绿色数据中心的测试、评估与标准

　　什么是绿色数据中心?绿色数据中心应该参照什么样的标准来设计?目前，这些问题都还没有一个标准的答案。行业内对此的认识也不够深入。以前的相关国家标准主要针对计算机信息中心，而机房的标准只是针对基础设备层面的技术需求提出的。现在的数据中心不但涉及计算机设备，还要应对存储管理和应用软件等方面的挑战。为适应数据中心新的发展形势，国家有关部门应当尽早出台绿色数据中心的规范和标准，以此来指导数据中心的建设。

　　数据中心存在的问题

　　绿色数据中心是数据中心发展到一定阶段的必然产物。它涉及数据中心的方方面面，包括整体建筑、机房、空调、UPS、服务器等设备以及应用系统和管理效率等。能源紧张是世界性的一个问题。建设绿色数据中心的一个主要目的也是为了降低能耗，这也符合整个社会发展的潮流。降低能耗是企业在每一个业务环节必须关注的问题，也是提高企业成本竞争力的有力保障。在确保业务稳定运营的同时，降低IT长期运营成本是每一个现代企业的任务。那么，当前企业的数据中心主要面临哪些方面的问题呢?

　　第一是物理环境层面的问题。物理层面主要包括机房、UPS、布线、监控、空调等。传统的数据中心普遍存在局部过热导致系统宕机的问题。传统的数据中心因设计不合理，制冷系统不能按实际设备的需要进行分配，导致总体能源浪费高且存在局部过热的问题;机房空调设置不合理，没有采用机房专用的精密空调，而是直接采用了家庭舒适性空调;电源线缆布放过细，存在重大的安全隐患;由于没有配备保障电源，机房的设备安全运行无法保证。

　　第二是IT设备层面的问题，主要涉及服务器和存储设备等。为了解决这些问题，可以采用服务器虚拟化技术或提高芯片的性能能耗比等。数据中心的电力密度在过去几年增长了数倍。在美国，1992年每机柜的功率为2.1千瓦，到2006年，每机柜的功率达到14千瓦。很多企业经常因电力限制而无法充分利用机柜空间。处理器能力的飞速提高，导致数据中心基础设施电源需求大幅增加。人们既要用电力来驱动系统的运行，又要用相当多的电力来驱动空调，以达到冷却的效果。

　　第三是数据应用管理层面的问题，主要涉及应用系统与数据库。为了解决这些问题，可以实施应用系统的整合和信息生命周期管理等。在传统的数据中心里，数据存储混乱，没有达到服务器与存储的最佳效能比，增加了数据管理的难度，也导致了许多潜在的危险。很多数据中心至今没有实施合理的灾难备份，这给突发事件的处理带来了很大麻烦。要最大限度地发挥员工、合作伙伴和客户的潜力，企业中的每个员工必须能够快速查找和访问信息。IT专业人员和数据库管理员必须应对无计划的应用程序停机、较差的系统可伸缩性和性能以及对数据安全性缺乏适当控制等状况，而过时的或效率低下的数据管理系统难以满足此需求。

　　绿色标准有待商榷

　　对于绿色数据中心，业界的标准并不统一，没有形成可以参考的规范。笔者认为，绿色标准主要体现在两个方面。第一，数据中心整体设计的科学合理和设备的节能环保。绿色应该体现在通过科学的机房设计和建设，形成最优化的动力环境配置，实现初始投入的最小化，在保障机房设备稳定运行的同时，达到节能降耗的效果。此外，服务器和网络存储等设备也要实现效能比的最大化。第二，满足系统运营的基本要求，同时确保可扩展性。企业要合理规划数据中心的使用寿命，争取达到总体拥有成本(TCO)最小化。

　　笔者认为，数据中心的绿色化标准可以参考如下指标。

　　数据中心能源效率指标

　　该指标用于评估一个数据中使用的能源中有多少用于生产，还有多少被浪费。在这方面，绿色网格组织的电能利用率PUE(Power Usage Effectiveness)指标影响力较大。PUE=数据中心的总用电量/IT设备的总用电量。数据中心电能利用率的含义是在用户总输入的电能中，到底有多少电能被馈送到IT设备上。

　　数据中心机房的PUE值越大，表明为确保 IT设备安全运行所配套的由UPS供电系统、空调系统、输入/输出供配电系统及照明系统等组成的动力和环境保障基础设施的功耗越大。因此， PUE值越小，意味着机房的节能性越好。目前，国内绝大多数的数据中心PUE值为3左右，而欧美一些国家数据中心的PUE平均值为2左右。

　　IT设备的能效比

　　IT设备能效比=IT设备每秒的数据处理流量或每秒的数据吞吐量/IT设备的功耗。IT设备主要是指服务器、存储等设备。用户选用的IT设备的能效比越高，意味着IT设备每消耗1W的电能，所能处理、存储和交换的数据量越大。较高的IT设备能效比带来的另一个好处是，可以大幅度地降低与数据中心机房配套的UPS和空调系统的容量及功耗，从而达到节能、节省投资和节省机房安装面积的目的。因此，当用户选择服务器或存储设备时，不仅需要了解各种产品在满负荷运行时的功耗大小和效率高低，还要了解这些设备在轻负荷运行时的实际功耗大小和效率高低。

　　很多国家都有关于消费电子产品的能耗标准。我国已将服务器的节能指标纳入到国家节能规划体系中。从某种意义上讲，它标志着我国在推进服务器的节能方面已进入一个崭新的阶段。近年来，许多知名的IT厂商，如IBM、惠普、Dell、Sun和Cisco等，也纷纷推出各自的绿色数据中心解决方案。

　　IT设备的工作温度和湿度范围

　　如果用户选用了对工作温度和湿度都很敏感的IT设备，就不得不再花费大量的人力、物力去建立和维护耗能很大的空调保障系统。因此，用户应尽量选用具有较宽工作温度和湿度范围的IT设备。对于空调系统而言，在其他运行工况条件保持不变的情况下，如果将空调机的运行温度(例如回风口的温度)提高1℃，就可将其运行效率提高3%左右。

　　机房基础设施的利用率指标

　　机房基础设施的利用率指标主要包括关键电源及制冷设备的综合利用率、布线的合理程度、管理的人性化程度等。在机房的基础设施方面，与UPS相关的电源设备也是节能需要重点考虑的环节。

　　调查显示，尽管机房UPS的购买成本约占整个机房投入的5%左右，但是其电源消耗则占到机房总电耗的10%以上。要降低数据中心制冷的能耗，最根本的办法是减少外界的热量进入，同时减少内部热量的产生。为了减少外界的热量，要求数据中心建筑物必须符合相关标准，比如符合《公共建筑节能设计标准》(GB50189-2005)的要求。

　　绿色数据中心的评估

　　绿色数据中心的本质是一整套设计和方法论，而不是简单地购买新一代产品。最高效的数据中心不一定就是绿色的。建设绿色数据中心需要从整体上把握，考虑位置、环境、物理建筑、基础设施、员工、系统建设和维护等众多因素。对于企业的IT负责人来说，绿色数据中心的效果就像是一条长尾——曲线的前端通常由服务器功耗、体积、空调功耗、不间断电源等“大指标”组成，而曲线的尾部则由空气动力设计、设备摆放位置、机柜和服务器之间的距离、维护难易程度等无数“小指标”组成。如果没有整体设计和方法论，即使抓住了全部的“大指标”，也未必能达到理想的绿色效果。

　　1.基础设施与动力环境设计、安装合理，达到最优化

　　第一，数据中心应配置保障电源，至少配置N+1的UPS电源，确保市电中断以后，设备能正常运行。如果条件允许，应该再配置一台发电机，以避免因市电中断时间过长造成的不良后果。

　　第二，数据中心要配置机房专用的精密空调，并做好整体监控，并能根据机房环境和湿度的变化，随时对空调的运行进行调节。

　　第三，数据中心要建设专用的送风通道。数据中心的设备能耗大，发热量也大。在机房设置地板，建立专用的下送风通道是一种解决方案。

　　第四，要进行专门的规划。企业不仅要对业务的发展做好长期规划，还要对机房进行全面规划，然后再根据业务发展的需要分步实施。只有这样，机房的建设才能更规范，才不会出现电源线缆发热等情况。

　　2.重点关注耗能的各个部分，层层把关，严防超标

　　第一，要关注IT设备系统。据ICTresearch的统计，服务器、存储和网络通信等设备产生的功耗约占数据中心机房总功耗的50%左右。其中，服务器所占的总功耗约为40%，另外约10%的功耗由存储设备和网络通信设备均摊。

　　第二，要关注空调系统。据ICTresearch的统计，空调系统产生的功耗约占数据中心机房总功耗的37%左右。其中，约25%来源于空调制冷系统产生的功耗，另外约12%来源于空调送风和回风系统产生的功耗。

　　第三，要关注UPS供电系统。据ICTresearch的统计，UPS供电系统的功耗约占机房总功耗的10%左右。其中，约7%是UPS供电系统产生的功耗，另外约3%来源于UPS输入供电系统产生的功耗。

　　第四，要关注照明系统。据ICTresearch的统计，照明系统的功耗约占数据中心机房总功耗的1%左右。

　　3.关注数据中心的整体成本和环保措施，达到最大效用比

　　当前，建造绿色数据中心和建造普通数据中心的成本相差无几。许多所谓的绿色实施计划，比如采用更高效的服务器，实现更好的系统整合，采用虚拟化技术以及高效的冷却设备等，都已经成了当前数据中心建设事实上的标准。从这个角度讲，绿色数据中心与传统数据中心在建设成本上的差别并不明显。

　　建设绿色中心还有一个关键问题，就是环保。数据中心的建设不仅仅是服务器、存储等设备要节能环保，数据中心本身的建设也要遵循环保规范。一提起数据中心的绿色环保措施，人们首先想到的是减少能耗，提高能效，尽量减少空调数量，以便节省能源等。上述措施基本都集中在对硬件设备的改造上。

　　其实，软件也是实现数据中心绿色节能环保的重要手段。软件为绿色数据中心做的最大贡献在于，软件可以改变数据中心的数据系统架构，从而减少服务器等设备的使用量，达到绿色数据中心的设计目标。采用目前流行的虚拟化技术，可以在一台服务器中运行多个应用，这相当于将一台服务器作为几台服务器使用，从而大大提高了服务器的使用效率，减少了物理服务器的使用量。这也是虚拟化软件日益流行的重要原因。

　　节能技术及能耗监测工具

　　为实现数据中心能源的自动调节，满足相关的节能要求，一些IT厂商推出了相关的技术或工具。

　　惠普动态功率调整技术(Dynamic Power Saver，DPS)可以实时监测机箱内的电源消耗，并根据需求自动调节电源的供应。

　　IBM Provisioning软件可在服务器不被使用时将其置于待机状态，使得服务器功耗减少80%。

　　为了能够测量或评估数据中心的能耗，一些厂商或标准化组织也推出了相关的工具。

　　APC发布的Trade-Off Tools由7个计算器组成，包括虚拟化电力成本计算器、数据中心效率计算器、资本支出计算器、供电规模计算器、InRow遏制选择器、直流/交流计算器和碳计算器。

　　Avocent公司的电源管理软件Dsview 3 Power Manager，可以让用户实时监测数据中心IT设备的能耗和能源使用情况。

　　IBM的Power Executive软件可帮助客户通过智能技术，确定实际能耗和系统温度，从而有效地管理数据中心的电力消耗。

　　艾默生网络能源推出的机房动力系统与环境测试评估服务，包括18项测试评估服务项目，几乎囊括了机房动力系统与环境的所有要素。

　　SPEC(Standard Performance Evaluation Corporation)能够对与服务器性能相关的参数进行测试。SPEC采用公制对个体服务器功耗进行测算。

　　Uptime Institute的能量使用工具相当于一款总体拥有成本计算器，允许用户将数据中心基础架构信息输入电子数据表，然后计算出新的数据中心创建和运作的成本。

　　West Kingston的网络工具可对数据中心的用电功率进行评估。

　　Dell的在线工具Datacenter Capacity Planner，主要用于测量基础架构的能量输出、功率(每小时消耗的瓦特数)、冷却值(BTU)和性能(每秒执行的指令数)。

　　绿色数据中心机房的测试与评估

　　评估绿色机房的七大利器

　　本报记者 郭涛

　　Trade-Off Tools由7个计算器组成，包括虚拟化电力成本计算器、数据中心效率计算器、资本支出计算器、供电规模计算器、InRow遏制选择器、直流/交流计算器和碳计算器。APC中国区市场推广总监谢卫刚介绍说：“借助Trade-Off Tools，用户只要输入数据中心容量、负载、服务器数量、电力成本及其他与数据中心相关的参数，就能通过这7个计算器计算出相应的数值及百分比，使用户对数据中心的电力效率有一个直观而清晰的了解，为日后科学规划和建设绿色数据中心提供可靠的依据。”

　　过度规划是导致数据中心效率低下的重要原因。传统数据中心在规划阶段通常会根据服务器提供的相关参数进行电力配备，但服务器提供的参数值通常是最高负载情况下的电力损耗，再考虑到机房、UPS冗余设计等因素，使得大量数据中心机房在规划时就已经处于过度投资状态。事实上，负载量越小，数据中心的效率就越低。最坏的结果是，超过一半的数据中心供电和制冷将成为固定损耗。在整合和虚拟化已成为数据中心两大主流趋势的情况下，高密度服务器、网络存储设备的使用越来越广泛，如果不能采用行之有效的供电和制冷解决方案，数据中心的低效问题将更加突出。解决数据中心低效问题的关键是在规划阶段就能清楚地了解数据中心的负载、效率和能耗情况，从而制定切实可行的计划。这时，Trade-Off Tools就有了用武之地。

　　1.虚拟化电力成本计算器

　　虚拟化是提高数据中心效率的一个重要手段。采用虚拟化技术不但可以降低硬件购置成本，还能减少硬件的供电容量和制冷容量。虚拟化电力成本计算器可以更直观地说明，实现服务器虚拟化后，数据中心到底能够减少多少物理基础设施，节约多少电力成本。

　　2.数据中心效率计算器

　　数据中心效率计算器可以对数据中心进行概要性描述，并根据数据中心的关键指标，计算出相应的效率及电力成本。当用户输入供电和制冷系统的详细配置后，此工具可以通过三维效率模型展示计算的结果，包括数据中心的效率值，以及不同的数据中心设计及运行条件对数据中心效率及电力成本的影响。

　　3.资本支出计算器

　　资本支出计算器的主要用途是定义关键物理基础设施的参数，并根据这些参数计算出资本支出。通过确认负载、冗余、密度及电源/冷却等系统的特性，资本支出计算器可以预测出机房所需的机架数量、地板空间以及总体基建成本。

　　4.供电规模计算器

　　供电规模计算器定义了IT负载的基本特性，并能计算出 支持此负载需要多少电力输入。此工具具有交互的特性，使得用户可以通过更改服务器及存储系统的负载特性，对假定情况进行测试，然后计算出总负载，并最终得到相应的电力需求情况。

　　5.InRow遏制选择器

　　对于绿色机房来说，制冷是十分重要的一环。根据用户在机房设备布局上的偏好以及机房空间的限制条件等，InRow遏制选择器可以生成机架式和行级制冷配置的典型解决方案。InRow遏制选择器可以指导用户构建一个高效的制冷架构，包括机房中的设备应如何摆放以及如何更充分地使用机房空间等。InRow遏制选择器可以为用户提供一个优化的机房制冷方案。

　　6.直流/交流计算器

　　直流/交流计算器可以比较4种不同的电源分配架构的电力效率，包括现有交流、最优方案交流、415V交流和380V直流。

　　7.碳计算器

　　碳计算器可以将电力的消耗量转化为二氧化碳的排放量，以此来衡量数据中心的绿色化程度。其中，数据中心的位置、效率和功率负载等一系列参数，都会影响到二氧化碳的排放量和数据中心电力成本的支出。

　　规划是关键 测评是基础

　　在节能减排的大趋势下，数据中心刮起了绿色风。但是，什么才是绿色数据中心呢?建设真正的绿色数据中心，正确理解绿色的内涵是前提，科学、长远的机房建设规划是关键，全面、专业的测试评估是基础。

　　全面规划

　　绿色数据中心是数据中心发展到一定阶段的必然产物。在建设绿色数据中心的过程中，降低能耗和节约空间是很多企业首先要考虑的问题。实际上，绿色数据中心或者说数据中心的绿色化，不仅仅意味着让数据中心更节能，或者让数据中心内的设备节省更多占地空间，还意味着让数据中心内的支撑系统接地更安全，电气连接和布线更可靠以及降低内部环境空气污染、噪音污染、电磁干扰和辐射污染等。从这个角度说，绿色的概念既包括节能、省地等显性因素，也包括安全、无污染、无干扰等隐性因素。

　　现实情况是，数据中心的支撑系统和运行环境中隐藏的问题并不容易察觉。而这些问题一旦出现，对数据中心造成的危害将十分严重。比如，电气设备发生腐蚀或出现过载情况时，相关器件就会产生过多热量。这种不正常的升温很难被觉察，却严重威胁着整个系统的安全。另外，在日常维护中，用户如果对大功率交流电源供电设备老化后的实际带载能力不进行监测，也可能会导致一系列故障。

　　对于数据中心用户来说，既要关注显性因素，又不能放过隐性因素。因此，只有从整体上把握，才能真正理解绿色数据中心的内涵。在数据中心的建设和改造过程中，科学、长远的规划是构建绿色数据中心的关键，而这一切的基础是深入了解现有数据中心的支撑系统和运行环境，并进行全面测试和评估。

　　保证测评的专业性

　　如何才能实现全面测试和评估呢?数据中心的支撑系统和运行环境涉及面非常广，涵盖电力、电子、计算机、机械、化工、热能等方面。一般企业的技术人员知识结构往往比较单一，加上测试和评估工具的限制，使得企业用户往往无法独立进行相关的测评与评估。此外，在测评过程中，还需要借助专业的系统和设备，如果操作不当，可能会给数据中心机房带来不必要的风险。

　　正是看到企业自身不能胜任对数据中心机房进行测评的现状，一些软件测评中心和设备厂商推出了机房动力系统与环境测试评估服务。以艾默生网络能源推出的机房动力系统与环境测试评估服务为例，它通过专业的工具和科学的规程，对动力系统和机房环境的各种因素进行全面测试与评估，找出机房动力系统和环境中存在的隐患，最终形成详细的评估报告，并提出有针对性的改进建议，帮助客户提升机房的整体可用性。

　　艾默生网络能源推出的机房动力系统与环境测试评估服务具有全面、专业和灵活的特点。

　　全面是指该测试评估服务覆盖面广，包括机房环境类服务、设备类服务和软环境类服务。每一类又包括6个服务项目。具体来讲，机房环境类测试评估服务包括接地与安全防护评估、电气连接与布线评估、空气质量和噪音评估、电磁干扰与辐射评估、温湿度与热分布评估、电网质量及谐波评估;设备类测试评估包括性能指标测试、假负载离线测试、极限性能测试评估、设备/系统综合评估、温升/红外热成像、能效分析;软环境测试评估服务包括单线图审核和更新、机房设计与布局评估、应急措施和预案评估、监控系统应用评估、维护技术和能力评估、维护制度与流程评估。这18项测试评估服务项目几乎囊括了机房动力系统与环境的所有要素，能够对机房动力系统与环境进行全方位的“健康检查”。

　　专业是指该测试评估服务由专业技术人员按照专业程序使用专业仪器进行，保证测试结果和评估建议的权威性。灵活是指企业可以根据实际需要，定制适合自身需求的不同服务项目。比如，企业的机房动力系统和环境监控系统使用了较长时间，设备性能严重下降。在这种情况下，企业可以根据系统的具体情况，定制性能指标测试评估服务。在绿色数据中心建设如火如荼的今天，将数据中心机房的规划、建设、维护和测试评估服务外包给专业机构或厂商将成为一个趋势。