李 棒

（深圳绿色云图科技有限公司，广东深圳，518106）

云计算数据中心节能关键技术分析

李 棒

（深圳绿色云图科技有限公司，广东深圳，518106）

随着经济的快速发展，各行各业对于信息化的运用越来越普遍，云计算作为信息化技术发展中的一部分，对云计算数据中心节能进行定量指标方面的分析和研究，并且针对云计算数据中心节能的一些关键性技术，即机房选址、IT设备选型、电源系统优化、制冷系统设计和应用场景的选择等进行详细的分析和研究。

云计算；数据中心；节能；技术

0 引言

信息化的发展为数据中心的发展奠定了坚实的基础，从而也推进了全球数据中心规模化、虚拟化、绿色化、智能化的发展，并且就当前中国建立的一些大型数据中心，均已经将云计算技术运用其中，并且最新型的SaaS、laaS类的业务作为当前数据中心节能发展的重要方向[1]。云计算数据中心节能主要是在云计算结构的基础上，不仅保持了云计算业务的灵活性特征，而且也具备了节能性的特征，进而使得整个云计算的过程都能够保障一个较为合理的运算成本，并获取巨大的利润。

1 云计算数据中心节能定量方面的分析

1.1 云计算数据中心运营成本的组成部分

在云计算技术应用的过程中，施耐德公司主要就是采用一种数据中心，并且可以作为成本核算的工具，对传统的数据中心的总成本进行有效的测算。如图1成本测算，数据中心耗能最大的地方就是要进行成本控制的主要部分，并且其比例占据总成本的1/5，所以，数据中心运营成本控制的主要部分就是电力。在整个测算的过程中，其额定的功率是100KW，功率密度是500W/m2，每个机器的额定功率是1500W，冗余方式依据2N来进行核算，生命周期保障是10年。

1.2 云计算数据中心电力能耗的组成部分

就当前中国的数据中心的能耗发展情况来看，电力能耗分布的情况如下，即IT设备占据48%，UPS占据7%，制冷系统占据35%，照明占据5%，其它占据着5%，由此可见，数据中心的能耗最主要的构成部分就是IT设备、制冷系统和UPS。然而，从能耗这个角度来看问题，其中最重要的数据就是PUE值。而能耗与IT使用的能耗比公式如下。

图1 成本测算

PUE=数据中心总设备能耗/IT设备能耗

=（IT设备能耗+空调能耗+供配电系统能耗+其它能耗）/ IT设备能耗

=1+空调设备能耗+供配电系统能耗/ IT设备能耗+其它能耗/ IT设备能耗

=1+CLF+PLF+其它能耗因子综上可以看出，PUE值自身就是一个基准，且基准为2，当其PUE值接近为1时，其节能水平越高。

2 云计算数据中心节能的关键性技术

2.1 机房选址

就中国当前的数据中心在能耗、电力、功率方面的消耗处在全球较高的水平范围内，尤其是在十二五规划中，工业的数据中心PUE值要降低到8%的范围内，通信业是不能高于1.5%。因此，为了节能目标的实现和经济效益方面的考虑，对数据中心选址方面的考虑一般除了考虑经济、交通、安全、政策、人力、网络等方面的因素，还应该就制冷方面的问题进行全面性的考虑。就这些因素的限制下，我国北方地区地区，地域辽阔、冬季较夏季时间长，电力资源丰富、温度低、空气清新，为制冷奠定了一定的独有优势，其优势性非常显著，同样，也为能耗的降低提供了先天性的优势条件[2]。

2.2 IT设备选型

IT设备节能改造方面的发展向着聚合微服务器、虚拟切分X86服务器和新型Atom芯片方向发展。尤其是Atom芯片的使用，采用的就是将能耗降到最小的技术，不仅能够运用于智能手机，而且还能够运用于平板电脑之类的服务器，同传统的服务器对比，其耗能量实现了质的降低，云计算的过程中不仅资金的投入量少、电量少，而且其计算能力大大的增强。

2.3 电源系统优化

电源系统的优化设计主要就是高频UPS的使用，因为UPS的电源转化功率和负载率呈现出正相关的关系。如当前我国电信运营商的发展过程中，其电源转化效率提高了4%~5%，其可靠性和安全性也大大的提升。其次，还消除了中心式的UPS，谷歌在发展的过程中，在每个服务期内都设置了一个电池，这些电池自身就可以提供电源，而且其转化率达到了99.9%。

2.4 制冷系统设计

2.4.1 数据中心高温化

在信息化发展的过程中,谷歌作为数据中心高温化发展的典型，其数据中心的PUE值达到了1.2的范围，领先于世界水平。在运行过程中，其数据中心服务器自身的运行温度达到了27℃，普通的也保证在了21℃，在这个技术性要求较高的系统中，最为关键性的就是服务器的崩溃点和温度的精准性控制。然而，中央处理器最难的一点就是对温度的控制，但是，控制其温度并不是核心的关键点，而是要解决内存和硬盘方面的问题。只有运行空间扩大了，温度即使升高也不会影响机器运行。

2.4.2 控制冷热通道

在这个技术得设计中，采用了冷热双通道的设计理念，主要就是将服务器背靠背的进行排列，由服务器开始从前面将冷风吸入，在后排地区将热风排出去。服务器都合理的布置在机器的柜台里，机柜和服务器前面的部分都必须要保持一致性，形成一个机柜前门和服务器设备之间的专用性通道，相向布置，形成一个密封性的通道，这就是我们所说的“冷热通道”布局，同时，这种布局在应用的过程中，完全的将热通道密闭，并且大大的将能耗降低[3]。

2.4.3 自然冷却和水冷空调

（1）自然冷却。在长期的发展中，在冬天这个季节里，一些云计算数据中心会将室外的冷空气抽入机房内部，通过过滤之后，实现了设备上的降温，在夏天这个季节里，实现能量的转换，尽量将空调使用的时间降低，减少空调的工作负荷量。（2）水冷空调。水冷空调就是室外环境的温度处在一个低温的状态时，就可以关闭制冷机，使用换热器进行热量之间的转换，实现自然冷却。

2.4.4 液体冷却技术

上述制冷系统空气作为散热介质，难以适应数据中心高热密度芯片的散热需求。而随着数据中心朝大规模、高集成和高热密度的趋势快速发展，单机架功率密度越来越高，传统风冷散热方式将会达到散热能力的瓶颈。高效节能且能解决高热密度难题的液体冷却技术是未来数据中心的冷却散热方式的发展趋势。尤其是在数据中心液冷技术的应用之后，数据中心的运行温度可以保持在40℃以上，并且根据有关数据得出，这是当前中国数据中心发展最节能的制冷技术。

2.4.5 温度控制智能化

在云计算数据中心运行的过程中，首先，主要就是借助了传感器的作用，计算出所需要的实时的制冷量大小；其次，利用温度和地板下风压传感器的参数来控制该空调自动调整的制冷量和风量的多少，进而满足大众的需求；最后，借助动态性的效率调节技术，空调将制冷的需求量输出给冷冻水机组，再由冷冻水机组根据制冷的需求量进行自动式的设置和调节。

2.5 应用场景的选择

随着绿色化生活、工作等的理念的提出，推动着我国各大产业转变发展方式，进行优化性发展，尤其是当前信息化发展的时代，云计算数据中心节能理念的提出，带动着我国云计算数据中心的运营商为了能够获取更大的利益，纷纷针对不同的应用的场景进行实质性的模拟、优化和运用，最终设计出最优化的方案实现发展，并在发展中取得了一定的成就。

3 总结

综上所述，在云计算技术应用的过程中，对于电信运营商而言，在建设云计算数据中心的过程中，其优势性是最为显著的，主要的表现就是经验丰富、技术设施完善和资源广泛且丰富，并且以实现低能耗为目标，着力于机房选址、IT设备选型、电源系统优化、制冷系统设计和应用场景的选择方面的关键性技术的研究，进而实现统筹性的发展，为实现良好的成本控制和利润增长奠定坚实的技术基础。

[1]刘航.WMSNs在云计算中心节能减排中的关键技术研究[J].大连理工大学,2011-06-10.

[2]敬思远.面向绿色虚拟数据中心资源管理的若干关键技术研究[J].电子科技大学,2012-09-01.

[3]王德文.基于云计算的电力数据中心基础架构及其关键技术[J].电力系统自动化,2012-06-10.

Key Technology Analysis of Energy Saving in Cloud Computing Data Center

Li Bang
(Shenzhen Eco-otlos Technology Co., Ltd.,Shenzhen Guangdong,518106)

With the rapid development of economy, the application of information technology in all walks of life is becoming more and more common. Cloud computing, as part of the development of information technology, analyzes and studies the quantitative indexes of energy saving in cloud computing data center, Cloud computing data center energy conservation of some key technologies, namely, room selection, IT equipment selection, power system optimization, refrigeration system design and application scenarios such as the selection of a detailed analysis and research.

cloud computing; data center; energy saving; technology