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中国数据中心需要降温黑科技,降低数据中心P

自从 Facebook 位于北卡(North Carolina)的第二间数据中心开工以来,他们便以全速促使这间数据中心尽速上线营运,而在豁别 16 个月后,本周它也已经顺利上线开始初步测试了。座落在 Forest 市的这间厂房,号称是首个主要采用 Open Compute Project 的网站服务器,也是第一个温湿度不在一般范围内的第二代 OPC 户外空冷系统数据中心 -- 这套系统直接采一般湿度与室温的空气进行服务器的冷却,这与一般普遍认知的数据中心作业环境有很大的差别(印象中应该都是冷气吹到爆吧),而它位于气候相对湿热的北卡地区所面临的则是更为严苛的挑战。除了在冷却系统上的节能减碳努力外,这间新一代的数据中心也效法自家首间位于 Oregon 数据中心所应用的各种节能技术,将 PUE 值(一个用以衡量数据中心能源利用率的标准)压低在介于 1.06 与 1.08 的超高标准 -- 一般数据中心的 PUE 标准在 1.8 左右,越趋近于 1 代表能源利用率越高,换句话说就是对于能源的「浪费」越少,虽说... 它的用电还是很凶啦,但~也算是尽可能的善用资源了。目前刚上线测试的 Facebook 第二座数据中心地标,预计将于年底左右正式营运,引用来源可以观看更多详细数据。

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C114讯 8月11日消息由中国科协主办,中国通信学会承办的“第13次中国科协论坛——绿色IT与能效通信论坛”在北京举行,工信部电信研究院通信标准研究所主任何宝宏在本届论坛上表示,“目前,我国的数据中心的平均能源利用率(下称“PUE”)在2.2—3.0之间,而实际能耗可能远远高于这一数字。”

据相关数据显示,数据中心的运营成本70%为电力成本,如果能有效地降低电力消耗,自然而然就能减少相应的成本。

原标题:一年耗电超过三峡大坝发电量,中国数据中心需要降温黑科技 天下网商记者 张超 当你拿起手机,通过搜索引擎寻找答案的时候,可能永远不会想到,这一次搜索,大概将消耗能让8瓦灯泡点亮一小时的电量,大概需要数万台服务器瞬间提供计算...

据C114了解,PUE(能源利用率,Power Usage Effectiveness)是一个评价数据中心能源效率的指标,已经成为衡量数据中心效率的最常用标准。PUE越接近1.0则表示数据中心效率越好,反之IT设备运行所配套的基础设施的能耗就会越高。

之前算过一笔账:北京郊区一个规模为1000机柜的数据中心,每个机柜20A的供电,如果建设PUE为1.8,通过节能优化,PUE降为1.6,以电费为1元/kwh计算,每年可节省电费770万元,如果运营周期为10年,那么运营周期可减少7700万的成本。

原标题:一年耗电超过三峡大坝发电量,中国数据中心需要降温黑科技

据何宝宏介绍,国外数据中心的PUE值可低至1.5,一些IT巨头的PUE值更低。例如,2010年Google公布其数据中心PUE均值为1.16,个别PUE值1.09;Facebook、雅虎和微软等空气冷却数据中心的PUE值可以控制在1.1以内。

而根据TGG的一项分析显示,数据中心电力消耗最大的三个方面分别是机房空调、IT设备和UPS电源,能达到数据中心总电力消耗的93%。因此,数据中心的节能问题也要围绕这三个方面展开,比如机房空调方面,有效的利用冷空气、水等自然冷源就是一个非常有且经济的办法。

天下网商记者 张超

虽然PUE是数据中心最为重要的节能指标之一,但目前PUE只被少数发达国家政府所认可,并且更多是用于行业和企业的指标。对此,何宝宏指出,目前业界在如何看待PUE时还存在一些误区:“一是为追求过低PUE而投入过高成本;二是设计阶段的负荷规模不准确;三是IT需求和战略信息不足,缺乏适当的业务认知、培训和技能。”

充分利用自然冷源

当你拿起手机,通过搜索引擎寻找答案的时候,可能永远不会想到,这一次搜索,大概将消耗能让8瓦灯泡点亮一小时的电量,大概需要数万台服务器瞬间提供计算支持。

PUE仅仅是个开始,还有更多的工作要做,何宝宏认为,“在节能方面,还应注重IT设备和机房耗电的比值,这些比值将产生很多负面的效果,需要更精确的考量。他进一步表示,整个考量要考虑数据中心或者相关能耗,同时考虑以下几个维度,包括选址、设备级的规范、软件、芯片等。” 图片 3

风、水、空气等自然冷源是大自然的“馈赠”,对于数据中心来说,这些既环保;又省钱;又用之不竭的能源可以说是最佳的节能“利器”。通过对出入气流的隔离引导,可以充分利用外界的冷空气将数据中心内部产生的热量带走。通过水热交换器把室外侧的空气冷量转移到空调冷冻水系统,从而降低数据中心温度。由于具备节能、环保、低成本等多种优势,自然冷却技术已经被广泛的应用到数据中心的节能上。比如微软的海底数据中心、阿里的千岛湖数据中心、腾讯的贵阳数据中心都是非常好的利用自然冷源的案例。

这些复杂的计算过程,都通过网络在一个你不知地处何处的数据中心完成了。

好的选址是一切的开始

而当8亿多中国网民同时在线,发朋友圈,刷抖音,往购物车里放入一件件商品的时候,支撑这些计算的数据中心又将消耗多少电量?

选址对于数据中心来说非常的重要,选址的好坏甚至可以直接影响到数据中心的成败。在节能方面也是如此,越来越多的企业,比如谷歌、苹果、Facebook开始将选址在高位地、高海拔的地区建设数据中心,甚至是选址接近北极的地区。2016年,工信部就曾发文,引导大型数据中心优先在能源相对富集、气候条件良好、自然灾害较少的地区建设。

近日,绿色和平与华北电力大学联合发布的《点亮绿色云端:中国数据中心能耗与可再生能源使用潜力研究》报告给出了答案。

调高数据中心温度

2018年,全国的数据中心总用电量为1608.89亿千瓦时,比上海市2018年全社会用电量还多,相当于三峡大坝的全年发电量。

温度对于数据中心非常重要,按照通用的评估方法,温度每提高10℃,可靠性要下降25%。数据中心这样常年保持在较低的温度虽然可以最大程度保障无局部热点,但是却造成了能源的极大浪费。现在的数据中心设备都会做高低温实验,工作温度上限可达45℃,所以适当地提升数据中心的运行温度,不仅可以节约能源,而且并不会给增加设备的故障率。目前,在数据中心行业提升数据中心的运行温度已经成为了普遍共识,有些数据中心专门采购耐温的设备,降低数据中心的能源消耗。

低能耗数据中心呼之欲出,这不仅关系到环境的可持续发展,更直接决定了算力的成本和服务的竞争力。

学会利用免费的“电”

把数据中心放进大自然的冰箱

太阳能、地热能、风能、海洋能、生物质能等新能源已成为数据中心寻求替代传统供电的首选。比如苹果的数据中心已经从2004年就实现了100%使用新能源供电。在新能源的应用上,创新型的IT公司比传统的运营商或DC数据中心服务商更加积极。比如美国的苹果、谷歌,国内的腾讯、阿里等公司走在了传统数据中心的最前列。

数据中心成了电老虎,主要是因为IT设备与制冷系统的运转,都需要消耗大量的电能,两者大约各占据数据中心总能耗的40%。

虚拟化技术的应用

要判断一个数据中心的能耗水平,要看PUE指标。

一般的服务器运行功率都在400瓦左右,这样的服务器连续运行一天就会用掉十几度的电,虚拟化能在计划范围内针对低利用率或者高能耗对症下药。在数据中心通过部署虚拟化可以提升设备的使用效率,一般一个服务器只能跑一个业务或者几个业务,通过虚拟化技术,将服务器虚拟成多台设备,这些设备都独立运行,提升了服务器的使用率,这样就可以减少数据中心同时运行的服务器数量,当需要增加新的业务时再开启一些服务器。

PUE全称“Power Usage Effectiveness”,是指数据中心总设备能耗/IT设备能耗,比值越接近于1,表明能效、绿色化程度越好。如果达到1,便可以理解为,这座数据中心把所有电都用在计算上了。

及时关闭不必要的用电设备

可是,要想降低PUE,就得把数据中心制冷系统的能耗降下来,而这并非易事。

照明设备、数据中心里的设备外接显示器、用电跳线架等设备,如果没有承载业务都应该及时关闭。甚至有的数据中心新购的设备往往在机房里空载运行数月,这样会造成浪费,应该减少测试时间,及时更新,带新业务运行。

数据中心要稳定工作,降温是头等大事——一枚不带水冷的公版GPU芯片,在满负载运行模型训练任务时,温度会迅速飙升到85℃,而数据中心的服务器CPU芯片,工作状态下表面温度也能达到60-70℃,如果用空气降温,要用20℃左右的空调冷风一直吹,才能让芯片温度维持在50℃左右。

评估数据中心设备运行情况

要降低制冷能耗,除非不用空调,将数据中心放到大自然的冰箱中去。这想法听上去很疯狂,却是各大互联网企业近年来一直在尝试并实践的事。

数据中心里,过老的服务器其工作效率只有新服务器的1/3,但是能耗却能达到新服务器的3倍,所以要及时淘汰掉这些老旧设备,降低能耗。另外,大量的闲置服务器,也应该关闭或者重新分配工作任务。评估的标准是,这些设备的CPU要保证正常业务的运行,一般,服务器的CPU维持在50%左右就可以了。

Facebook去北极 微软选择“海底捞”

提高人员节能意识

地球上哪里最冷?Facebook和大家想的一样——南北极,所以他们把美国本土之外的第一个数据中心,建到了瑞典吕勒奥镇边沿的森林中,往北100公里就进入北极圈了。

数据中心运维的人员需要有节能意识,当关注到自己工作的诸多细节和改善这些细节后,往往会给数据中心带来意想不到的效果。每个数据中心都有自己的特点,只有这些掌握工作细节运维的人员主动去关注节能,才能真正为数据中心带来节能。

Facebook位于瑞典吕勒奥镇的数据中心

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这里气候寒冷,冬天平均气温差不多零下20℃,相当于一个天然大型空调房。在被过滤器和雾化器处理后,从外界进来的冷空气会像水一样“冲洗”服务器,达到给服务器降温的目的。根据测算,Facebook在吕勒奥镇的数据中心PUE仅为1.04。

此外,瑞典还有大量水电站,可以提供廉价可靠的电力。

另一家科技巨头微软,索性把数据中心搬到了冰冰凉的海底。

2018年6月,微软在苏格兰奥克尼岛的海岸附近安装水下数据中心,深度为35.6米,固定在海底的压载三角基座上。数据中心与潜艇类似,长约12米,里面架设了12个机架,864台服务器,包括所有必要的冷却设施。

微软的海底数据中心

法国海军集团改造了用于潜艇冷却的热交换系统,以保证其可以适用于海底数据中心,主要原理是利用管道将海水直接流过服务器机架背面的散热装置,在加热的同时被排回大海,由于海水较大的比热容而且较快的流动性,从数据中心排出的热水可以很快的与周围的海水融合冷却,如此反复,可以有效地降低数据中心的温度。

微软海底数据中心的部署地附近,便是欧洲海洋能源中心潮汐涡轮机与海浪能量转换装置的试验场地,有充足的海水能电力资源,海岸边还有不少风力发电机和光伏发电装置,微软云计算和企业部门云基础架构战略总经理 Christian Belady 表示,利用这些可再生能源可以让数据中心实现能源自给自足。

阿里巴巴把数据中心建到坝上

在中国,作为云计算的引领者,阿里巴巴的数据中心在降温方面也颇有心得。

2015年,阿里巴巴在千岛湖建立了数据中心,利用湖水自然冷却来给服务器降温。该数据中心90%的时间无需借助湖水之外的制冷能源,比传统的空调制冷方式要节约能耗超过八成,比普通数据中心全年节电数千万度,其年平均PUE低于1.3,最低的时候可以达到1.17。

阿里巴巴千岛湖数据中心

2016年,阿里巴巴又在张北县启用新数据中心,此地位于河北省西北部,属于内蒙古高原南缘的坝上地区,全年平均气温只有2.3℃,且空气质量优良天数高达346天,数据中心可以采用更节能的新风自然冷散热方案,全年大约只有15天的时间需要开启传统压缩机空调,仅制冷能耗就可以降低59%。

另外,张北县境内有大量的风电和太阳能发电设施,可以为数据中心源源不断地提供清洁能源。

阿里巴巴张北数据中心

据了解,阿里张北数据中心50%的能耗由风电和太阳能电提供,可实际节约标煤3万吨,相当于种植了150万棵树木,设计年均PUE仅为1.25,最低可达1.13。

液冷服务器将为北京冬奥会服务

此外,阿里巴巴还打磨出一项独特的降温黑科技。

众所周知,数据中心电子元器件最怕进水,然而阿里巴巴居然研究出了直接把服务器“泡”在液体里的技术,名叫“沉浸式液冷技术”。

这项技术从2015年起就开始测试,阿里巴巴的工程师采用无腐蚀性的绝缘冷却液,以确保长时间浸没电子元器件,也不会对其产生任何影响。

阿里巴巴沉浸式液冷技术

2017年云栖大会,阿里巴巴正式对外展示了全浸没液冷服务器集群——麒麟。麒麟无需风扇或空调等大型冷却设备,可在任何地方部署,在单位体积内的计算能力比过去提升了10倍。目前,这套全球独一无二的液冷服务器已经在阿里巴巴冬奥云数据中心投入使用。

随着5G和物联网时代的到来,全国数据中心总能耗据预测将在2023年突破2500亿千瓦时。不过,互联网企业在相关领域的研发投入,也许会让数据中心的PUE进一步降低,毕竟这有利于降低企业经营负担,也能减少全社会能源浪费。

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