全球对数字信息和图像的需求正在迅速上升，这对现在的数据中心造成了极大压力。越来越多的数据中心管理者开始在有限的空间里使用刀片服务器和虚拟化技术，随之而来的是对电力和冷却需求的显著提高。因此，大多数数据中心经理们发现自己在不断地为提升冷却能力投入成本，以满足现有数据中心的制冷需求。
　　
　　然而，有一个可以缓解这种状况的方案就是，IT经理们可提高新购的和现有设施的效率而不是一味增加新设备，以节省目前浪费掉的能源和制冷量。
　　
　　本文探讨当今数据中心能源和制冷危机的潜在根源，并概述了企业可以采取的五项应对措施。
　　
　　一、电力和冷却危机的起因
　　
　　诸多的因素导致了电力和制冷量的短缺，这也是目前大多数数据中心面临的难题。然而，造成这种局面最主要的原因就是当今的企业和消费者对数字信息的需求无限制的攀升。例如：
　　
　　据来自美国加州大学的全球信息产业研究所的报告显示，一个美国家庭每天没人需要34G的流量。
　　
　　据IDC预测，2012年全球的数据存储量将达到2009年的2倍。另外有数据显示，2009年全球移动互联网的用户为4.5亿，这个数据到2013年将超过10亿。
　　
　　毫无疑问，每个行业对计算、存储和网络资源的需求都在疯狂增长。
　　
　　1、IT技术
　　
　　事实上，面对持续增长的需求，企业已经开始行动，如兴建新的数据中心或者扩容现有的数据中心。然而，如此以来，数据中心将投入数百万美元的成本，并且需要两年甚至更多的时间才能完成，时间成本也很昂贵。
　　
　　因此，许多公司利用虚拟化和刀片服务器使现有的设施拥有更多的计算能力。虚拟化可以让一台物理服务器支持多个“虚拟机”，并且每个虚拟机都可以运行自己的操作系统和应用程序。这就可以对未被充分利用的服务器进行整合而得到功能更强大的主机设备，同时节省了数据中心的空间，减低硬件采购及维护成本。
　　
　　然而，这也很大程度上提高了数据中心的密度，虚拟化和刀片服务器的出现让每个机架的容量从5千瓦涨到了15千瓦，甚至20千瓦以上。正因为如此，这两种最有效的提高数据中心效率的技术手段，却让其面临更多的供电和制冷能耗。
　　
　　2、其他方面的因素
　　
　　当然，IT技术的进步并不是让电力和冷却陷入短缺的唯一因素，其他一些动态因素包括：
　　
　　过时的供电系统设备：在上世纪90年代，不间断电源的平均效率在85%和90%之间。时至今日，技术的发展已经把UPS的效率提高到了90%至94%，更有甚者达到了99%。然而，由于IT预算紧张，许多数据中心选择了继续使用老化的设备，而不是更新换代。
　　
　　（1）部门间缺乏沟通：在大多数公司，数据中心由IT部门运作，而有设施部门支付电费。因此，IT经理往往更加重视IT设备的运行性能，而忽略了能源效率。
　　
　　（2）短期供应链决策：大多数企业的数据中心建设都是外包给工程商的，承包商根据预算按时完成工作，该供应链的参与者包括工程师、承包商和项目经理，他们对数据中心设备的选择往往从价格和可用性等方面做短期考量，而忽略的效率，最终导致数据中心白白浪费了不必要的能耗。
　　
　　（3）指标不足：目前，大多数数据中心只能对数据中心进行猜测，很少有公司使用能源使用计量设备搜集原始数据，建议数据中心管理者利用科技手段对能源消耗进行精确计算。
　　
　　只有通过精确测量确定数据中心的能源的能效标准，制定需要实现的效率目标，才能帮助企业逐步走出巨大的能耗开支的困境。当前，测量数据中心的能耗指标有两种方法：Power Usage Effectiveness(电源使用效率，PUE)和Data Center Infrastructure Efficiency(数据中心基础架构效率，DCIE)。这两种方法都考虑了数据中心里供电、散热系统和IT设备所各自消耗的能量，得到了The Green Grid(绿色网格)组织的支持。这个组织是去年为了专门开发数据中心能效及生产力测量体系而组建的。The Green Grid 定义了这两种测量方法的具体计算方式：
　　
　　1. PUE = 数据中心总设备能耗/IT设备能耗，PUE是一个比率，基准是2，越接近1表明能效水平越好。
　　
　　2. DCiE = IT设备能耗/数据中心总设备能耗x 100，DCiE是一个百分比值，数值越大越好。
　　
　　根据The Green Grid，测量数据中心中IT设备电耗的最有效的方法是测量机房PDU( power distribution units)的输出电量，这个方法应该代表了数据中心里向服务器机柜输送的总电力。
　　
　　例如：一个电力消耗为1000千瓦的数据中心，其中400千瓦是用于IT设备，那么：
　　
　　PUE = 1000 ÷ 400 = 2.5
　　
　　DCiE = 1/PUE x 100%=40%

图1 来自绿色网络的数据中心能耗指标测量

　　可见，PUE和DCiE提供的数字可以用来衡量数据中心的能源使用情况。

　　二、解决电源和冷却能耗的成本效益
　　
　　1、 建立业务目标
　　
　　公司在决定投入更多的电力和冷却成本之前，通常会问为什么？一般来说，当存储和网络需求增加时，随之增加的就是电力和冷却方面的能耗。这时管理者就需要对数据中心的计算能力进行检查，未充分利用的服务器、重复的数据以及一些用不着的应用程序，这些都可能增加电力和冷却的负担。此外，还要对数据中心有长期的规划，需要考虑是否可以将其整合或者外包，以应对能电力及制冷量的短缺。
　　
　　2、 执行电源和冷却能耗的计量
　　
　　建立PUE和DCiE基线并跟踪其数值的进展情况是驱动数据中心提高效率的措施之一，最好的办法是请一位电力系统认证工程师对你的数据中心的电源效率进行全面测量，评估其电力系统的性能，以保证电气安全。
　　
　　3、 确定测量和计量策略
　　
　　除了计算您的数据中心能耗，你还需要通过安装软件对电源效率进行监测和计量，该系统可以收集整个企业的用电数据。并且能够在供电系统出现问题或者设备温度超过工作范围时及时提醒管理员，可以在目前电源效率的基础上预测出未来扩容项目对能源的需求。
　　
　　4、 更新UPS设备
　　
　　如前文所述，一台10年前购置的UPS，其电源效率只有85%或者更低，并且只有40%被利用到服务器中。这就意味着数据中心如何使用过时的UPS设备，那么每1000千瓦能耗中有150千瓦是白白浪费掉的。更糟糕的是，还需要几乎相等的制冷量去冷却这部分浪费掉的能耗所散发的热量。新一代UPS使用多项节能技术改变了这种状况，在不影响可靠性的情况下将效率提高到了99%，如果用此设备更换陈旧的UPS，那么就可以抓住那些被浪费掉的电力，从而用来为您的IT基础设施供电。
　　
　　5、 实施高效的被动冷却系统
　　
　　目前，大多数数据中心仍通过在服务器层的周边安置机房空调（CRAC）设备来散热。然而，英特尔和其他数据中心专家发现，例如混合的冷、热空气及炙烤位置的不清洁空气这种情况，再加上数据中心内管理不善的气流组织，往往导致浪费高达60%的制冷量。

　　上图表示了一个的5千瓦容量的服务器机架，其制冷量利用率为6%，这种传统的解决方案正逐渐被每机架25千瓦级的刀片服务器解决方案所代替。当降低服务器一个数量级的机架总容量时，该解决方案可提供更多的计算能力。然而，虽然它能节省地面空间，但后两排已安装了数据中心的电源和制冷设备。

图3 数据中心制冷系统布局

　　解决高密度数据中心这种局部热点，液体冷却是一种提案，但是液体冷却费用较高并带有风险，被动散热解决方案的提出大大降低了成本和风险。被动冷却系统无论是利用烟囱或者其他封闭技术，都可以高效地解决数据中心的散热问题，即便功率密度为25千瓦。并且它可以灵活地应用于吊顶或者回风系统，让IT机架功率保持在电源和冷却系统能够接受的范围内。

图4 带烟囱的IT机柜

　　小结
　　
　　盲目地预测未来不是明智之举，但数据中心经理可以肯定的一点是，数据处理、存储和互联网的需求将继续攀升，这就意味着数据中心将面临电力和制冷量不足的局面，企业通常会考虑扩建数据中心以应对这种短缺，但是通过提高现有数据中心的能源效率，企业或许可以减少对心数据中心的需求。如果无法避免新数据中心的建设，那么无论是自建或是外包，都应该考虑高能源效率方案带来的长期可持续性的回报。