随着云计算大数据、物联网等新一代信息技术的快速发展,数据中心作为数据和业务的支撑平台受到越来越多的关注,数据中心绿色节能水平也受到政府和产业界的高度重视。

腾讯作为国内最大的互联网企业之一,在数据中心建设方面经历了从无到有,从租到建,从简到精的过程。腾讯2007年之前一直选择租用模式,数据中心采用的是传统架构。2007年,腾讯在深圳宝安建设了第一座自建数据中心,采用了自然冷等节能技术,属于第一代数据中心,PUE达到了1.65.2011年天津数据中心建成属于第二代数据中心,PUE约为1.43.青浦数据中心采用了微模块和高压直流的技术,则属于第三代数据中心,PUE约为1.35.腾讯的第四代数据中心T-block采用集装箱数据中心的模式,具备标准化、模块化,效率高,PUE低,快速地满足市场等特点,PUE从1.35降低到1.2以下。

什么是PUE?

PUE(电源使用效率,英文全称:Power Usage Effectiveness)是目前国际上主流的数据中心节能水平衡量指标,为数据中心消耗的所有能源与IT负载使用能源之比,其计算公式PUE = 数据中心总设备能耗/IT设备能耗,PUE是一个比值,越接近1表明该数据中心绿色化水平越好。

据中国IDC圈研究中心发现,目前国际主要数据中心市场,尤其是欧美市场,数据中心PUE普遍小于2,而我国数据中心的PUE普遍在2-3之间。但是随着政府对数据中心绿色节能的重视,近几年国内相继出台了多个数据中心绿色节能的指导意见和要求,目前国内新建数据中心PUE已普遍小于2,基本达到国际主流水平。

腾讯青浦数据中心

腾讯青浦数据中心位于上海青浦经济技术开发区,占地面积6.7万平米,建筑面积5.7万平米。园区由4栋数据中心楼、1栋配套业务楼、1座35KV变电站组成,1座三联供能源站,可容纳10万台服务器,整体建设水平达到T3至T4,是亚太地区最先进的云计算和云存储基础设施最先进的服务基地之一,也是腾讯探索数据中心绿色、高能、高效的实践基地。

腾讯青浦数据中心获5A级数据中心绿色认证

腾讯青浦数据中心获5A级数据中心绿色认证

腾讯青浦数据中心外景

腾讯青浦数据中心外景

参观青浦数据中心给记者最大的感受就是腾讯在数据中心绿色节能方面的大胆尝试和小心求证,虽然青浦数据中心在腾讯整个数据中心体系中不是最大和最先进的,但是在绿色节能技术的应用和实践上,在腾讯数据中心体系,甚至全国数据中心建设领域来说都是一个“标杆”。

据中国IDC圈了解,青浦数据中心整体采取微模块化建设,属于腾讯的第三代数据中心,具备工业化、标准化、产品化和快速部署的特点,年平均PUE低于1.3.在制冷上,采用机械制冷和自然冷却相结合,同层送风实现均衡制冷的技术,利用全系统优化控制技术实现制冷系统的超高效运行,局部年平均PUE低于1.2.另外,青浦数据中心是国内首个将三联供技术应用到数据中心的商业化项目,除此之外,数据中心还采用光伏供电、高水温数据中心、高压直流供电等节能技术。

TMDC腾讯模块化机柜

TMDC腾讯模块化机柜

开式冷却塔

开式冷却塔

下面就让我们走进腾讯青浦数据中心,揭秘那些数据中心节能黑科技:

青浦数据中心黑科技之三联供能源站

冷热电三联供是指以天然气为主要燃料带动相关设备进行发电,系统发电后排出的余热通过热回收设备向用户供热、供冷。

冷热电三联供系统

冷热电三联供系统

据青浦数据中心现场工程师介绍, 三联供是一个相对比较成熟的技术,在办公、工业园区等场景被广泛应用。腾讯结合数据中心对于电力、供热和供冷的需求,选择采用三联供技术,可谓是老技术在新领域有了新发展。

青浦数据中心冷热电三联供项目(CCHP),是腾讯在数据中心新能源领域的最新尝试。该项目以西气东送的天然气为燃料,燃气发电机运行产生的电力供应数据中心。同时该系统发电后排出的余热,通过回收设备收集,再由溴化锂制冷机将热转化为冷,供应数据中心使用。三联供系统通过能源的梯级利用,大大提高一次能源利用率。同时还可以提供并网电力,为电网提供能源互补,实现数据中心部分的错峰用电,还具有明显的经济收益及良好的社会效益。该项目是天然气能源和三联供系统在国内数据中心领域的一次规模化的应用。

据中国IDC圈了解,青浦数据中心冷热电三联供项目投入运营半年以来,供电量已占到整个数据中心供电量的39%,制冷量占到30%,减少碳排放量661.8顿。为了更佳的绿色节能的效果,青浦数据中心还采用错峰用电的模式,白天使用三联供产生的电,晚上使用市电。

青浦数据中心黑科技之TMDC模块化

数据中心的建设在过去是一个庞大、复杂的系统工程,动辄千万资金,耗时数年的大工程,而模块化的概念的出现,极大地改变了这一现象。

模块化数据中心是基于云计算的新一代数据中心部署形式,其采用模块化设计理念,最大程度的降低基础设施对机房环境的耦合。集成了供配电、制冷、机柜、气流遏制、综合布线、动环监控等子系统,提高数据中心的整体运营效率,实现快速部署、弹性扩展和绿色节能。

腾讯模块化数据中心

TMDC(Tencent Modual DataCenter)腾讯模块化数据中心

TMDC(Tencent Modual DataCenter)是腾讯模块化数据中心的缩写,是腾讯第三代数据中心的核心技术,由电池单元、高压直流整流单元、配电单元、精密空调、整机柜服务器、管控单元等组成。相比第二代架构,TMDC在通道封闭、高压直流、列间空调、简化的配电结构、气流组织优化等方面进行了改进。

青浦数据中心黑科技之光伏发电

光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。是一种应用非常广泛的新能源技术,在数据中心领域的应用已经非常成熟。

腾讯青浦数据中心光伏发电站

腾讯青浦数据中心光伏发电站

青浦数据中心每栋楼光伏发电面积为3000平米,位于数据中心的顶部,所有通过光伏产生的电力将被汇集起来并入数据中心的电力网中。

青浦数据中心黑科技之磁悬浮空调

磁悬浮空调的核心在于磁悬浮离心式压缩机。磁悬浮离心式压缩机最早的研究开始于1993年澳大利亚。墨尔本MULTISTACK(捷丰集团)R&D部门。历时10年的研究,于2003年世界第一台磁悬浮离心式压缩机正式面世。

磁悬浮空调冷机

磁悬浮空调冷机

磁悬浮空调通过高温高压冷媒从空调压机排出,进入冷凝器,向铜管冷却水释放热量,冷凝为中温高压冷媒液体,然后经过截流阀降压为低温低压液体进入蒸发器,在蒸发器壳体内从流经铜管的冷冻水中吸收热量,气化为低温低压气体后吸入压缩机,在压缩机内经过二次压缩为高温高压气体排出,通过这种循环,最终达到降温的目的。

青浦数据中心现场工程师表示,在开启磁悬浮空调之后,数据中心的PUE可以达到1.16。

青浦数据中心黑科技之高水温数据中心

青浦数据中心的高水温数据中心位于1号楼,高水温数据中心的进水温度为22度,回水温度为27度,送风温度为24度,制冷采用机柜内热通道关闭回风的模式,具备非常高的能源转换率。相比传统的全开放式或冷热通道隔离等制冷模式,节省了对空调系统的负荷,降低了能耗。

另外传统的数据中心的进水水温一般为7-9度,而高水温数据中心的进水水温是22度的,与全年大部分时间外界温度相当,所以减少了对空调,冷水机组等制冷设备的依赖,所以可以大幅度提升节能效率。

青浦数据中心黑科技之高压直流供电技术

电力成本一直是数据中心的最大的运营成本,高昂的电费已成为数据中心运营者沉重的负担,传统的UPS方案虽然供电方式相对成熟,但设备采购成本高,配电结构复杂,且UPS自身损耗达到10%以上。市场上急需一种便捷、节能、高效的供电方式,于是乎,市电直供技术开始在数据中心领域兴起,目前facebook、google、微软已经推出了各自的市电直供方案。

腾讯作为作为国内最大的互联网企业之一,在数据中心的供电技术上也进行了尝试,由腾讯牵头的基于240V高压直流技术衍生出来的市电+240V高压直流供电架构已经在腾讯数据中心使用。

市电+240V高压直流供电架构图

市电+240V高压直流供电架构图

腾讯认为对于目前大多数的双电源服务器,可以采用如上图所示的采用一路市电直供,另外一路来自240V高压直流的供电架构。服务器电源内部自动均流,市电和240V高压直流各承担一半负载。由于市电直供支路可以达到近100%的供电效率,而240V高压直流供电具有的节能休眠控制策略可使其效率可在全负载范围内达到94%-96%,这样均分负载情况下的综合供电效率高达97%-98%,比传统的UPS供电架构效率高出很多,在保证2N供电可靠基础上还实现了准市电直供技术的高效率。对于少量的单电源服务器,可以直接挂接在240V高压直流支路上。最后,如果能在服务器电源上做些主从设置,或者服务器具备支持休眠一个电源的功能,那么综合供电效率更是高达99%,实现数据中心供电系统的超高效率。

据腾讯初步估算,一个可容纳10万台服务器的大型数据中心,如果采用市电+240V高压直流供电技术每年可节省TCO达1500万元。

青浦数据中心黑科技之自动化运营从数据中心的生命周期来看,运营时间可能占据了整个数据中心90%以上的时间,对于运营者来说,如何保持数据中心的长久稳定和安全可靠才是最大的挑战,并且数据中心的运营并不是一成不变的,需要随着新业务、新应用、新技术的出现不断地进行优化调整。

以腾讯某数据中心园区为例,该园区内一共有636个摄像头,每天可以产生1万5千多小时的视频流,如果用最高质量存储下来,会占用9520G的存储空间。如果想全面的回看数据中心监控情况,显然逐个去看监控视频是不现实。对此,腾讯认为最好的解决办法就是引入自动化运营体系。

腾讯数据中心的自动化运营

技术首先对视频进行了过滤,过滤到一些纯静止以及合理的运动场景,比如风扇的转动、设备标签的摆动,照明频闪等没有意义的画面,最后剩下30%有意义的视频才是真正需要关注的。针对这30%的视频,又可以做详细的分析,比如人脸识别,从而判断出特定人的行为是否合法。

诸如此类的场景,腾讯数据中心通过对大量历史数据的分析,建立最优算法模型,帮助客户最大化的利用好自有资源。

据悉,腾讯的基础架构自动化体系划可分为三部分,服务器管理平台定位于腾讯所有服务器的管理,网络管控平台定位于整个网络的管理,nebula平台定位于数据中心的运营管理。

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