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發(fā)布時(shí)間： 2016年11月22日
近日，工業(yè)和信息化部在其官方網(wǎng)站發(fā)布了《〈綠色數(shù)據(jù)中心先進(jìn)適用技術(shù)目錄（第一批）〉公示》。目錄共分為制冷/冷卻類、供配電類、IT 類、模塊化類、運(yùn)維管理類五大類別，涉及17項(xiàng)具體技術(shù)。
技術(shù)的進(jìn)步使得數(shù)據(jù)中心在節(jié)能方面不斷改善。去年3月份，工信部、國家機(jī)關(guān)事務(wù)管理局、國家能源局聯(lián)合印發(fā)的《國家綠色數(shù)據(jù)中心試點(diǎn)工作方案》透露，隨著信息化快速發(fā)展，全球數(shù)據(jù)中心建設(shè)總量已超過300萬個(gè)，耗電量占全球總耗電量的比例為1.1%~1.5%，其高能耗問題已引起各國政府的高度重視。
“作為工業(yè)領(lǐng)域的大耗能產(chǎn)業(yè)，國家對(duì)數(shù)據(jù)中心節(jié)能發(fā)展非常重視，行業(yè)和用戶也在持續(xù)關(guān)注，市場正在培養(yǎng)，發(fā)展?jié)摿薮??！痹?1月16日召開的中國數(shù)據(jù)中心節(jié)能技術(shù)大會(huì)上，中國電子節(jié)能技術(shù)協(xié)會(huì)數(shù)據(jù)中心節(jié)能技術(shù)委員會(huì)秘書長呂天文表示，節(jié)能現(xiàn)在已經(jīng)成為數(shù)據(jù)中心重要的領(lǐng)域，甚至是著力點(diǎn)。
隨著互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算以及大數(shù)據(jù)等應(yīng)用的快速發(fā)展，全球數(shù)據(jù)中心的建設(shè)步伐正在加快，與此同時(shí)，數(shù)據(jù)中心的節(jié)能降耗問題也進(jìn)一步凸顯。在此次大會(huì)上，行業(yè)協(xié)會(huì)代表、專家學(xué)者以及企業(yè)界人士就如何降低數(shù)據(jù)中心能耗、實(shí)現(xiàn)綠色發(fā)展進(jìn)行了深入的探討。
挑戰(zhàn)眾多
我國數(shù)據(jù)中心發(fā)展迅猛，總量已超過40萬個(gè)，年耗電量超過全社會(huì)用電量的1.5%，其中大多數(shù)數(shù)據(jù)中心的PUE（電源使用效率）仍普遍大于2.2，與國際先進(jìn)水平相比有較大差距，如美國數(shù)據(jù)中心PUE已達(dá)1.9，先進(jìn)數(shù)據(jù)中心PUE甚至達(dá)到1.2以下。PUE值是指數(shù)據(jù)中心消耗的所有能源與IT負(fù)載消耗的能源之比，PUE值越接近于1，表示一個(gè)數(shù)據(jù)中心的綠色化程度越高。可以看到，我國在降低能源消耗方面發(fā)展空間極大。
與此同時(shí)，人類社會(huì)從機(jī)械化、電氣化、自動(dòng)化一路走來，正邁進(jìn)萬物互聯(lián)、萬物智能的智能化時(shí)代，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等產(chǎn)業(yè)的崛起，使得需要節(jié)能改造的數(shù)據(jù)中心日益增多，據(jù)悉，2015年我國數(shù)據(jù)中心節(jié)能改造規(guī)模已達(dá)30億元左右?！邦A(yù)計(jì)到2019年，全球數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施市場規(guī)模將達(dá)到440億美元左右。”華為技術(shù)有限公司高級(jí)經(jīng)理高繼軍認(rèn)為，無論是從廠商角度還是從客戶角度出發(fā)，都應(yīng)該去做更多的工作。
高繼軍同時(shí)指出，現(xiàn)在的數(shù)據(jù)中心存在很多挑戰(zhàn)，前期規(guī)劃難、建設(shè)周期長、質(zhì)量管控難、人工維護(hù)難。“數(shù)據(jù)中心的運(yùn)維成本70%是電費(fèi)，主要是制冷能耗，全球數(shù)據(jù)中心電力消耗大約相當(dāng)于7個(gè)大亞灣核電站的年發(fā)電量，總的耗電量非常驚人。數(shù)據(jù)中心的維護(hù)也面臨巨大的風(fēng)險(xiǎn)，70%的故障是人為操作造成的，人員水平的差異、經(jīng)驗(yàn)、熟練程度就決定了運(yùn)維水平。”
“數(shù)據(jù)中心要節(jié)能，必須重視節(jié)能規(guī)劃，在建設(shè)階段不重視，以后再改建就難了?！睌?shù)據(jù)中心節(jié)能技術(shù)委員會(huì)執(zhí)行副主任張廣明強(qiáng)調(diào)說。
規(guī)劃指標(biāo)不等于實(shí)際功耗
“自從政府呼吁數(shù)據(jù)中心節(jié)能降耗，許多PUE指標(biāo)在3~3.5的數(shù)據(jù)中心通過使用高效的節(jié)能組織、優(yōu)化設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、提高維護(hù)水平等，都將數(shù)值降到了2~2.5，這并沒有難度。”張廣明介紹，數(shù)值再往下降就沒那么容易了，“要靠高效的供電、制冷設(shè)備，模塊化技術(shù)，優(yōu)化的方案來改善氣流組織設(shè)計(jì)；利用自然冷源、智能管理系統(tǒng)等一系列措施來支撐”。
張廣明估計(jì)，理想的數(shù)據(jù)中心能耗數(shù)值應(yīng)該可以降到1.2左右，“這需要兩項(xiàng)技術(shù)的疊加，一是去掉制冷系統(tǒng)，把自然冷源的溫度提高到60~80攝氏度，這樣數(shù)據(jù)中心即使建設(shè)到海南島，全年也可以用自然冷源，不需要制冷；另外一項(xiàng)技術(shù)就是企業(yè)自主儲(chǔ)能供電，去掉傳統(tǒng)的UPS系統(tǒng)（不間斷電源系統(tǒng)），供電系統(tǒng)效率就能從80%左右提高到97%”。難處在于兩項(xiàng)技術(shù)都需要IT廠商參與，“制冷和供電技術(shù)設(shè)備廠商單獨(dú)做不了，必須要多方配合”。
自從按照行業(yè)和政府部門要求，PUE要達(dá)到1.5左右，新設(shè)計(jì)和改造的數(shù)據(jù)中心的規(guī)劃指標(biāo)都齊刷刷降到了1.5，張廣明不客氣地指出，這太不正常，“PUE指標(biāo)是個(gè)技術(shù)指標(biāo)，不是政治和行政指標(biāo)，目標(biāo)的提出也要符合技術(shù)的發(fā)展規(guī)律”。
規(guī)劃值難以達(dá)到，其不合理之處在于，在確定IT設(shè)備數(shù)量和用電規(guī)模時(shí)，當(dāng)前普遍采用的方法會(huì)加大IT設(shè)備數(shù)量和用電量，使得在整個(gè)數(shù)據(jù)中心生命周期內(nèi)IT設(shè)備用電量都達(dá)不到規(guī)劃值。
PUE的規(guī)劃指標(biāo)不等于實(shí)際運(yùn)行效果，IT設(shè)備功耗應(yīng)該統(tǒng)一根據(jù)數(shù)據(jù)中心的性質(zhì)、用途、等級(jí)提出最終的目標(biāo)，根據(jù)設(shè)備的規(guī)格、型號(hào)、功能、數(shù)量確定功耗，但這種方法比較困難?，F(xiàn)在的方法是根據(jù)數(shù)據(jù)中心的建設(shè)面積、主機(jī)房面積、機(jī)架平均占地面積、機(jī)架數(shù)與功率密度計(jì)算得到的數(shù)值，“虛得太多?！睆垙V明指出。
另一方面，供電系統(tǒng)規(guī)劃不能保證制冷系統(tǒng)的連續(xù)性，使IT用電量在整個(gè)數(shù)據(jù)中心生命周期內(nèi)不敢增加到規(guī)劃值?！安桓以黾臃?wù)器，實(shí)質(zhì)是不能保證電源能夠連續(xù)運(yùn)行、連續(xù)制冷，這是被動(dòng)能源帶來的問題。”張廣明說。
“制冷系統(tǒng)規(guī)劃欠缺也限制IT用電量在整個(gè)數(shù)據(jù)中心生命周期內(nèi)都不敢增加到規(guī)劃值?！睆垙V明說。設(shè)備標(biāo)稱的制冷功率忽略了冷氣利用效率，“制冷功率等于IT設(shè)備消耗功率是不對(duì)的，還應(yīng)考慮傳輸?shù)膿p耗、阻力等問題”。
液冷帶來技術(shù)革命
“從目前國內(nèi)外最新的研究進(jìn)展來看，使用液態(tài)冷媒替代空氣來對(duì)計(jì)算機(jī)設(shè)備進(jìn)行冷卻，是未來計(jì)算機(jī)設(shè)備的一場技術(shù)革命?！敝锌剖锕鈹?shù)據(jù)中心產(chǎn)品事業(yè)經(jīng)理劉廣輝說。
從分類來說，液冷目前分為“冷板式液冷”和“全浸沒式液冷”兩大類。浸沒式液冷就是把所有的熱源浸沒在冷媒液體里，通過液體的蒸發(fā)或流動(dòng)把熱量帶走。間接式液冷是把一個(gè)裝有液體的腔體和熱源接觸，通過腔體內(nèi)液體的流動(dòng)，將熱量帶走。
在實(shí)際應(yīng)用中，冷板式液冷是比較普遍的設(shè)計(jì)，包括曙光在內(nèi)的許多企業(yè)都有成熟的技術(shù)，特別是曙光的TC4600E-LP液冷刀片服務(wù)器已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模量產(chǎn)，并將其成功應(yīng)用在地球數(shù)值模擬裝置原型系統(tǒng)、中國最大的電網(wǎng)仿真高性能計(jì)算平臺(tái)等大項(xiàng)目中，獲得了市場的充分認(rèn)可。
近日舉行的全球超算大會(huì)SC16大會(huì)上，中科曙光發(fā)布了E級(jí)計(jì)算系統(tǒng)的研發(fā)路線圖，而E級(jí)計(jì)算的挑戰(zhàn)首先就是解決能耗的問題。在考慮到冷板式液冷已經(jīng)接近性能瓶頸，難以承載E級(jí)計(jì)算需求之后，曙光果斷地選擇了“全浸沒相變冷卻技術(shù)”作為攻關(guān)的主要方向。
“浸沒式液冷特點(diǎn)是無色、無味、無毒、低溫沸騰不可燃、不導(dǎo)電，但由于成本太高，目前市場上還沒有產(chǎn)品出來?！眳翁煳恼f。
數(shù)據(jù)中心要節(jié)能降耗，如果單純以耗電來衡量的話顯然不充分。呂天文告訴《中國科學(xué)報(bào)》記者，數(shù)據(jù)中心的能耗不單純是耗電，材料、人工、水、燃?xì)舛及ㄔ趦?nèi)，“我們要利用契機(jī)將PUE指標(biāo)豐富起來”。
“未來數(shù)據(jù)中心應(yīng)該是單一產(chǎn)品建設(shè)?！眳翁煳臅诚氲溃肮?jié)能理念從現(xiàn)階段看，正在從房間型到微模塊過渡。未來隨著整體理念的發(fā)展，微模塊會(huì)向堆砌型數(shù)據(jù)中心發(fā)展。未來數(shù)據(jù)中心將實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品統(tǒng)一，我們可以像砌磚一樣來堆砌數(shù)據(jù)中心，達(dá)到節(jié)地、節(jié)電、提高可靠性的目的。但技術(shù)的進(jìn)步需要用戶逐漸消化、吸收，新技術(shù)替換舊技術(shù)也有滲透率，這是一個(gè)長期的過程?！?/p>
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