数据中心刀片利用创新变“绿”

    ZDNetChina服务器站 11月14日集群专题 

数据中心刀片利用创新变“绿”

　　在能源的压力之下，数据中心本身和刀片服务器已开始利用创新技术进行“绿色”转变。

　　“我们现在最担心的问题已经从产品性能好坏转到能效上来了！”某数据中心负责人徐京永抱怨道。他给记者指着身后的一排排机架，上面是一台台正在运转着的机架式服务器，伴随机器上闪烁的红灯，轰鸣的风扇声让人耳鼓发麻。

　　现在，困扰着徐京永的是两个难题：他们的机房在5年前建立，当初并没有考虑到现在的尴尬—如此快速飙升的供电密度。在这5年来，随着处理器性能的不断提升，随之而来的是机器本身耗电量的大幅提升。“供电密度已经超过了原先的5倍。”徐京永表示，如果全部采用1U机架式服务器，供电密度将会更高。

　　除了机器本身运转耗电量增加外，为了保证服务器正常运转而提供的制冷系统在5年时间中也在经历着严峻的考验。徐京永总结出一条规律：“每台服务器消耗多少电量，就需要相同的电量来产生制冷，这导致产生了双倍的费用。”

　　而IDC针对全球数据中心的一项调查数据也表明，如果不采取革新措施的话，以目前的数据中心来衡量，在硬件上每投入1美元，就要额外支出0.5美元用于能耗，而在未来四年中，这个数字还会增长54%。

　　和普通的机架式服务器相比，刀片服务器具备更高的计算密度，更少量的电源消耗，更少的线缆以及交换、风扇等公共基础设施。这些特性使得这种产品更加适合数据中心的密集计算环境。但是，很多刀片厂商在最初设计刀片时，把重点更多放在计算密度的提升上；虽然这些刀片共享电源模块，在某种程度上能起到降低电量消耗的目的，但其表现仍旧不能让人满意。

　　比如，以前服务器和存储产品的供电密度都不是很高，因此数据中心在建设时更多采用平均的设计方法，即把制冷空调在数据中心内平均放置；但目前，机架式服务器的供电密度提高、刀片服务器更多地在数据中心内部署后，出现了供电的高密度区域（比如，刀片服务器所在机柜区域的供电密度会大于普通机架式服务器机柜供电密度），这样当不同的供电密度服务器出现在一个数据中心时，会出现问题——普通机房采用普通制冷方式，出风口平均分配，高供电密度服务器处温度会明显高于低密度供电服务器；为了满足高密度服务器处的温度不致于过高，必须把所有空调开到最大，以便高密度服务器附近出风口能提供足够强劲和低温的冷空气流出—在这种情况下，为了满足高密度供电服务器的制冷需求而不得不把所有空调功率变大，导致制冷消耗能源的浪费。

　　“由于服务器的供电密度不均衡，因而产生的热量也不均衡，传统数据中心的平均制冷方法已经很难满足需求。造成目前数据中心的两个现状：一是目前85％以上的机房存在过度制冷问题；二在数据中心的供电中，只有1/3用在IT设备上，而制冷费用占到总供电的2/3。”惠普公司方案架构中心姜晓亮说。

　　在过去的十年中，服务器供电密度平均增长了十倍。据IDC预测，到2008年IT采购成本将与能源成本持平。另一方面，数据中心的能耗中，冷却又占了能耗的60%到70%。因此，随着能源价格的节节攀升，数据中心的供电和冷却问题，已经成为所有的数据中心都无法回避的问题。

　　在这种情况下，各家厂商纷纷想出不同的方法，试图来降低数据中心的能源消耗，打造绿色数据中心。作为数据中心的关键基础设施，绿色是刀片系统的重要发展趋势之一，也是数据中心节能的关键所在。

　　在打造数据中心绿色刀片的过程中，除了低功耗芯片的积极采用，各家还分别在风扇和电源以及能耗管理等硬件、软件方面进行不懈的创新。

　　除了低功耗处理器外，各个厂商更看重刀片服务器其他部件方面的研发，比如风扇和电源设计等方面，几乎每家都有自己的独到之处。

　　惠普姜晓亮介绍说，惠普新一代绿色刀片系统HP BladeSystem c-Class基于工业标准的模块化设计，绿色是其关键创新技术之一，其独特的PARSEC体系架构和能量智控技术就是这条绿色生产线的两大关键技术。

　　HP PARSEC体系结构是惠普刀片系统针对绿色策略的创新。HP PARSEC体系结构是一种结合了局部与中心冷却特点的混合模式。机箱被分成四个区域，每个区域分别装有风扇，为该区域的刀片服务器提供直接的冷却服务，并为所有其它部件提供冷却服务。

　　惠普BladeSystem c-Class刀片系统还采用了Active Cool风扇。该风扇在产生强劲气流的同时比传统型风扇设计耗电量更低。同时具有高风量、高风压、最佳噪音效果、最佳功耗等特点，仅使用100瓦电力便能够冷却16台刀片服务器。

　　在供电方面，惠普的刀片系统采用ProLiant电源调整仪以及动态功率调整等技术实现了智能电源管理，根据电源状况有针对性地采取策略，节省了电能消耗。

　　IBM公司工程师曹麒麟强调，IBM BladeCenter E集中体现了IBM刀片产品的绿色优势。作为强调密集和节能特色的刀片服务器，E系列的密度2倍于机架服务器；在能耗方面，BladeCenter E与机架服务器相比则可节能35%。

　　此外，该公司推出的另外一款BladeCenter S也把能耗问题放在首位，不仅支持多种低电压处理器，而且机箱中的鼓风机/风扇模块可根据不断变化的温度特性作出相应的调整。速度越慢，电耗越少。

　　除了硬件创新外，值得一提的是很多厂商都加强了从软件技术层面进行数据中心刀片服务器的“绿色”打造。

　　惠普公司工业标准服务器部门的技术顾问闫长春介绍，惠普在刀片系统里面采用了能量智控技术(Thermal Logic)，该技术提供了嵌入式温度测量与控制能力，通过即时热量监控，可追踪每个机架中机箱的散热量、内外温度以及服务器耗电情况，这使用户能够及时了解并匹配系统运行需求，与此同时以手动或自动的方式设定温度阈值；或者自动开启冷却或调整冷却水平以应对并解决产生的热量，由此实现最为精确的供电及冷却控制能力。

　　曹麒麟介绍说，IBM采用突破性的PowerExecutive技术，可以帮助客户在任何时间“测量”实际的用电情况和热量辐射情况，有效地计划和控制电能的使用。创新的矢量校准冷却技术是管理进气、风扇布置和区域冷却的技术，能够最大化促进刀片和机架服务器内部的气流，优化冷却效率。

　　曙光研发中心某工程师介绍，曙光刀片服务器采用多种节能技术，主要体现在三个层面。

　　首先，曙光根据实时功耗确定工作电源个数，使电源工作在最佳效率曲线上。如刀片服务器采用6颗电源，每颗1KW，在管理系统确定功耗后，进行最佳电源效率判断，然后确定是否需要关闭或者打开电源。

　　其次是修改计算刀片操作系统内核，实现节能。“在工作过程中，尽量把功耗高的任务与功耗低的任务交叉进行，这样可以保持CPU在稳定的负载下运行，减少热能的散发并提高运行效率。”他说。此外，曙光还能做到当发现CPU任务队列对功耗需求较低时，则通过BI/OS接口进行CPU频率的动态调整，从而降低功耗。

　　第三是多计算刀片任务调整调度。刀片系统管理软件进行任务调度管理，通过计算刀片的开关运转处理，进行节能。

　　在很多厂商关注刀片服务器本身的绿色表现时，一些厂商已经开始考虑从整体上打造绿色数据中心。

　　比如，针对传统数据中心机房的平均制冷弊端，惠普推出了基于动态智能制冷技术的全新解决方案—“惠普动态智能冷却系统”（DSC, Dynamic Smart Cooling）。动态智能冷却技术的目标是通过精确制冷，提高制冷效率。DSC可根据服务器运行负荷动态调控冷却系统来降低能耗，根据数据中心的大小不同，节能可达到20 %至45%。

　　姜晓亮介绍说，DSC结合了惠普在电源与冷却方面的现有创新技术，如惠普刀片服务器系统c-Class架构的重要组件HP Thermal Logic等技术，通过在服务器机架上安装了很多与数据中心相连的热能探测器，可以随时把服务器的温度变化信息传递到中央监控系统。当探测器传递一个服务器温度升高的信息时，中央监控系统就会发出指令给最近的几台冷却设备，加大功率制冷来降低那台服务器的温度。当服务器的温度下降后，中央监控系统会根据探测器传递过来的新信息，发出指令给附近的冷却设备减小功率。惠普的实验数据显示，在惠普实验室的同一数据中心不采用DSC技术，冷却需要117千瓦，而采用DSC系统只需要72千瓦。

　　IBM则每年斥资10亿美元启动“绿色创新工程”，全面整合硬件、软件、服务和研发等部门以及合作伙伴的力量，并组建了由近千名出色的能效专家组成的“绿色”团队，向客户提供端到端的绿色数据中心解决方案。IBM“绿色创新工程”所能带来的能源节约相当可观：一个面积为25000平方英尺的数据中心可减少多达42%的能耗。