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发布日期:2024 年 4 月 2 日
撰稿人:Tasmiha Khan、Michael Goodwin

什么是绿色数据中心?

绿色数据中心或可持续数据中心是一种容纳 IT 基础架构并使用节能技术来优化能源使用并最大限度地减少对环境影响的设施。

组织使用绿色数据中心来实现更高的能源和资源效率、更长的基础设施生命周期、降低数据中心成本并最大限度减小碳影响。实现这一目标的方法之一是重新利用或回收物理设备以及计算系统产生的热量。绿色数据中心还经常使用太阳能和风能等可再生能源。总体目标是通过采用智能供能方法来优先考虑数据中心效率和环境可持续性

数据中心可持续性是优化组织资源使用和促进长期可行性的重要组成部分。采用节能措施有助于组织通过降低数据中心的总体能耗来削减成本。

通过在数据中心采用虚拟化、节能硬件和可再生能源等技术,组织可以优化能源使用、尽量减少浪费并节省资金。

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绿色数据中心的能源效率

长期以来,各组织一直在努力应对与传统数据中心相伴而生的能源消耗挑战,这些挑战可能会导致运营成本增加,并对环境造成显著影响。这些设施通常容纳许多服务器(和其他 IT 设备),这些服务器使用大量电力进行计算、联网和执行数据存储功能。

衡量能源效率
能源使用效率 (PUE)

用于评估数据中心效率的指标之一是能源使用效率 (PUE)。PUE 和碳使用效率 (CUE) 是由 The Green Grid 开发的指标,The Green Grid 是一家致力于提高能源效率的非营利性协会。

PUE 的计算方法是将数据中心总能耗除以专门用于 IT 设备的能量。商值越接近 1,效率越高。PUE 是衡量当前效率以及衡量数据中心任何变更对效率影响的有效工具。

碳使用效率 (CUE)

碳使用效率用于评估数据中心在碳排放方面的可持续性。公式为:CUE = 数据中心总能源产生的二氧化碳排放量除以 IT 计算设备的能源消耗。

 

绿色数据中心的组成

在高效数据中心的设计、开发和运行过程中,使用了各种策略和组件:

减少建筑占地面积

绿色数据中心优先考虑紧凑高效的设计,以最大限度地减少建筑施工所需的总体物理空间。这种数据中心设计方法不仅可以节约资源,还有助于减少设施对环境的影响。

绿色数据中心选择低排放材料和实践,有助于确保构建过程本身最大限度地减少释放到环境中的有害物质。在整个建设和运营过程中,绿色数据中心都融入了节能基础设施元素。从照明系统到建筑机械,从业者都在努力减少能源消耗,促进可持续发展。

绿色数据中心还实施策略以最大限度地减少建筑垃圾,重点是回收材料和负责任地管理废弃物品。

 

高效的冷却系统

高效的冷却系统在解决数据中心能耗挑战方面发挥着至关重要的作用。传统设施通常依靠空调系统来为服务器冷却并防止过热。但是,这些系统可能是能源密集型的,对整体功耗有很大影响。实施先进的冷却技术,如液体冷却或精确冷却,有助于通过优化温度控制和减轻传统空调的工作负载来提高能源效率。

在空气冷却中,冷空气在设备周围循环以吸收热量。空气冷却是一种传统且经济高效的方法,适用于较小的数据中心,但可能难以承受高密度热负荷。

液体冷却使用液体(通常是水)来传递和分散热量。液冷可提高处理高密度热量的效率,实现精确的温度控制并降低能耗。然而,它需要专门的基础设施和维护。

余热的利用

提高数据中心可持续性的一种创新方法涉及利用废热来获得额外的能源效益。数据中心没有将废热视为缺点,而是将其用于有益的目的。

一种方法是热电联产 (CHP),其中废热被捕获并用于产生额外的电力或为其他过程提供热量。这既提高了整体能效,又最大限度地利用了数据中心内产生的能量。2

 

热通道和冷通道

热通道和冷通道封闭策略还有助于促进数据中心更高效的冷却。这些策略包括适当安置服务器机架以优化气流并最大限度地减少热空气和冷空气的混合。在热通道封闭设置中,服务器机架彼此相对,热废气被引导到封闭的通道中。

冷通道封闭涉及安排服务器机架,使得冷空气入口彼此面对,从而形成一个封闭的冷通道。冷通道封闭有助于提高冷却效率,减少冷却系统的工作负载,并确保更可预测和均匀的温度分布。这有助于节省数据中心运行的总体能耗。3

虚拟化

虚拟化支持在单个物理服务器上运行多个虚拟服务器,从而整合工作负载并提高资源使用率。通过最大限度地利用现有硬件,虚拟化减少了所需的物理服务器数量,从而减少了能耗并提高了数据中心基础设施的效率。

负责任的计算

绿色数据中心强调负责任的计算,或工作负载和资源使用的优化。这种强调有助于减少或消除浪费的空间,并使组织能够更节能地利用基础设施资源。

可再生能源

可再生能源整合到数据中心的能源供给中是实现可持续发展目标和减少这些设施对环境影响的重要一步。通过从传统能源(例如燃烧时会排放温室气体的化石燃料)转向太阳能、风能或水力发电等可再生能源,数据中心可以减少对不可再生能源的依赖。

这种转变与应对气候变化的更广泛努力相一致,并促进了更清洁、更可持续的能源结构。减少碳排放并最大限度地减少碳足迹是实现更可持续数据中心运营的基本目标。

再利用和回收

作为其环保实践的一部分,可持续数据中心强调 IT 设备的再利用和优化。这些中心不是丢弃和更换硬件,而是通过升级、翻新和高效维护来延长 IT 设备的使用寿命。

可持续数据中心非常重视负责任的回收实践。4 当硬件达到其使用寿命时,负责任的回收可以适当处置有害材料,并回收可重复使用的组件以实施回收计划。

数据中心基础设施管理 (DCIM)

数据中心基础设施管理包含许多此类举措。DCIM 提供了一个集中式平台,用于监控和管理数据中心基础设施的各个方面,包括配电、冷却系统和 IT 资产。

DCIM 工具通过持续跟踪和分析数据中心内的能源使用情况来监控功耗。通过使用高级监控工具,数据中心运营商可以深入了解服务器、冷却系统和照明等各部分的电力分配和使用情况。这种实时可见性可主动识别效率低下问题并实施优化策略。

绿色数据中心认证和协会

认证在认可和促进数据中心内的可持续发展实践方面发挥着举足轻重的作用。值得注意的认证和协会包括:

领先能源与环境设计 (LEED)

LEED 认证旨在强调对环境负责的建筑和运营实践的承诺。LEED 认证涉及满足与能源效率、用水、材料选择和整体环境影响相关的具体标准。

Energy Star

Energy Star 是由美国环境保护署 (EPA)(ibm.com 外部链接)和美国能源部 (DOE) 为提高能源效率而制定的一项计划。贴有标签的商品符合或超过这些机构设定的能效标准。重点是在保持功能和质量的同时大幅降低能耗。

The Green Grid

The Green Grid 是一个非营利性协会,专注于提高数据中心和商业计算环境的能源效率。The Green Grid 成立于 2007 年,汇集了包括 IT 专家、供应商和最终用户在内的行业专业人士,旨在协作应对数据中心运营对环境的影响。该组织提供资源、指南和标准,以促进可持续实践并提高整个数据中心行业的能源效率。

云计算与绿色数据中心

云计算有可能帮助降低能耗,因为它允许多个用户共享相同的物理服务器和应用程序。但是,云计算的积极影响无法保证;这取决于几个因素。

从积极的一面来看,云计算能够整合云服务提供商运营的集中式数据中心的计算资源。这种整合可以提高资源的利用效率,从而降低各个企业在本地运行自己的服务器所带来的总体能源消耗。

云供应商可以优化工作负载,动态分配资源并实施节能技术,从而为更大规模的节能做出贡献。节能硬件和冷却技术在决定这一优势的规模方面大有帮助。

不利的一面是,云计算的兴起极大地促进了全球数据中心的增长和大量的能源消耗。《2023年美国数据中心市场概览报告》指出,受 AI 和机器学习就绪机架需求的推动,到本十年末,数据中心的功耗有望达到 2022 年的两倍。5 将数据传输到云端和从云端传输数据也是一个能源密集型过程,尤其是在数据中心离用户较远的情况下。

为了产生净积极影响,组织必须强调工作负载优化,并将有效利用资源和避免闲置浪费作为其云战略的优先事项。他们使用的提供商必须拥有存储和服务器距离用户更近的分布式数据中心网络。这可降低数据传输的能源成本。组织必须投资节能硬件和基础设施(或与相关提供商合作),并强调数据传输效率。

总体影响通常取决于云提供商数据中心运营的能源效率。希望实施绿色能源战略的组织必须牢记这一点。

绿色数据中心的优点

绿色数据中心有助于减轻人们对能源消耗、环境影响和可持续性的日益增长的担忧。绿色数据中心提供了一系列激励措施,包括:

  • 节省成本:绿色数据中心通过提高能源效率和优化资源,有助于降低运营成本。

  • 减少对环境的影响:通过在建设和运营过程中采用环保实践,绿色数据中心有助于减少碳足迹、减少电子垃圾并保护自然资源。

  • 更高的能效:绿色数据中心耗电量更少,降低了总体能源消耗和相关的环境影响。

  • 提高可持续性:强调设备再利用、负责任的回收和可持续建设有助于确保数据中心的长期可持续性。
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脚注

所有链接均为 ibm.com 外部链接

1气候变化背景下可再生能源的成本、环境影响和复原力:综述”,Ahmed I. Osman、Lin Chen、Mingyu Yang、Goodluck Msigwa、Mohamed Farghali、Samer Fawzy、David W. Rooney& Pow-Seng Yap,Springer Link,2022 年 10 月 28 日

2热电联产基础知识”,Energy.gov

3绿色电力伙伴关系”,EPA.gov

4再利用、翻新、回收:循环经济思维和数据中心 IT 资产”,Dan Swinhoe,Data Center Dynamics,2022 年 3 月 8 日

5Newmark:到 2030 年,美国数据中心的能耗将翻一番”,Matthew Goodwin,Data Center Dynamics,2024 年 1 月 15 日