隨著(zhù)云計算的高速發(fā)展，大型數據中心建設在全球掀起了新的熱潮。數據顯示，目前全球數據中心的用電量和碳排放量已經(jīng)占據全球總量的1%以上，由于數據中心產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，這一比重還在迅速提高。在此背景下，構建綠色高效的數據中心已不再僅僅是企業(yè)基于自身經(jīng)營(yíng)需要的選擇，同時(shí)也是企業(yè)乃至整個(gè)行業(yè)都必須肩負的重大社會(huì )責任。作為綠色節能技術(shù)的行業(yè)推動(dòng)者和踐行者，華為憑借在數據中心建設領(lǐng)域的多年實(shí)踐，提出了“4步走”的全生命周期節能觀(guān)點(diǎn)，助力運營(yíng)商量身打造綠色高效的數據中心。
第一步：規劃為先，制定合理的建設目標
一個(gè)數據中心是否綠色高效，很大程度上是由其規劃決定的。在規劃階段，建設者需要確定建設規模、標準、選址、分期計劃，技術(shù)上要明確可用性、功率密度、PUE（Power Usage Effectiveness）等重要指標。其中的PUE指標是衡量數據中心設施能效的重要依據，通常PUE值越低，能效越好。而PUE值的高低受建設規模、可用性、功率密度，尤其是所在地自然氣候條件的制約，其中影響最大的因素是選址。建設者應該優(yōu)先考慮全年低溫時(shí)間較長(cháng)的地區，或者河邊、海邊等水源豐富的地區，充分利用自然冷源，降低制冷系統的能耗。另外，選址還應該綜合考慮當地空氣的濕度、潔凈度、酸性氣體含量等因素，避免因為過(guò)濾、加濕增加額外能耗。比如華為幫助中國移動(dòng)在哈爾濱建造的一個(gè)試驗性的數據中心，結合當地氣候條件、空氣質(zhì)量等因素，采用了轉輪空調的間接換熱方案，在利用室外低溫空氣的同時(shí)，隔絕了機房?jì)韧獠靠諝獾慕粨Q，從而有效地避免了冬季加濕和酸性氣體腐蝕等問(wèn)題。經(jīng)過(guò)第三方檢測機構連續6個(gè)月的測試，其平均PUE值僅為1.22。為此，該項目獲得了當年“DCD綠色數據中心獎”。
第二步：選擇合適的制冷方案
充分利用自然冷源進(jìn)行免費冷卻，是數據中心綠色節能的一個(gè)主要發(fā)展方向。為了充分利用空氣、地表水、地下水等免費冷源，工程師們設計出了直通風(fēng)、水源熱泵、江水（海水）直接冷卻、直接蒸發(fā)等等眾多的新型制冷系統，其中一些已經(jīng)顯現出較好的應用前景。比如在空氣質(zhì)量良好、溫濕度較適宜的地區，可直接利用冷空氣作為冷源，實(shí)現免費供冷。華為在土耳其伊斯坦布爾為當地客戶(hù)設計的一個(gè)大型數據中心就是很好的例子，其制冷系統采用了直通風(fēng)與風(fēng)冷冷水系統結合的方案，由于全年完全機械制冷時(shí)間只有215小時(shí)，其年平均PUE值可達到1.28。
為了延長(cháng)利用自然冷源的時(shí)間，需要提高對服務(wù)器機柜的送風(fēng)溫度，這就對服務(wù)器等IT設備提出了更高的要求。近10年來(lái)，主流設備供應商改進(jìn)了其產(chǎn)品設計，使得IT設備能夠在35攝氏度、甚至更高的送風(fēng)溫度下正常工作。
在空調系統的末端，縮短送風(fēng)路徑、減小熱交換的損耗是降低能耗的主要發(fā)展方向之一。空調系統與IT設備之間的熱交換，從房間級空調自然送風(fēng)發(fā)展到冷熱通道分離和封閉冷（熱）通道；在功率密度較高的場(chǎng)景中，行級空調的應用進(jìn)一步縮短了送風(fēng)距離，降低了損耗；另外還有尚處于商業(yè)應用初期的熱管背板、冷水前板等機柜級方案，和處于試驗階段的服務(wù)器甚至芯片級冷卻方案。其思路都是將換熱媒介盡量地靠近需要冷卻的IT設備，以提高換熱效率。目前，華為已在實(shí)驗室完成了服務(wù)器液冷技術(shù)的原型機驗證。在中國移動(dòng)南方基地項目建設中，華為就采用了密閉冷通道、行級空調、熱管背板等新技術(shù)。與傳統的房間級空調相比，在空調末端這一環(huán)節可以減少20%～40%的能量消耗。
第三步：利用清潔能源、提高電氣系統效率
供配電系統是另一個(gè)能耗較大的環(huán)節，近年來(lái)技術(shù)人員在提高產(chǎn)品性能與改進(jìn)系統架構等方面不斷創(chuàng )新，大大減少了供配電系統自身的能耗。同時(shí)，充分利用太陽(yáng)能、風(fēng)能等清潔能源，可以有效減少碳排放。比如華為在墨西哥為Alestra的數據中心設計的一套以天然氣為一次能源的冷熱電三聯(lián)供系統，以天然氣為發(fā)電機燃料，為數據中心提供100%的電力供應。相比燃煤或燃油機組，其發(fā)電環(huán)節的碳排放量顯著(zhù)降低。與此同時(shí)，燃燒產(chǎn)生的高溫廢氣、廢水被重新利用，驅動(dòng)吸收式冷機運行，產(chǎn)生的冷量能夠滿(mǎn)足整個(gè)數據中心70%左右的需求。
在簡(jiǎn)化供電結構方面技術(shù)人員做出的主要改進(jìn)之一是去UPS化。由于UPS在為IT設備提供優(yōu)質(zhì)、可靠電力的同時(shí)，自身也要消耗5%左右的電能，已經(jīng)有越來(lái)越多的人嘗試用新的電源技術(shù)替代基于UPS的方案，包括利用動(dòng)能的飛輪UPS、減少交直流轉換的高壓直流方案，以及基于電池組的機柜級備電方案等。其中高壓直流方案相比UPS方案減少了兩次交直流轉換，能夠實(shí)現更高的效率。比如華為幫助聯(lián)通在上海建設的一個(gè)采用240V高壓直流和UPS混合供電方案的數據中心，其電源系統的能效就達到了96%。隨著(zhù)技術(shù)及工藝水平的進(jìn)步，高壓直流電源的效率還會(huì )進(jìn)一步提高。
第四步：運維和管理中不斷調整、優(yōu)化
數據中心建成后的日常運維和管理工作對實(shí)際能效同樣會(huì )產(chǎn)生較大的影響。一方面，正確的日常維護有利于各種設施保持在良好的工作狀態(tài)；另一方面，由于冷機、冷卻塔、空調風(fēng)機等主要耗能設備都存在一個(gè)非線(xiàn)性的效率曲線(xiàn)，在設計建造時(shí)很難將其控制策略和相關(guān)參數一次性設定到位，只能在實(shí)際運行中不斷進(jìn)行摸索和調整。另外，IT設備和運維水平能夠承受什么樣的室內溫、濕度范圍，也只有通過(guò)一定時(shí)間的實(shí)際運行才能摸索出來(lái)。在數據中心建成后，如果安排專(zhuān)門(mén)人員有計劃地摸索、記錄、調整這些運行狀態(tài)數據，通過(guò)2～3年的運行即可達到最佳能耗。比如百度在北京酒仙橋的數據中心就通過(guò)2年多的不斷調整和優(yōu)化，將PUE從設計時(shí)的1.40降低到1.33，從而節省了大量運營(yíng)成本。
華為從全生命周期角度出發(fā)，提出“4步走”的節能觀(guān)點(diǎn)，致力于幫助運營(yíng)商規劃、建設并管理一個(gè)高能效、環(huán)境友好的新一代綠色數據中心，不僅為企業(yè)經(jīng)營(yíng)帶來(lái)收益，更為保護我們共有的地球家園做出應有的貢獻。
