿足實際需求。因此，數(shù)據(jù)中心必須隨時更新科技，但同時也須減少廢棄物的產(chǎn)出。大多數(shù)的數(shù)據(jù)中心至少要四年才會更新一次硬件，這對于科技業(yè)來說其實相當(dāng)漫長。但若采用模塊式的服務(wù)器，就能夠同時縮短更新周期及減少環(huán)境負荷。模塊式服務(wù)器提供一個模塊化且可持續(xù)的架構(gòu)，能針對部分系統(tǒng)進行優(yōu)化。內(nèi)存及CPU各自獨立成為可升級的子系統(tǒng)，從而能提升整體系統(tǒng)更新頻率。舉例來說，如果我們只需要換一盞燈泡就能夠解決問題，就無需換掉整個燈座。我們不必換掉整臺服務(wù)器，就能同時提升效能并降低耗能、減少廢棄物及更新系統(tǒng)的整體成本。換算成數(shù)字來看，一組模塊式服務(wù)器就能夠省下約45%到60%的硬件更新成本及高達60%的空調(diào)成本。

企業(yè)應(yīng)及早具備綠色意識

最后，最重要的就是對綠色意識的教育。我們必須幫助企業(yè)理解，不論是對企業(yè)本身或環(huán)境而言，提升數(shù)據(jù)中心的環(huán)保程度不僅對于環(huán)境重要，更能帶來諸多好處。未來數(shù)據(jù)量不可能減少，許多企業(yè)都依賴自家內(nèi)部的數(shù)據(jù)中心，因此我們更需確保數(shù)據(jù)中心所使用的科技系統(tǒng)能夠應(yīng)付不斷增長的數(shù)據(jù)量。如果企業(yè)能夠?qū)崟r采取行動，就能夠及早減緩數(shù)據(jù)中心對環(huán)境造成的傷害。
編輯：hfy