全球数据中心建设的步伐正随着边缘计算、物联网、5G等新兴技术的创新应用到来而加速,大型、超大型数据中心逐渐成为数据中心建设的趋势。

据科智咨询(中国IDC圈)发布的《2018-2019年中国IDC产业发展研究报告》显示,2018年,中国IDC业务市场总规模达1228亿元,同比增长29.8%,较2017年增长超过280亿元。预计到2021年,中国IDC业务市场规模将超过2700亿元,年增速维持在30%左右。

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伴随着数据中心的速度和规模不断增加,高能耗的现象让大多数城市都吃不消,为控制不断投建的数据中心能耗,近年来,国家和地方相关部门发布了众多政策文件。

2018年9月,北京市政府公布的《北京市新增产业的禁止和限制目录》(2018年版)要求,全市层面禁止新建和扩建互联网数据服务、信息处理和存储支持服务中的数据中心(PUE值在1.4以下的云计算数据中心除外),中心城区全面禁止新建和扩建数据中心。

今年2月,工业和信息化部、国家机关事务管理局、国家能源局三部门联合发布《关于加强绿色数据中心建设的指导意见》,提出加快高耗能设备淘汰,建立健全绿色数据中心标准评价体系和能源资源监管体系,明确到2022年,数据中心平均能耗基本达到国际先进水平,新建大型、超大型数据中心的PUE(电能使用效率值,越低代表越节能)达到1.4以下。 

4月,深圳印发了《深圳市发展和改革委员会关于数据中心节能审查有关事项的通知》。深圳市更侧重于改造现有数据中心,对不同PUE阶段的数据中心,给予不同的政策支持,例如对PUE值为1.3-1.35(含1.3)的数据中心,新增能源消费可给予实际替代量20%及以下的支持…

6月,上海市经信委印发了《上海市互联网数据中心建设导则(2019)》,提出“严禁上海市中环以内区域新建IDC(数据中心)”“单项目规模应控制在3000至5000个机架,平均机架设计功率不低于6kW,机架设计总功率不小于18000kW”“PUE值严格控制不超过1.3”等标准。

2019年北深沪等一级城市连续出台关于绿色数据中心建设设计的指导意见,积极使用节能技术和手段,但是数据中心的高增长率使得现有技术应对能耗快速增长还远远不够,那么未来绿色数据中心技术的道路将如何发展?建设绿色节能数据中心的路径有哪些?

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从数据中心能耗分配、整体设备运行等方面入手找到通往“绿色”数据中心的道路。建设绿色节能数据中心的路径有哪些?

降低能耗

经数据统计分布式计算环境的运算情况,发现其运算性能的八成以上存在不运作的情况。处于空闲状态的八成运算性能潜力巨大,善加利用可节约维护预算,用于进一步开发。为了将这些潜力开发出来,高效的能源管理必不可少,而作为其基础与关键点,必须科学合理地根据负载制定容量规划。当然,也需要足够的空间保持服务性能。

使用可代替能源

在节能的同时,寻求可替代能源也是发展绿色数据中心的一个有效方法。由于数据中心的运行离不开全天候的电力做后盾,此外,还需要后备电源,以备不时之需。现在,国外很多数据中心通过采用燃料电池,可再生能源(如风能、太阳能灯)作为数据中心的电力来源。近日,Pegasus Group Holdings宣布,选定美国亚利桑那州莫哈县(Mohave County),投资30亿美元、建设一个占地717英亩、电力容量340兆瓦的太阳能数据中心项目。

天时地利,充分利用自身地理优势

自身优越的地理优势在绿色数据中心的建设和发展过程中同样扮演这重要的角色。例如,挪威水电规模巨大,很多龙头企业针对这一特点,将数据中心建在了挪威;谷歌公司就是因为芬兰Hamina的海水冷却服务器,最终将数据中心设置于这里。如果说使用冷水替代常规的冷却机组具有地域局限性的话,那么室外冷空气则相对更加方便。国外的Facebook、Yahoo等公司已经开始采用冷空气替代常规的冷却机组,减少了传统数据中心在空调方面的巨大投资。 

新一代绿色数据中心需要新型绿色节能技术的支持,那么如今绿色数据中心的建设需要通过怎样的技术来实现呢?

虚拟化技术应用

服务器功耗在整体设备运行功耗中占较大比重,一般可达50%。此外,现有服务器具有共享性不高的缺点,这就造成了对设备需求量虚高;多台服务器为满足数据处理要求,协同工作,往往需要更多软件、设施进行串联管控,这种方式有助于把分散、利用率低的服务器主机进行整合以得到有效利用,提高管理效率进而减少电力消耗;另一方面减少了数据中心所需服务器的数量,从而简化物理配置、简化其管理维护,减少整个数据中心的占地、耗电、制冷和人力等运营成本。

重复数据删除技术的应用

目前,由于数据中心存储方面存在数据重复冗余造成的处理器寻址慢,利用率低等现象,重复数据删除技术应运而生,其对缓解此类问题有极大帮助。进行重复数据删除技术有两种方式,对于经逐字节比对后确定副本数据完全吻合可以指针指示后直接删除,或者在后端存储设备上进行备份后再删除。经过分析后,对于不经常使用的数据也可以转在转速低的存储模块上,以保证经常使用的数据能够进行快速高效读取,提高运算设备运算效率。此技术可有效缩减数据空间、减少数据源或系统本身的冗余、减少存储孤岛,达到提高存储利用率的目的,进而减低能源消耗,有助于绿色数据中心的实现。

高压直流供电技术

数据中心交流电和直流电的转换造成电力消耗,转换为热量散失,既浪费电能,又增加制冷设备负担。采用高压直流供电技术可以增加负载的可靠性、实现智能化管理、高效节能、合理规划机房为设备的工作创造良好的外在环境条件,减缓设备老化、增加设备使用寿命。

制冷节能技术

大型数据中心需要进行制冷的设备多、占地面积大,因此绿色数据中心可采用水冷配合自然冷却技术并选用科学送风方式、智能温度控制系统以降低能耗。

自然冷却技术是空调设计中经常采用的一种效果显著的节能手段,主要适用于冬季仍需制冷的场合。数据中心需要全年制冷,可以尽可能地利用自然冷却技术减少压缩机的开启时间,达到节能的目的。机房科学布局,机柜正确摆放,冷热通道隔离,配合最佳气流送风组织,为空调科学调节温度湿度提供基础与便利;机房内空调进行联机智能温控,合理安排送风风道、风速、风量,达成空间内一致温度湿度的改变,保持最高效的空调利用率。

变频技术

服务器能耗大体上依据工作量的多少进行规律性起伏。故而,数据中心设备发热量也会进行周期性的增减。将变频技术引入冷水机组,通过在压缩机、风机、水泵、冷却塔等发动机驱动的组件上安装变频驱动器,使得电动机的速度能够根据负载需求进行调节,优化运行进而节约能源。

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