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如何提高PUE值 資料中心能耗詳解

随着IT裝置的更新換代,每機關空間需要越來越多的電源和冷卻能力,但是每機關能源可提供更高的計算能力,需要進行适當的配置後,新伺服器裝置有助于用更少的裝置做更多的工作,進而為資料中心營運釋放電源和冷卻能力。

如何提高PUE值 資料中心能耗詳解

但是先前要做的是能源評估和耗能分析,要用更科學、更合理的方法來診斷和評估現有的IT設施和制冷系統耗能問題,例如把資料中心内的所有裝置的能耗進行清單排序,找出能耗最大的裝置,以制定合理的能耗優化方案。

資料中心裝置的合理利用

資料中心裝置的複雜度非常高,在高可靠性的要求之下,對整個部門也是非常大的挑戰。我們可以采用的解決方式是,把原來縱向的應用架構改成了新的橫向架構,即伺服器、存儲和網絡的橫向管理,而不是像從前那樣按照各個系統來建立支撐平台。

通過橫向的調整和整合,把各類應用層全部統一管理,提出伺服器存儲和網絡支撐共享的方略,最終達到按需配置設定的模式。具體而言,在整合過程中,通過機房的整合,把裝置逐漸整合到一起;通過網絡的整合,把原來分布在各個區域之中的伺服器,對不同的終端進行支撐,建構成一個資料與存儲一體化的網絡架構。

方案的詳細部署

首先把實體分散伺服器進行實體集中,以支撐網絡結構的調整。主要的思路是減少伺服器,減少儲存設備和相關的基礎設施,把原來機房進行集中。實體集中完畢之後,然後對應用進行劃分,根據劃分結果進行伺服器的集中,将分散在各處的伺服器、維護人員進行整合,并對機房進行相應的選址及規劃。

然後是伺服器的邏輯集中和應用整合。先是建立伺服器群組,進行應用的歸類與劃分;然後利用邏輯和實體分區技術,實作伺服器計算能力的“動态應用”;并利用統一的分級存儲結構,實作資料生命周期管理。将進行容災系統的建設,用集中的、穩定的大伺服器,代替分散的、不穩定的小伺服器叢集,進行災備中心、安全中心的建設工作,以提高現在系統的可控性、可用性,并減少成本。

在整合過程中,從營運商的角度來講要服務于具體的業務目标,而不是跟着目前的技術去走。

虛拟化的利用

虛拟化是新一代資料中心使用最為廣泛的技術,也是其與傳統資料中心的最大差異。在新一代資料中心,通過伺服器虛拟化、網絡虛拟化、應用虛拟化等解決方案,不僅可以幫助企業或機構減少伺服器數量、優化資源使用率、簡化管理,還可以幫助企業或機構實作動态IT基礎設施環境,進而降低成本、快速響應業務需求的變化。

虛拟化分為硬體虛拟化和軟體虛拟化兩大部分

硬體虛拟化展現了硬體即服務的理念,隻有規模大的企業或IT投資較大的大中型企業才有可能從硬體虛拟化中受益。而對于IT投資不足的中小型企業,硬體虛拟化帶來的效益可能和部署硬體虛拟化帶來的成本持平。

軟體虛拟化技術可适用于各個層次的企業,具有廣泛适用性。對擁有資料中心的大型企業,可以同時使用硬體虛拟化和軟體虛拟化技術,并同時獲得兩者帶來的優勢和效益;對于沒有資料中心的中小型企業,使用軟體虛拟化技術的成本效益更高。

現在業内的數字表明,很多伺服器的使用率很低。舉個例子,在基于x86伺服器環境中,Windows和Linux伺服器使用率一般低于CPU資源的15%;很多UNIX伺服器隻利用了15~25%;這意味着伺服器有75~90%的時間在消耗電源和冷卻資源,卻不完成任何工作。虛拟化和合并能力使您能夠将多個伺服器上的工作負載合并到單個伺服器上,使伺服器使用率提高到50~70%,并且潛在地以削減的成本在x86和UNIX伺服器上完成4到6倍的工作。

資料中心裝置布局

機櫃擺放

如何提高PUE值 資料中心能耗詳解

在現代機房的機櫃布局中,人們為了美觀和便于觀察會将所的的機櫃朝同一個方向擺放,如果按照這種擺放方式,機櫃盲闆有效阻擋冷熱空氣的效果将大打折扣。正确的擺放方式應該是将伺服器機櫃面對面或背對背的方式擺放,在機櫃前設出風口,使之形成“冷”通道和“熱”通道。這樣機櫃之間的冷風和熱風就不會混合在一起形成短路氣流,将提高制冷效果。

IT裝置擺放

随着伺服器的小形化、高密度化以及刀片式伺服器的産生,使伺服器擺放的位置越來越不容IT管理者忽視。這些高功率裝置的發熱量比普通IT裝置可能要高1倍或者更多,如果将這些高功率負載密集地擺放在一個機櫃内,很人容易會出現一個高密裝置群并形成一個巨大的發熱群體,這種情況最容易導緻資料中心出現局部熱點,IT管理人員不得不降低整個機房環境的溫度或是添加專門的制冷裝置,來處理這個局部發熱點。針對這樣的問題,可以将這些高功率裝置和高密度伺服器均分在每個機櫃内,這樣就會減少資料中心的熱點和制冷難點,制冷裝置地運作費用和采購費用也随之降低。

最大限度提高冷卻效率

伺服器市場的慘烈競争使其成本降低了不少,但是冷卻方面的能耗卻一路飙升,居高不下。根據資料中心研究機構正常運作時間學會(UPTIMEINSTITUTE)研究發現,由于“氣流損失”,也就是“旁路氣流”導緻資料中心冷去的冷空氣有60%都被浪費了。結果是低效的氣流管理導緻我們在能源方面花了許多冤枉錢。

可見,優化資料中心氣流管理可以降低操作成本和遞延資本成本。此外,有效的管理氣流還可以在不增加新的冷卻裝置情況下增加伺服器密度。

第一, 空調機與機櫃排垂直擺放且避開冷通道。當功率密度高時,空調機應分散安裝。

第二, 在高功率密度資料中心,應該适當鋪活動地闆和調節出風口的出風速度。增加靜壓在總壓中的比例,使冷風在地闆下均勻分布。再通過送風口上設定的風量調節閥,調節每個機櫃前風口地闆的通風面積和風速,進而達到機櫃需求供給合适的風量,以此提高空調的效率。

第三, 可在空調機頂部安裝回風道,并在熱通道上方設定回風口。可以更有效地減少熱空氣回流,使機房内上下溫度平均。

在德國慕尼黑大學的國家超級計算機HLRB-II資料中心裡,這種做法得到了升華,他們将回風道延伸到了熱通道兩端的上方。這種方法能夠使熱氣流被快速大量的抽走,但是這對風道的橫截面積和風速的計算都要求比較精确,防止熱空氣回流。并在冷熱通道的兩端添加了出風口,冷卻少量從熱通道兩側溢出的熱空氣,防止冷熱空氣混合,降低制冷效率。

如何提高PUE值 資料中心能耗詳解

能耗高強度的增長,使節能減排工作已經成為了基本國策,空調用電占據着機房總用電量的一半,是以也存在較大的節能潛力。對北方地區而言,一年中有四到六個月處于10~-30℃,如果能利用冬季室外的冷量來降低機房溫度,勢必将節約大量能源并減少維護的工作量。

增強裝置電力管理

1、乙二醇自然冷卻制冷

乙二醇自然冷卻系統就符合這一構想。其工作原理是:在室内機蒸發器上端增加一組經濟盤管,室外增加幹冷器專供乙二醇循環使用,乙二醇系統為全封閉系統,乙二醇溶液為30%-70%,并且不需要更換。乙二醇溶液循環由乙二醇溶液泵為動力來實作流動,在室内換熱器吸熱制冷,在室外換熱器放熱冷卻。這一系統利用的是乙二醇溶液随濃度的增加其冰點降低的原理,使用大自然提供的冷源實作制冷節能。

2、智能自控新風冷氣機

在秋季還可以利用智能自控新風冷氣機,減少空調的運作時間,節約空調用電的同時延長空調的使用壽命,減少空調的維護費用,進而減少客戶開支,提高能源使用率。

工作原理

如何提高PUE值 資料中心能耗詳解

安裝自控新風冷氣機裝置需根據實際機房面積,合理布置安裝位置,選擇合适的裝置數量,确定風量的大小,保證正常的降溫需要。還要根據機房情況要做降壓口。以增加空氣的流動,提高新風的效果。

由于主機吸入空氣溫度較低,直接送入機房可能會容易結露,為防止這種現象發生,故将送風口位置設在機房空調的出風口處,這樣室外低溫空氣與機房空調大風量送風混合,在地闆下形成靜壓,使進入機房的溫度潔淨度風速均在正常範圍之内。

利用自控新風冷氣機可以既保證室内的溫度和潔淨度,又能利用室内外的溫差,有效地降低室内的溫度,達到節能的目的。如果室外氣溫比較低可自行通過混風口進行混合風供給。

另外,需要在進風、排風管口加上防護網,節能新風冷氣,加空氣過濾網,起到保護、防塵作用。室外新風通過自控新風冷氣機經管道引到空調風機下方或上方。

增強裝置電力管理提高PUE效率

談到資料中心節能,PUE是一個重要的名額。它反映了資料中心供電有多少被真正用于伺服器計算。最好的結果是PUE為1,有多少供電全部都用于伺服器計算。但實際上,這是不可能的,為保證伺服器正常穩定工作,需要制冷,需要對伺服器進行散熱。此外,電源轉換、照明、監控安防等需要消耗電力。是以,對于資料中心管理而言,就是想方設法提高PUE的效率(值越小越好)。

如何提高PUE值 資料中心能耗詳解

PUE值可分解為制冷能效因子、供電能效因子和IT裝置能效,當IT裝置能效等于1的情況下,降低PUE值的最有效方法就是降低制冷能效因子和供電能效因子。

一、提高PUE效率之降低供電能效因子

這裡的供電能效因子包括ATS開關損耗、低壓配電系統損耗、供電電纜損耗和UPS系統損耗。統計資料表明出了UPS系統損耗外,其他損耗值大約為0.02,是以降低UPS系統損耗是關鍵。

另外,在資料中心裡,即使伺服器在空閑時也會消耗峰值的75%-80%,使用電源管理軟體适時關閉和開啟空閑伺服器可降低能源峰值的45%,但是應用在需要不間斷工作的系統中,很多人關注伺服器再啟動的響應時間問題。

目前資料中心供電系統節能的發展趨勢已經很明顯。一方面,取消高昂而耗能的隔離變壓器,自試點入戶變壓器後,所有供電裝置環節不再采用工頻隔離變壓器;另一方面,供電回路上,伺服器工作電源是能耗最高節點,效率僅為70%-75%。未開可能采用高壓直流技術(380V直流系統),大大減少供電系統損耗。

二、提高PUE效率之減少制冷能效因子

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