IT技术对机房新要求
及绿色数据中心建设新理念
摘要:所谓绿色数据中心(Green Data Center)是指数据中心中的IT系统,机械,照明和电气等能取得最大化的能源效率和最小化的环境影响.而构建绿色数据中心就是要让数据中心中的IT系统,机械,照明和电气等取得最大化的能源效率和最小化的环境影响.除了虚拟化,在绿色数据中心改造当中,场地优化,智能冷却和电源改造等优化改造服务对"绿色数据中心"也格外重要.场地优化是通过对数据中心物理环境进行优化,从而改善数据中心因局部温度不均匀而出现宕机的可能性.智能冷却则是对数据中心冷却系统进行优化,实现温度,风量,压力等的动态控制调整,降低IT设备的制冷能耗.而电源改造是通过对数据中心内IT设备的供电系统进行改造,实现电源优化及UPS系统优化,并提高电源系统的可靠性和可扩展性.在实现绿化的同时,数据中心也变得更灵活,更高效,更强大.
关键字:绿色 节能 数据中心
正文
随着计算机事业的发展和计算机技术的广泛应用,确保计算机设备正常运行的问题,越来越多的被人们所重视.计算机设备不同于其他的机器设备,不同的计算机系统对运行环境有不同的要求.机房环境除必须满足计算机设备对温度,湿度和空气洁净度,供电电源的质量,接地地线,电磁场和振动等技术要求外,还必须满足机房中工作人员对照明,空气的新鲜度和流动速度,噪音的要求.
景德镇电力信息主机房,作为下一代数据中心的建设目标,将通过资源整合,把分散的多个机房整合到中央的数据中心,然后重点在网络,冗余,计算,存储和管理等几个方面加强中央数据中心的能力.在这种整合趋势的带动下,数据和应用将越来越多地通过广域网传递给远程用户;并且通过Web,客户机-服务器协议或瘦客户机来提供集中化的应用将成为一种标准.通过IT资源的有效整合,景德镇电力数据中心将更加便于管理,更新;以自动化,虚拟化技术和安全及能源管理,提高IT服务质量.在自动化的,7×24全天候无人值守的下一代数据中心,通过信息安全,网络安全等管理,可有效防御安全隐患.
随着景德镇电力数据中心的逐步建立,能源消耗等成本骤增并已经成为影响企业发展的重要因素之一.如何有效地降低企业数据中心能源消耗,建造绿色数据中心成为我们关注的焦点.
节能,关联因素较多,既牵扯到机房主设备软硬件,建筑安装,机房布局,空调设备,送风形式,节能设备和技术的采用等多个技术问题,也牵扯到管理层面,换句话说,这是一个系统工程.
数据中心建设将从早期的功能服务转向智能服务以及节能服务,低能耗,环保型的"绿色数据中心.那么,数据中心的能耗主要表现在哪里呢 调查显示,最大的损耗并不是来自于芯片内部,而是来自交流电与直流电之间的转换,交流电转化为直流电的效率一般为60%～65%,这以外的能耗显然就直接变成热量散出去了.对于数据中心来说,这些"多余"的热量又带来另一大问题,那就是散热.在对大型用户的了解中发现,用户数据中心总拥有成本的四分之一花在了冷却方面.人们"一不小心"制造出来的热能,不但本身是一种浪费,还需要花费精力和财力把它们"散"出去.特别是刀片服务器,其在计算密度大幅增高的同时,也要解决更棘手的散热问题.如何解决交流-直流转换过程中热损耗的问题才是降低能耗的重中之重.
从这张图我们可以看出,电能在整个数据中心的流向以及损耗.输入的电能在经过"机房物理层"时,被损耗的能源高达50%左右,然后是"硬件设备"处40%的消耗和芯片.由此可见,从关键电源及制冷设备入手,提高物理层的效率,才是建立"绿色数据中心"的"治本"之道.
现在,我从"机房选址","绝热处理","设备选型","高效稳定的UPS"," 运行维护"等几个方面谈谈如何建设"绿色数据中心".
机房选址
首先涉及的是数据中心机房的基础建设,限制有害建筑材料的使用,以及机房设计要隔热,保温,防辐射和静音等;其次就是服务器本身要限制有害材料的使用,降低功耗,减少占地面积等.机房选址时最好在建筑体的二三层,不宜设在建筑物的顶层和底层.机房设在二三层有下列优点:
1) 站址较低有利于设备就位,不会因设备的垂直位移过大而担忧.
2) 有些笨重,体积较大或噪声大的设备,可以安装在一层或地下室.
3) 电缆铺设距离小.
4) 有利于维持机房的温湿度.
5) 有利于防尘,防晒,防振动和其它干扰.
6) 布局方便.
机房绝热处理
整个机房设计在密闭空间内,不设窗户,避免外界温度与室温进行热交换.在机房底层设立保温层,布置保温棉,机房之间也有隔断,机房的吊顶也比较低,种种的设置能让空气在吊顶上面进行气流交换,更好地节省空调能源,让空调在合理的空间内更好地应用.
设备选型
最重要的就是要提高IT设备(服务器,存储和网络设备等)的电能利用率,尽量降低电能的热损耗,并在提高计算密度的同时,通过新的散热技术和数据中心的整体设计来解决散热问题.第一,简化数据中心物理配置(服务器,存储和网络设备等)的复杂性,并以此来减少占地空间; 第二,采用多核的x86芯片技术来提高数据中心的处理能力.采用多核的X86芯片架构的服务器能够提高效能,而系统的复杂性却随着服务器数量的减少简化了; 第三,用虚拟化和集约化技术提高服务器的利用效率.用虚拟化技术把多台刀片服务器集约化,成为一个虚拟化服务器平台,可以提高服务器的利用效率;第四,采用导入式的制冷方式,解决刀片架构的散热问题.对刀片服务器进行了集约化的管理,并对架构进行了优化设计后,可以把外面的冷流,冷气直接送入到机柜里面,(生成的冷空气不一定是唯一冷却来源.我们可以同时借助大自然,我们使用室外空气作为自由冷却,可在大楼一侧安装了调节风门,可自动调节从室外进入的空气.如果室外气温低于设定的温度点,调节风门会开启,室外空气经过滤后进入冷却系统.反过来,如果室外空气高于设定的温度点,调节风门会关闭,冷却装置则开始工作)这样不仅提高了刀片服务器的散热效率,而且也降低了对空调的要求和风机的噪音.如果按一台服务器功率500～600瓦计算,一天就会消耗15度电,景德镇电力信息机房拥有40多台服务器,这些"吃电"的服务器每年要消耗多少电能就可想而知了.
在设备选型过程中应试避免过度规划,传统的数据中心设计的一个突出问题是没有采用"边成长边投资"的建设模式,建设力求一步到位,这样不仅导致采购UPS和空调等设备时投资过高,还提高了后期能源消耗和服务成本.对此,我认为,节能问题是需要首先考虑的,在数据中心的设计时,通常都会对功率输出有一定限定.如果设定值过低,就会限制数据中心在未来需要时部署更多的应用或者设备,而设定值过高,又会导致前期基建投入过大,最后形成事实上的浪费,应该根据未来的需求设计几个阶段,分阶段采购所需的机房设施.只有"边成长边投资"的建设模式可以解决这一难题.
高效,稳定的UPS
凡是由于网络供电电源的原因而造成的过载(设备乃至整个网络控制系统)发生程序错误,数据丢失,设备故障甚至损坏的,都应该归结为电源故障.这些故障包括:电网电压过压,欠压,瞬间跌落,失压,故障停电;由于用电环境和传输系统造成的各种干扰;由于自然环境(主要是雷电等)造成的干扰和设备的损坏等.
可以这样认为,只是保证不停电供电这一功能,仅仅是解决了所有电源故障的百分之几.为了全面解决电源故障问题,现在的电源供电,已经不是一台电网停电后可以继续向负载供电的整机产品,而是应该成为一个小型的,或者说局部的高可靠性,性能齐全,高度智能化的供电中心.一个设计良好的供电系统能给负载提供优质,稳定的电源.然而在实际应用中,许多问题往往是供电系统本身引起的.
UPS电源可以向负载提供稳压精度高,稳频,波形失真度小的高质量电源,并且在与静态旁路切换时可以做到供电无间断.我们要求为信息主机房内所有的服务器机柜,交换机机柜提供集中供电系统.电源分配方式要求实现每个设备机柜均由2个电源柜交叉供电,即从每个电源配电柜分别引1路电源输出至各个设备机柜,在每个设备机柜底部设置2个电源接线盒,两个电源盒分别与来至2个配电柜的电源相连.
传统的节能方案更多关注UPS的可靠性,但随着"数据中心消耗着大量电能"这个事实影响越来越大,UPS的效率也成为了重要的决策因素.采用先进的UPS系统:在线双转换完全模块式UPS系统,它具有并联冗余的特性, 可以完全取代传统的1+1并机系统.而且是一个"绿色电源"方案,具有高输入功因(PF=1),低谐波失真(THDI=5%),高效率(AC~ACeff 达95%)以及高稳定性和可靠性的优点,配合功能强大的监控软件及全面的通讯介面,适合精密设备及机构. 新型UPS系统主要由系统控制器模块,静态开关模块以及1到10个10KVA的UPS功率模块所架构而成,各模块均是智能型可独立运作,就算系统控制器发生故障,UPS系统也可以维持正常输出而不会出现死机的情况,且静态开关也可保持正常功能不会出现误动作.各功率模块,可随意热插拔更换, 根据景德镇电力信息机房的需求来调整系统容量, 进行配置或维护,架构成1+1,N+1,N+2等冗余性能.它既有效的提升了系统的稳定性和可靠性,又方便了系统升级,同时降低了扩容成本.
运行维护
数据中心建立之后,在做好运行维护管理的同时,机房内的危机管理显得尤为重要.什么是机房内的危机管理 罗伯特 希斯(Robert L. Heath)的《危机管理》(Crisis Management for Managers and Executives):管理者考虑如何减少危机情境的发生,如何做好危机管理的准备,如何规划以及如何培训员工应对危机局面,如何从危机中很快复原.
1,首先建立应急预案,列出危机或存在的风险,例如,IT系统宕机,火灾,空调漏水,机房温度超高等.2,排除不存在的风险.3,将各种风险列举在应急预案的风险目录.4,设计针对这些风险的预先和应急处理措施.对可以预见且时间和资源允许处理的风险,采取排出和缩减;对可以预见但可能发生概率较低的风险,可以进行风险转移.如,将火灾风险转移给保险公司,将UPS停机风险转移给UPS厂商或UPS服务商;对现在没有表现出来,但其爆发总存在一定征兆的风险,采取建立预警系统对其监控;对那些发生时间完全不可预测的风险,则必须建立起一个协调人力资源的"危机处理机构组织结构图"以及一个指导人员操作的"危机应对表",使运维管理人员和相关部门,人员能够在危机发生时有组织地,按部就班地执行.
一旦制定出基本的应急预案,那么"演习"预案,并讨论在紧急情景下事情可能会如何发展(所谓"桌上演练"). 就可能会发现需要修改预案的某些细节.没有预案是十全十美的,只有经过测试,预案才能被称为"预案".
总结
"绿色"已经成为当今的主旋律,IT领域也早就刮起了"绿色"旋风,而高效率的数据中心其实也就是在向"绿色IT"这个IT产业发展的大趋势靠近.构建具有节能降耗特征的"绿色数据中心",是节能降耗的关键所在.从目前来看,要实现节能降耗的目标,一方面需要采用更新的技术和设备,另一方面要通过精细化管理,从细微之处入手,不断挖掘节能降耗的潜力.
作者简介
单位:江西景德镇供电公司
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作者简述:万斌,男,1980年出生,信息中心主管,工程师, MCSE,HCSE,9年电力企业信息化工作经验,熟悉信息系统规划,网络技术,WINDOW SERVER,LINUX,ORACLE,网站构建等,对在电力企业信息化进程中应用新技术促进企业的发展有浓厚兴趣,希望能和大家一起多交流.