计算机处理中心运转概况

　　当Heinz-Gerd Hegering教授准备预定一套新的超级计算机时，他首先知会了当地的电力公司。位于巴伐利亚郊区的电力线必须能承受因此增加的负荷。该教授说，这足够让那些电力公司的工程师们忙碌一阵子了。

Hegering教授准备在2011年安装的新超级计算机可不是“省油的灯”。实际上，它能耗惊人。它从电网中吸收的电量相当于一辆满载400吨的高速列车从零加速到300公里/时所消耗的能量。

　　Hegering教授负责管理为慕尼黑各个大学而建的莱布尼茨计算中心，它位于慕尼黑的附近小镇Garching上。这个计算中心已经是世界最大超级计算机大家庭中的一员。这个超级计算机被安装在一个闪闪发亮的十层楼高大立方体中，研究人员在这台超级计算机上模拟银河系的诞生或者地震波的扩散等，如此大量的运算产生了较多的热量。

　　跟树干一般粗的金属厚管从天花板悬挂下来，不停吸走从计算机群中排出的热量。如果没有那些长管将热量吸走，在里边工作的教授们可能会被烤焦。另外，气泵也不停地从地下传来凉风。来这里参观的访客们，头发随凉风飘逸，听着耳边空调的轰鸣声，真实的感觉到这是有大量的数据运算转化成的现实的热量。该中心每月的电费就要花上18.5万美金。

　　在这个立方体状的建筑里，很多层上都布满了电源机组和冷却装置，以确保计算机群能正常运行。这些机器中，声响最大的是那些沉重的飞轮装置，这些家伙在不停的转动中发出很响的呜呜声。如果出现电力故障或停电，这些家伙们会更飞快地运转，由它们产生的电量供给到电网中去。通过这种方式，可以在电源出现故障的头几秒内为计算机群提供足够电量，以保护这些计算机群，直到备份能源或者柴油发电机开始工作。

　　2011年所需处理器将增十倍

　　现在，计算设备不断变小，但围绕在计算设备周围的辅助设备却要不停地增加。刚刚才建成不到两年的莱布尼兹计算中心已经变得不够大了。2011年安装的超级计算机将拥有十万个处理器，而现在只有9728个。虽然这些处理器所占的空间一样大，但是电力和冷却需求，也就是说供电和吸走热量的需求，却要大大提高以致于整个计算中心将不得不扩建。现在这个立方体状的建筑将被改造成一个拉长了的长方形。整个建筑面积将扩大一半，而电力需求将由原来的2兆瓦上升到接近8兆瓦。

　　“在过去，运营成本并不算太重要。”Hegering教授说，“但今天，它却是个关键的因素。”

　　这种变化并不仅仅局限于超级计算机。事实上，由于普通个人电脑的数量快速增长，能耗问题显得更为突出。尤其是，由个人电脑组成的互联网所消耗的能源占全球能源比例在越来越高。在网络运营商的计算中心里，被用作服务器的个人电脑往往有数千台。根据市场调研公司IDC的调查数据显示，在2000年和 2005年间，全球网络计算机消耗的能源翻了一倍。

　　电力成本将占服务器成本70%

　　被业界笑称为“热鼓风机”的个人电脑，很难以节能方式进行管理，一部分是因为让计算中心中的成千上万台电脑使用的频率都在同一水平几乎是不可能的，实际上，它们中的大部分都是闲置的。

　　数十年来，几乎没人在乎服务器能耗。在这个疯狂的互联网热潮中，各家公司都不断地增加新的电脑。当因为增加过多的电脑而让机房过热的时候，他们就简单地以添加额外的空调冷却机来解决问题。但是现在电价已经狂飙了不少，能耗问题也猛然间尖锐地显现出来。IDC的专家Thomas Meyer说，“如今在电能的花费占到每台服务器成本的50%，到2009年这个数字将更高，达70%”。

　　互联网巨头行为：Google在发电站附近建计算机中心

　　当下，搜索引擎巨头Google正在俄勒冈州的达拉斯大坝附近修建最新的计算机中心。这绝非偶然，达拉斯大坝有一个很大的水力发电站，直接从水电厂买电的花费只相当于Google在加利福尼亚州花费的五分之一。此外，为了冷却数以万计电脑发出的热量，Google专门设计了8座几层楼高的水冷却塔，而这些冷却水可以直接从哥伦比亚河中获取。

　　在Google中，用户只要输入一个关键字，再键入回车就可以得到他想要的结果，用户对这种现象已经习以为常。最近，有人对一个简单的 Google搜索所消耗的能源做了计算，据初步数据，一个Google搜索所消耗的电能可以足够一个11瓦的节能灯亮15分钟到一个小时。

　　只要Google不公布这个具体数字，这样的计算可以说仍然是个猜谜游戏。但是有一件事情是肯定的：2006年，根据德国环境部委托的一项研究表明，德国境内大约有五万个计算机中心所消耗的电能相当于一个核电厂在同一时间里发的电。

　　计算机排放的二氧化碳等于飞机排放量

　　对能源的消耗直接影响着气候。信息技术市场研究公司Gartner的经济学家估计，计算机技术（包括电话，移动无线网络和打印机）所排放的二氧化碳占全球二氧化碳排放量的2%——也就是说，和空中交通所排放的二氧化碳一样多。

　　这些数字表明，数据世界的纯粹、虚无不过是一个美丽的幻想而已。实际上，当谈到电力消耗的时候，数据处理世界就是建立在由各个数据处理工厂组成的现实世界之上，而这些数据处理工厂不得不让人想起工业化初期的各种工厂。用电子来进行计算，是和熔化钢水、压滚钢板那样实实在在。不管是电子计算还是熔化钢水，在初期阶段，没人会去关心那些资源消耗的问题。

　　服务器需求日增

　　在德国西南部城市卡尔斯鲁厄，网页寄存公司1&1 Internet运营着它的三个计算机中心的其中一个。它的办公楼看起来像一座仓库，以致于很难有人相信这就是维护信息社会运行的大动脉之一。这个计算机中心是整个卡尔斯鲁厄的十大耗电大户之一。

　　1&1公司向它的用户出售存储空间来用作他们自己的主页和快速链接。1&1公司提供的服务价钱还算相当低廉。由于该公司一开始就准备降低成本，它使用自己开发的一个软件，让数百计的主页存在同一个网络计算机上。然而，1&1公司卡尔斯鲁厄工厂里有3万台计算机是专门为一些个人用户，比如小企业提供专门的服务，只要他们为此多付一些额外的费用。这些私人服务器一般只用了仅仅不到10%的容量，而一些则几乎都是闲置的。即使这样，1&1公司消耗的电量是其他整天都在运行的电脑的一半。

　　一些客户出于安全方面的考虑，需要单独的、专用的PC。但是其他一些用户可能只是对拥有这种特权感兴趣，他们希望能随时访问那些数据，就像在数据世界里始终为他们保留一个度假小屋一样。他们一点都不在乎每月106美元的花费，所以这种服务的需求量还在不断增长。

　　服务器散热处理 拯救的不仅仅是环境

　　另一方面，大公司则对成本压力更敏感一些。许多大公司已经开始把分散在各地的计算机集中在某几个地方，这样就可以提高设备利用率。举个例子，花旗集团正在法兰克福建立一个巨型计算机中心来支持欧洲和非洲的业务。这个举措还得到了保护气候的美誉。不久以后，有了这个中心，花旗集团就可以关闭在各地的许多小数据处理中心了。

　　IBM曾经在全球各地有160个计算机中心，自从它决定进行集中化管理后，现在，IBM只剩下7个数据处理中心，并且它想基于不断成长的能源理念来发展一个新的产业。该公司已经发布“大绿色”（Big Green）倡议，计划每年投入10亿美元来发展“绿色”的、环保的计算机技术”。

　　IBM专注于大型计算机的开发。特殊的技术能让那些计算机像个人电脑一样被使用，因此，他们可以凭借共用器件来节约成本。因为这些虚拟的个人电脑能够按照他们的需要从大型计算机中分给他们部分运算能力。这个技术就是被业界所谓的“虚拟化”技术，能让硬件的使用效率更高。“我们在提供相同运算能力的情况下节约了80%的能源”，IBM的专家Thomas Tauer说。

　　现在，IBM梦想通过大型计算机技术来主宰其曾经主宰过的计算机世界。讽刺的是，随着很便宜的个人电脑的大量普及，这个梦想似乎没法实现。除了各大银行和保险公司以外，几乎没有人需要这种笨重且昂贵的巨型计算机。但是，巨型计算机这个曾经的恐龙又复活了，IBM报告说这种需求正在不断增长。

　　然而，很多公司没必要拥有自己的大型计算机。对于巨型计算机这样的庞然大物，它是靠出租自己的计算能力而不是靠出售自己来盈利。“不是每一个小公司或者中型的公司都需要自己的计算机中心，至少有一些工作是可以外包的”，IBM的专家Heinz-Hubert Weusthof说。

　　如今，像IBM和HP这样的公司已经通过高速数据链接提供中央主机服务。这种服务可能是为汽车供应商提供薪资核算或者给连锁零售商提供货存管理。对用户来说，就像是通过插座来进行这些电子数据处理。

　　这种类型的集中化已经进行了一段时间，现在正被追捧为环保的措施。举例来说，IBM公司计划未来数年内在不增加能源消耗的前提下将他们的计算机中心的性能提高一倍。

　　合理利用散热来供热

　　一个最重要的节能因素就是如何进行热量散发。到目前为止，业界的通常做法是将整个计算机中心降温成像冰箱一样。然而现在，引人注目的更智能化的解决方案是直接对着发热的处理器吹冷风，然后将热风在和冷风混合前吸走。

　　当然，这个不能改变这样一个事实：就是越来越多的余热在未被处理前就排入了大气。计算机运行中消耗的每一瓦都转变成了热量。为什么不能用这些热量来用做大楼的供热源呢？为什么一个在地下室里有一个很大的计算机中心的公司不能取消其供暖系统呢？

　　大多数情况下，出于安全考虑而不能使用上述的情况。比如银行和保险公司，往往依靠多重保护来防止故障发生。它们往往采用两条独立的线路来作为各自的变电站。此外，计算机中心必须建立在独立的建筑物中，这样诸如水灾、地震或者火灾等突发事件不能破坏那些重要的、敏感的工作的运行。基于这个原因，大部分的数据处理中心都设在工业区或者乡下。

　　在Garching 中心，Hegering教授并不拘泥于这种严格的限制。尽管他的超级计算机有一个令人印象深刻的名字：“联邦最高性能计算机”（也就是说所有的德国大学都与这台超级计算机有接入），偶尔停电对于在学术中的计算来说就没那样严重。“如果停电了，我们就从我们被打断的地方继续”，Hegering教授说道。

　　这使莱布尼兹计算机中心能够对从计算机处理器中散发出的热气进行处理，通过水管将这些热量带到临近的办公大楼去。冬天，这个超级计算机能够为 140名员工供暖。集团经理Herbert Huber对办公室的温度和舒适度都非常满意。“我们就像装了一个传统的供热系统，但实际上，这仅仅是一个辅助的功能。而之前我几乎从没用过它”， Huber说。