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數據中心節能減排方案
  • 文中就聯想集團眾多節能減排的應用項目中,專門介紹數據中心的綠色包裝應用和能耗管理軟件,以及其引用后的效果。
  • 在全球碳排放總量中,信息通信技術設備的貢獻在2040年將達14%,達到交通運輸碳排放的一半以上,數據中心的能耗占其中的很大一部分。在全社會履行節能減排的大環境下,數據中心的節能減排越來越受到廠商和用戶的重視。本文就聯想集團眾多節能減排的應用項目中,專門介紹數據中心的綠色包裝應用和能耗管理軟件,以及其引用后的效果。
      
      看到圖1,是否有點觸目驚心?人類在享受工業化帶來的便捷生活的同時,也給地球帶來了沉重的負擔和嚴重的環境污染,二氧化碳的過量排放,導致全球氣候變暖。由于溫度的上升,北極冰川面積逐年下降,預測到2100年,將僅剩下最中間的一小塊。到那時,北極冰川將近乎消失,珍惜的北極熊將無處生存。海平面將上升2.2m,一些島嶼和沿海城市將被淹沒,我們人類賴以生存的陸地也會變小。近在咫尺的北戴河沙灘、遠在萬里之外的馬爾代夫,都可能僅保存在照片中了。氣候變化對全球自然生態系統也產生顯著影響,除了溫度升高,極端氣候事件也頻繁發生,這給人類生存和發展帶來嚴峻挑戰。
      
      圖2顯示二氧化碳的排放量趨勢。過去150年,隨著工業化的進程,全球二氧化碳的排放量急劇增加。從1950年到2015年,全球二氧化碳的排放量增長迅猛,這時期也是我國經濟建設高速發展的階段。到2015年中國GDP占比已經超過了世界GDP總量的14%,14%的GDP對應多大比例的二氧化碳排放比例呢?圖中顯示,我國二氧化碳排放比例已經占到全球的24%,14%和24%這兩個數據對比,明顯不合比例,雖然有經濟結構的元素,但是這也說明我國的節能減排的任務很重,我們有很長的路要走,這需要我們共同努力,來保護我們和子孫后代賴以生存的環境。
      
      面對全球變暖的問題,聯合國也是多次召開氣候變化大會商討遏制變暖的策略。在第11屆聯合國氣候大會,第21次締約方大會上,中國提出了自己的自主貢獻目標。中國政府宣布到2020年,單位GDP碳排放相比2005年下降40%~45%,森林覆蓋面積和林木蓄積量分別比2005年增加4000萬公頃和13億立方米。國家目標的實現,離不開每一個企業的貢獻。說到支持國家的節能減排目標,降低碳排放,我們通常會認為,石油、化工、鋼鐵冶煉等高污染、高能耗行業才是碳排放的主要“元兇”。而最近加拿大麥克馬斯特大學研究人員發布的一項最新研究,顛覆了大眾的認知。研究人員認為,智能手機等信息通信技術產品也是全球變暖的推手之一。在全球碳排放總量中,信息通信技術設備的“相對貢獻”從2007年占1%,到2020年可能升至3.5%,最終在2040年可能達14%,達到交通運輸碳排放的一半以上。與智能手機等信息通信技術配套的數據中心,已經成了能源消耗大戶。數據中心的建設運營產生了大量的溫室氣體排放,給資源和環境帶來了巨大的挑戰。
      
      聯想致力于為節能減排事業做貢獻。聯想對數據中心從部件開發、整機生產、包裝運輸、到回收再利用,進行全生命周期能耗管控,致力于打造“綠色環保數據中心”,踐行社會責任。聯想推出了節能的固態硬盤替代傳統的機械硬盤;開發了采用可回收材料的綠色包裝;推出了水冷服務器和水冷數據中心替代傳統的風冷數據中心;聯想采用虛擬管理技術對數據中心全生命周期進行能耗管理,降低能耗。從硬件到軟件、從開發到制造、全方位開展節能減排。這些措施得到了全球環境管理體系的支持,公司通過了ISO14001的認證。下面重點介紹兩種節能減排應用方案:綠色包裝和全生命周期能耗管理。
      
      1 綠色環保包裝
      
      綠色包裝就是盡可能使用廢棄物來制作包裝物,一方面減少環境污染,一方面減少碳排放。一般服務器楦體材料是使用從石油中提取的聚乙烯樹脂制作而成的發泡聚乙烯,俗稱珍珠棉,它具有很好的減震抗震能力,但是石油是不可再生的資源。而聚乙烯回收顆粒則是重復利用現有的資源,可以大大減少對不可再生的資源的消耗,達到減少碳排放的目的。經過統計,每臺服務器可以減少26%的碳排放。兩種材料形態如圖3所示。
      
      聚乙烯回收顆粒再利用的生產過程介紹:
      
      在衡量回收料使用比例方面有兩個指標,HRC(High Recycled Content)和MRC(Maximal Recycled Content),HRC是指回收料使用的占比高于65%;而MRC是指回收料使用占比達到90%以上。基于對結構強度、成本、減排的綜合考慮,聯想采用回收料的使用比例高達65%以上。
      
      簡單來說,聚乙烯回收顆粒再利用的生產過程就是收集廢棄料,挑選檢測其中可利用的物料,將這些回收料制作成顆粒,通過機器擠壓制作成卷材,然后對卷材進行處理。處理完畢的卷材粘貼成厚的板材,就可以制作成各種尺寸的包裝楦體了。生產流程如圖4所示。
      
      對于采用回收料制作包裝物對減少碳排放的貢獻,從下圖中可以看出,按照聯想服務器三個系列每年的銷量計算,使用回收顆粒產生的碳排放,相比原始顆粒產生的碳排放,一年可以減少2140噸碳排放,這相當于20公頃森林一年可以吸收的碳排放。如果按照一顆樹一年能夠吸收的碳排放10kG/年進行換算,相當于214000棵樹一年吸收的二氧化碳總量。
      
      2 全生命周期的能耗管理系統
      
      談及數據中心的節能降耗,工業和信息化部、國家機關事務管理局、國家能源局三部門聯合印發了《關于加強綠色數據中心建設的指導意見》,提出到2022年全國新建大型、超大型數據中心PUE值需達到1.4以下,如圖5所示。
      
      要達到這個目標,需要先了解數據中心的能耗占比PUE。
      
      圖6是PUE值=2的傳統數據中心機房的典型能耗分布圖,從圖中我們不僅可以非常直觀地觀察到在數據中心機房中各種用電設備耗電量的統計分布狀態。而且它還能非常清晰地暗示我們為了最大限度地降低數據中心的總能耗,它的最大節能降耗潛力何在。IT設備用電占50%,空調壓縮機制冷系統能耗占比位居第二。要降低PUE值,需要盡可能的降低制冷等輔助設備的用電量。聯想推出的能耗管理系統是用來限制、調整、降低IT設備能耗,這樣間接降低IT設備發熱,也就同時降低空調系統的負荷。
      
      聯想的能耗管理系統簡稱LXEM,如圖7所示。
      
      它能夠幫助數據中心管理員建立房間中的機架物理模型,監控能耗和溫度,并觸發能耗限制規則來限制能耗,以降低總體運營成本。它具有四大特點:
      
      (1)可針對單臺服務器,也可針對整個機架甚至整個數據中心進行功耗和散熱的監控。可以遠程實時地監控數據中心IT設備和網絡設備的功耗,以及散熱狀態。可以提供各個層級的功耗和散熱的歷史數據,用于分析和預測功耗趨勢。可以預先定義好多個功耗和散熱的預警事件,當此類事件發生時進行報警。
      
      (2)可以進行單臺服務器或者群組的能耗限定。通過執行能耗限定策略,避免系統過載事件的發生。當遇到突然斷電,系統啟動備用電源時,可以減低電源事件期間的平臺功耗,讓機器處于低速運行狀態,保證關鍵業務不會被中斷。執行功耗策略可以針對單臺服務器,也可以針對一個機架,一行機架,達到靈活的限定功耗目的。通過執行功耗策略,在不影響性能情況下,可以啟用一些被擱淺的功耗。
      
      (3)可以進行功耗分析。識別出低利用率的服務器,對這些服務器資源進行整合,關機處理,降低功耗。可以提供2D視圖,展示數據中心過冷和過熱的區域,避免過熱導致的關機或者制冷過度造成資源浪費。還可以給出如何部署新機器的建議,在不影響性能情況下,增加機架密度,增加數據中心的產值。可以建立數據中心的功耗模型,可以預測功耗。
      
      (4)具有超強的適應性,可以管理不同廠商的服務器。它是通過外掛方式管理服務器的,因此不會影響服務器的性能。可以通過人工導入預定義的文件和模塊方式,建立數據中心的層級,針對不同層級進行管理。
      
      圖8是采用全生命周期能耗管理系統的一些實驗數據:
      
      圖9為進行能耗限定的實驗數據:
      
      圖10為提供2D溫度和功耗視圖的展示:
      
      通過與客戶的深度合作,在各個環節執行有效的節能減排策略,已經取得了一些非常好的效果,例如與北京大學合作的數據中心PUE值可以達到1.08,與德國萊布尼茲超算中心的合作,PUE可值以達到1.1。
      
      無論是采用聚乙烯回收顆粒料制作包裝,還是應用能耗管理軟件進行能耗監控合管理,僅僅是聯想眾多節能減排應用中的兩個例子。畢竟成績的取得已經成為過去,持續改善是企業經營的必由之路,相信聯想在節能減排的道路上會砥礪前行,為節能減排事業盡到更多力所能及的責任。
      
      作者簡介
      
      王愛梅,現為聯想集團數據中心業務集團服務器研發部高級項目經理。有19年服務器相關開發經驗,帶領開發團隊開發具有國際先進水平的系列服務器產品,為我國的計算行業發展做出突出貢獻。
      
      編輯:Harris

     

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