將數(shù)據(jù)中心想象成互聯(lián)網(wǎng)的大腦——處理、存儲(chǔ)和傳輸所有的數(shù)據(jù)，從社交媒體到科學(xué)計(jì)算。

為此，數(shù)據(jù)中心使用各種IT設(shè)備，所有這些設(shè)備都需要消耗大量能源。例如，服務(wù)器執(zhí)行計(jì)算并提供響應(yīng)信息請(qǐng)求的邏輯，存儲(chǔ)驅(qū)動(dòng)器保存滿足每個(gè)請(qǐng)求所需的數(shù)據(jù)和文件，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備通過(guò)將整個(gè)數(shù)據(jù)中心連接到互聯(lián)網(wǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)辦輸入和輸出數(shù)據(jù)流。

這些IT設(shè)備使用的電力最終會(huì)轉(zhuǎn)化為熱量，數(shù)據(jù)中心必須通過(guò)使用同樣消耗能源的冷卻設(shè)備來(lái)去除熱量。

根據(jù)Forbes2017年發(fā)布的一份報(bào)告，當(dāng)年僅美國(guó)的數(shù)據(jù)中心就使用了900多億千瓦時(shí)的電力。如此多的能源將需要34個(gè)大型燃煤電廠，每個(gè)電廠至少產(chǎn)生500兆瓦的電力，才能滿足上述數(shù)據(jù)中心的電力需求。然而，與全球范圍內(nèi)運(yùn)行數(shù)據(jù)中心所需的電量相比，這一數(shù)字相形見(jiàn)絀。全球數(shù)據(jù)中心需要416太瓦的電力，約占地球上所有發(fā)電量的3%。這已經(jīng)是一個(gè)巨大的電力，并且隨著每年運(yùn)營(yíng)的數(shù)據(jù)中心數(shù)量的增加，電力需求只會(huì)隨著時(shí)間的推移而增加。

鑒于世界上80%的能源仍然來(lái)自化石燃料，不斷增長(zhǎng)的電力需求已經(jīng)造成了嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題。好在，這個(gè)問(wèn)題得到許多數(shù)據(jù)中心提供商的注意，他們致力于尋找解決方案來(lái)滿足消費(fèi)者的電力需求，同時(shí)將能源使用保持在高效和合理的水平?？偟膩?lái)說(shuō)，數(shù)據(jù)中心現(xiàn)在的電力使用效率比幾年前要高得多，正如其電力使用效率(PUE)分?jǐn)?shù)所證明的那樣。然而，總是有新的改進(jìn)方法，特別是因?yàn)榇蠖鄶?shù)效率變化被認(rèn)為是相對(duì)“容易實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)”。是時(shí)候讓數(shù)據(jù)中心向高效能源消耗領(lǐng)域邁出新的一步了。

平均而言，冷卻系統(tǒng)和服務(wù)器占數(shù)據(jù)中心能源消耗的大部分，其次是網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和存儲(chǔ)驅(qū)動(dòng)器。

根據(jù)美國(guó)能源部的數(shù)據(jù)，擁有數(shù)萬(wàn)臺(tái)設(shè)備的最大數(shù)據(jù)中心需要超過(guò)100兆瓦的電力，足以為大約80,000戶家庭供電。

隨著互聯(lián)網(wǎng)使用量的增加，對(duì)數(shù)據(jù)中心服務(wù)的需求也在增加，引發(fā)了人們的擔(dān)憂。

關(guān)于不斷增長(zhǎng)的能源使用。根據(jù)這項(xiàng)研究，從2010年到2018年，全球IP流量增長(zhǎng)了10倍，而數(shù)據(jù)中心存儲(chǔ)容量增長(zhǎng)了25倍。在同一時(shí)期，全球服務(wù)器上運(yùn)行的計(jì)算實(shí)例總數(shù)增加了六倍多。

隨著世界不斷消耗越來(lái)越多的數(shù)據(jù)，預(yù)計(jì)這些增長(zhǎng)趨勢(shì)將繼續(xù)下去。此外，隨著人工智能等計(jì)算密集型服務(wù)的出現(xiàn)，對(duì)IT服務(wù)的需求可能會(huì)增長(zhǎng)得更快。這就是為什么能夠量化和預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)中心的能源消耗是至關(guān)重要的。

由于官方統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)并未針對(duì)數(shù)據(jù)中心能源消耗的國(guó)家和全球水平進(jìn)行編制，因此必須使用數(shù)學(xué)模型來(lái)估算能源使用情況。“自下而上”的模型考慮了數(shù)據(jù)中心安裝的IT設(shè)備和每個(gè)設(shè)備的能源使用特征來(lái)估算總能源消耗。這種方法不太常見(jiàn)，因?yàn)槠湫枰罅康臄?shù)據(jù)和時(shí)間。使用這種方法的最新權(quán)威研究出現(xiàn)在2011年，估計(jì)數(shù)據(jù)中心在2010年占全球用電量的1%以上。

由于市場(chǎng)指標(biāo)增長(zhǎng)迅速，外推模型估計(jì)數(shù)據(jù)中心能源消耗顯著增加。例如，一項(xiàng)經(jīng)常被引用的外推研究表明，全球數(shù)據(jù)中心的使用自2010年以來(lái)翻了一番，并將繼續(xù)迅速上升。這些估計(jì)強(qiáng)化了這樣一種普遍看法，即對(duì)數(shù)據(jù)的需求增加會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)中心能源消耗同樣快速增長(zhǎng)。

然而，自下而上的結(jié)果卻表明并非如此。根據(jù)EricMasanet的研究，從2010年到2018年，全球數(shù)據(jù)中心的能源消耗很可能只增長(zhǎng)了6%左右。該數(shù)字是基于近期數(shù)據(jù)集的整合，這為已安裝庫(kù)存提供了更好的表征、運(yùn)行特性和數(shù)據(jù)中心IT設(shè)備的整體能源使用。這些結(jié)果與基于外推的估計(jì)形成鮮明對(duì)比。

由于制造商的技術(shù)進(jìn)步，IT設(shè)備的能源效率得到了顯著提高。服務(wù)器虛擬化軟件通過(guò)允許多個(gè)應(yīng)用在一臺(tái)服務(wù)器上運(yùn)行，從而降低托管應(yīng)用的能源消耗。云和超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心利用更高效的冷卻系統(tǒng)來(lái)最大限度地減少能源消耗。

使用基于外推的方法很難捕獲這三個(gè)因素，這就是為什么這些方法顯示的能源消耗比數(shù)據(jù)中心實(shí)際使用的要多。

數(shù)據(jù)中心的能源消耗也引起了對(duì)CO2排放的擔(dān)憂。然而，由于缺乏全球數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)及其電力來(lái)源的排放強(qiáng)度，估計(jì)總排放量尚不現(xiàn)實(shí)。不過(guò)，Apple、Google和Switch等企業(yè)開(kāi)始公開(kāi)報(bào)告這些數(shù)據(jù)，這表明大型數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)商越來(lái)越傾向于采購(gòu)可再生能源。

由于對(duì)IT服務(wù)和計(jì)算密集型應(yīng)用的需求不斷增長(zhǎng)，存在一種風(fēng)險(xiǎn)，即需求將超過(guò)能源效率收益。這意味著，為了避免未來(lái)能源消耗的急劇增長(zhǎng)，對(duì)下一代散熱、計(jì)算和存儲(chǔ)等節(jié)能技術(shù)的投資將是必要的。分析師應(yīng)該考慮以下幾個(gè)關(guān)鍵的優(yōu)先事項(xiàng)：

開(kāi)發(fā)和共享有關(guān)冷卻和電力系統(tǒng)以及IT設(shè)備的配置、庫(kù)存和能源使用特征的可靠數(shù)據(jù)。共享和比較模型以開(kāi)發(fā)最佳實(shí)踐，以增加對(duì)模型輸出的信心。共同努力為人工智能、5G和計(jì)算強(qiáng)度增加等新興趨勢(shì)開(kāi)發(fā)更好的實(shí)踐。

在過(guò)去的幾十年里，數(shù)據(jù)中心已經(jīng)發(fā)展成為現(xiàn)代社會(huì)中越來(lái)越重要的組成部分，計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)設(shè)施已經(jīng)成為生活基礎(chǔ)的重要組成部分。隨著這種發(fā)展和其提供的大量?jī)?yōu)勢(shì)，也帶來(lái)了顯著的缺點(diǎn)，特別是在環(huán)境可持續(xù)性和能源消耗方面。要想成功運(yùn)營(yíng)，數(shù)據(jù)中心需要優(yōu)先考慮高效的能源使用，并重點(diǎn)開(kāi)發(fā)降低整體能耗的新方法。

對(duì)數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)進(jìn)行大規(guī)模更改以提高能源使用效率可能是一項(xiàng)復(fù)雜、昂貴且耗時(shí)的冒險(xiǎn)。但改變不一定要極端才能有效，也不需要一下子全部發(fā)生。通過(guò)使用以下16種方法，數(shù)據(jù)中心可以快速開(kāi)始有效地降低其能源消耗，而不會(huì)顯著影響其底線。

1、減少對(duì)冷卻的依賴
平均而言，數(shù)據(jù)中心使用的大部分電力都用于運(yùn)行冷卻和空調(diào)系統(tǒng)，以將服務(wù)器保持在適當(dāng)?shù)臏囟炔⒎乐惯^(guò)熱。通過(guò)以多種方式優(yōu)化冷卻操作，可以顯著降低功耗。改善通風(fēng)系統(tǒng)、戰(zhàn)略性地布置設(shè)備、適當(dāng)?shù)馗綦x服務(wù)器機(jī)房，以及創(chuàng)造流線型氣流可以提高冷卻效率。下面將探討一些更具體的示例，但數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)可以采用的一些額外措施包括：

消除服務(wù)器機(jī)房中不必要的設(shè)備用更節(jié)能和高效的技術(shù)更換傳統(tǒng)的或過(guò)時(shí)的設(shè)備更換傳統(tǒng)的或過(guò)時(shí)的冷卻系統(tǒng)，尤其是那些使用了10年以上的系統(tǒng)安裝空氣節(jié)能器系統(tǒng)。

2、試驗(yàn)溫度
由于保持服務(wù)器機(jī)房，及其設(shè)備足夠涼爽對(duì)于服務(wù)器運(yùn)行至關(guān)重要，因此許多管理人員不考慮嘗試為其數(shù)據(jù)中心尋找可能更有效的溫度。他們可能擔(dān)心這樣做會(huì)損壞昂貴的設(shè)備，從而導(dǎo)致昂貴的維修或更換費(fèi)用。然而，事實(shí)是，即使將維持溫度降低幾度也可以減少電力消耗，并節(jié)省數(shù)百甚至數(shù)千美元?；〞r(shí)間計(jì)算數(shù)據(jù)中心的冷卻需求，然后試驗(yàn)不同的溫度以找到滿足需求的最佳解決方案。

3、服務(wù)器采用熱通道/冷通道布局
一些數(shù)據(jù)中心將服務(wù)器和其他設(shè)備排列成通道，所有設(shè)備都面向同一個(gè)方向。如果真是這樣，須考慮重新調(diào)整機(jī)器的方向，使通道的服務(wù)器面向彼此，服務(wù)器的背面面向彼此。這種布置將創(chuàng)建冷熱通道，并減少冷熱空氣混合，從而提高服務(wù)器機(jī)房?jī)?nèi)的溫度效率。

4、封閉或容納服務(wù)器機(jī)架
容納或封閉服務(wù)器機(jī)架是防止數(shù)據(jù)中心冷暖空氣混合的另一種方法，這有助于降低對(duì)強(qiáng)大冷卻技術(shù)的需求，從而使環(huán)境保持在適當(dāng)?shù)臏囟?。任何可以幫助減少數(shù)據(jù)中心氣候控制所需的電力的方法都是數(shù)據(jù)中心管理人員應(yīng)該認(rèn)真考慮的實(shí)際步驟。

5、利用一般的氣流改進(jìn)方法
數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)商應(yīng)研究溫度和氣流的一般改進(jìn)方法并考慮采用。例如，通過(guò)安裝專門的冷卻面板，以降低服務(wù)器入口空氣的溫度，同時(shí)提高返回計(jì)算機(jī)機(jī)房空調(diào)(CRAC)的空氣的溫度。這有助于顯著提高設(shè)備的運(yùn)行效率，同時(shí)減少對(duì)氣候控制專用電力的需求。

6、投資使用變速風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)器改造空調(diào)設(shè)備
提供專門用于CRAC的改裝套件，通常提供兩年投資回收保證。其允許調(diào)整空調(diào)設(shè)備的風(fēng)扇速度，以適應(yīng)數(shù)據(jù)中心不斷變化的冷卻負(fù)載。

7、安裝空氣側(cè)節(jié)能器
幫助保持服務(wù)器冷卻的最實(shí)用的方法之一是利用外部冷卻空氣并將其引入建筑物。空氣側(cè)節(jié)能器可以利用較冷的夜間和冬季空氣溫度，節(jié)省高達(dá)60%的冷卻電力和成本。

8、調(diào)整數(shù)據(jù)中心的濕度
與溫度非常相似，濕度是另一個(gè)必須在數(shù)據(jù)中心內(nèi)仔細(xì)維護(hù)的關(guān)鍵因素。濕度太大會(huì)產(chǎn)生冷凝，導(dǎo)致設(shè)備腐蝕、出現(xiàn)電氣故障，并造成重大且昂貴的損失。然而，濕度過(guò)低會(huì)導(dǎo)致大量靜電荷積聚，一旦發(fā)生放電，就會(huì)損壞甚至毀壞設(shè)備。一般規(guī)則是將數(shù)據(jù)中心的相對(duì)濕度保持在45%至55%，但具體數(shù)值取決于中心及其設(shè)備的范圍。仔細(xì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)中心的濕度水平，以找到適合服務(wù)器的最佳水平，其可助于節(jié)省日常能源消耗。

9、識(shí)別并移除僵尸或昏迷服務(wù)器
“僵尸服務(wù)器”或“昏迷服務(wù)器”是指不再在數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)中使用，但繼續(xù)保持供電并消耗不必要的能量的系統(tǒng)。ComputerWorld發(fā)表的一篇文章中的數(shù)據(jù)表明，數(shù)據(jù)中心中25%的物理服務(wù)器和30%的虛擬服務(wù)器被歸類為僵尸或昏迷。這些系統(tǒng)通常保持運(yùn)行狀態(tài)，因?yàn)闆](méi)有關(guān)于它們包含什么或它們服務(wù)什么目的的書面記錄，這使得數(shù)據(jù)中心經(jīng)理猶豫將它們退役。

為了防止這種情況，服務(wù)器包含的所有內(nèi)容都應(yīng)該仔細(xì)記錄，并且應(yīng)該使用適當(dāng)?shù)谋O(jiān)控工具來(lái)提供直接監(jiān)督。數(shù)據(jù)中心工作人員應(yīng)該勤奮梳理各種服務(wù)器，以找到仍在運(yùn)行的不必要的僵尸，并將其斷開(kāi)連接。這樣做可以大大減少電力消耗，提高能源效率。

10、整合所有較少使用的服務(wù)器
盡管需要全功率運(yùn)行，但典型服務(wù)器的平均利用率在5%到15%之間。整合使用較少的服務(wù)器，并刪除不需要的服務(wù)器，從而降低整體功耗。

數(shù)據(jù)中心通常使用大量能源來(lái)維護(hù)其服務(wù)器。平均每平方米消耗約1,000千瓦時(shí)。這大約是典型美國(guó)家庭耗電量的十倍。最常見(jiàn)的數(shù)據(jù)中心設(shè)備是服務(wù)器機(jī)架，其使用大量能源來(lái)維護(hù)和冷卻其組件。數(shù)據(jù)中心冷卻系統(tǒng)的效率也相對(duì)較低，能耗約占數(shù)據(jù)中心總能耗的70%。

數(shù)據(jù)中心最大的能耗者是服務(wù)器和冷卻系統(tǒng)，其需要不斷維護(hù)以保持平穩(wěn)高效地運(yùn)行。但其也有一些是傳統(tǒng)的服務(wù)器和設(shè)備，如網(wǎng)絡(luò)通信工具，往往會(huì)造成大量的消耗。

數(shù)據(jù)中心用于進(jìn)行大規(guī)模計(jì)算，是許多大企業(yè)的命脈。其會(huì)產(chǎn)生大量熱量，因此安裝了冷卻系統(tǒng)以保持最佳工作溫度。通常，數(shù)據(jù)中心內(nèi)的熱通道溫度范圍在85到115華氏度左右。數(shù)據(jù)中心在適宜的溫度下茁壯成長(zhǎng)，因此需要充分利用為其產(chǎn)生的熱量以使其高效工作。

由于服務(wù)器的工作量和需求，這會(huì)有很多變化。年均用電量可能在1800至1900千瓦時(shí)左右。

數(shù)據(jù)中心往往會(huì)消耗大量能源，因?yàn)槠浔仨毻瑫r(shí)提供許多服務(wù)和支持。此外，許多數(shù)據(jù)中心位于炎熱潮濕的地方，空氣質(zhì)量較低，使設(shè)施面臨暖通空調(diào)故障、設(shè)備退化和停電等問(wèn)題的額外風(fēng)險(xiǎn)。所有這些都必須考慮到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。

數(shù)據(jù)中心是用于容納和管理大量數(shù)據(jù)和計(jì)算機(jī)設(shè)備的大型建筑物。其面積從數(shù)百平方英尺到數(shù)百萬(wàn)平方英尺不等。其消耗大量能源，但全球總數(shù)據(jù)傳輸預(yù)計(jì)只會(huì)在未來(lái)幾年呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。據(jù)估計(jì)，在全球范圍內(nèi)，數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸可消耗260至340TWh的電量，或約占全球用電量的1%至1.4%。

一般來(lái)說(shuō)，這可能會(huì)有所不同。然而，典型的功率密度大約為每平方英尺150瓦。但也可以高達(dá)300瓦。

為了使設(shè)施中的數(shù)據(jù)中心保持冷卻，電池是必不可少的。因此，一個(gè)重要的數(shù)據(jù)中心趨勢(shì)將是電池使用。電池是一種存儲(chǔ)能量的設(shè)備，可以釋放能量為數(shù)據(jù)中心的各個(gè)組件獨(dú)立供電，而無(wú)需使用任何現(xiàn)成的電源。數(shù)據(jù)中心需要大量電力，并且需要有足夠的電力供整個(gè)房間的機(jī)柜使用。