软硬件双管齐下 改善数据中心能耗效能瓶颈
DIGITIMES企划
一般讨论数据中心的耗能管理或绿能概念,大多会将焦点关注在如何在空调、照明进行节能,或是导入具节能设计的电信设备、服务器等,但实际上服务器、数据主机占机房总能耗约50%,若能透过虚拟化服务或是动态调整系统负荷,亦可节约可观能源消耗。
常见机房的能源消耗,会分成几种形式产生损失与浪费,即所投注的能源消耗在不具生产效益的项目上,例如伺服主机、电信设备中的中央处理器,全速运行下产生的温度高达80?90度,但其他同载板的零组件工作环境温度仅40?50度上下,由电能产生的热能损耗就相当惊人,除的能透过不同形式产生浪费外,在传输的过程也有不同形态的电能损耗。
不可小觑电力转换能耗
一般来说,数据中心用电有AC、DC两类能源供应来源,在电源传输链路中不管是市电投注到UPS、AC转换DC或是DC转AC等形式的电力转换,只要每经过一次电力的形式转换,就会造成或大或小的电力耗损,多数的电力耗损与前述讨论的中央处理器、载板元件产生的热型态一样,均为以热的形式出现损耗。
在机房配置中,通常透过线上电源管理监控系统(Power Distribution Units;PDU)处理电力部署,PDU本身就会产生能耗,而设备主机也会针对载板电力需求配置电源供应器(Power Supply Unit;PSU),每当取得电力再透过PSU多重转换下,也将导致更多浪费,尤其是PSU若自高电压转换成较低电压,这种状态意味着低电压转换相对增加终端的电流量,也将导致传输损耗因此提升。
解决机房内的热处理与恒温空调能耗,一般会被机房建置人员视为首要之务,因为机房能耗较大之处以24小时恒时运转的空调设备最为显着,些微改善就能获得显着成效,但实际上不只是从空调设备端着手,也必须针对空调冷流送到关键设备端后是否被有效用于设备散热,而不是以过高的调温手段反倒形成空调设备能耗居高不下的罪魁祸首。
机房规划普遍常见的问题,在于冷通道与热通道的规划整合不完全,如冷?热通道衔接设计不佳,无法将空调致冷冷源有效送达设备端,等致设备散热不均问题。
另外数据中心内的机柜设备也会因应实际服务需求,进行设备添加或是动态重新配置等处理,当设备一出现异动,最好也能根据机柜配置的现况变更散热规划,让设备、网线等配置也能因应设备机柜的冷却条件进行最佳化配置,减轻空调散热的额外负荷。
妥善规划机房布线 避免维运问题
除前述的硬件、线路方面的电源节能手段外,在数据中心的整体投资比例观察,其中软件、服务器?电脑设备分别占4成与5成,网络线材与布线约占总成本的1成,虽说网络线材成本最低,但实际上网络线材的使用寿命高达15年,几乎是数据中心一经布线整合后就不会再异动,若规划与建置有不当线路部署,对未来机房管理将造成维运成本损失。
而在数据中心开始投入运转后,较常见的问题在于基础设施的扩展不易,因为机房规划可能碍于成本与时间限制,为原有规划设备与服务乘载量做了较谨慎的评估,导致结构、点对点配线等网络结构限制,也会影响数据中心原有规划的冷?热流通道循环等问题。
一般遭遇服务与设备乘载扩充时,数据中心通常必须面对改线与线路升级,透过线路升级可以汰旧换新网络线路,或透过乘载数据量更高的光纤网络,不仅提升网络效能外,也能减省线路占用机房空间困扰,提升机房散热效益,进而达到更优化的空调使用效益。
对数据中心来说,网络线路可以说是核心的关键,在机柜内的电信设备导入光通讯传输机制,不只设备效能可因为光通讯整合下、传输、整合与处理数码信息效能大幅提升外,使用光通讯也可进一步减省设备能耗增加,加上光纤通讯线路占用空间更小,对空调散热设置的冷?热通道循环也可达到更佳的设备散热与冷却效果。
设备全速恒时运转 导致机房能耗飙高
再检视数据中心的IT设备与系统配置,机柜空间几乎是被伺服主机、磁碟阵列、网通设备所占满,这些设备也占用了机房总能耗超过50%以上,其中高达40%为伺服主机与磁碟阵列所占用,而网通设备如交换器等,仅占用约整体数据中心能耗的10%上下。
在电信网通设备方面,能做的改善手段有限,例如采买高能源使用效率的节能设备等,而服务器主机、磁碟阵列等,为了追求电信服务效能,通常会以效能优于节能方针进行设备布署,导致这个部分的节能手段不容易实施。
尤其是数据中心在绿色环保相关措施方面,多数人目的会放在减少能耗上,例如在高耗能的空调着手,以减少空调数量、优化冷?热通道循环等硬件相关节能优化方面,但实际上透过软件?系统的绿能节约手段,甚至可以为数据中心带来更显着的节约效用。
善用虚拟化、硬件节能技术 服务器节能效益最大化
至于软件?系统在现今绿能数据中心,最大的关键效用为实践设备虚拟化的应用热潮,尤其是软件系统可以透过系统配置与布署,轻易完成数据中心系统架构重新配置,透过虚拟化技术,可以视整体服务容量需求配置关键伺服主机与运算资源,当终端的应用累积至超过关键服务器可乘载的运算能量时,则可再透过硬件升级或是设备增加补足缺乏的系统服务资源。
如此一来,应用大量虚拟化系统、设备服务的数据中心,可在相同的服务为运容量下,以更低的硬件资源支持相关应用服务,光是设备就可以降低20~30%不等,不仅可以减少闲置或是低运转需求设备数量,也可将服务集中于关键服务器进行重点管理,而减省的硬件设备数量已可获得实质的能耗节约效用,硬件设备采购需求也可更弹性规划,实现绿色数据中心目标。
目前透过各种服务器虚拟化、云端虚拟磁碟阵列等网络系统技术,可以让一部综合应用的服务器主机同时运行多组应用,对终端用户来说则可将取得的虚拟运算资源视为独立伺服主机使用,这相当是可将一部服务器当作数台服务器使用,大幅提高服务器的设备使用率,甚至可有效减少服务器、电信设备总量。
另一个伺服主机的软件或系统节能手段,是现今服务器设计与制造业者,开始正视伺服主机在数据中心的能耗高居不下问题,一般业者会提供服务器额外的线上控制界面与机制,除提供网管或服务维运人员,可透过网络线上检查服务器硬件服务是否正常,同时进行简单的开?关机、重置系统等操作外,新一代的设计还将服务器的动态效能调整、设备运转效能调校整合在控制平台上,让伺服主机在非全速运行情境下也可动态调整运作效能,在合理条件配置下将整体伺服主机的能耗降到最低,若在待机状态下甚至可以将整体硬件产生的能耗降低至80%程度。