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六种使数据中心更高效的方法

来源：程序员人生发布时间：2016-10-07 09:52:32 阅读次数：2188次

直到最近，许多机构都没有斟酌他们的数据中心基础设施已不止1个10年了。只要有足够的空间来容纳新的服务器机架，现有的冷却和电力能力和容量暂时还可以满足新增加的需求。但是，随着计算能力需求的不断增加，现在这类状态不会保持很久，由于在不久的将来，就会出现电力供应得紧张。

据市场调研公司IDC(CIO.com出版商的1个姊妹公司)的调查结果，在数据中心经理所关心的事情中，容纳和运行服务器所需要的计算机支持基础设施是仅次于价格的第2大问题。IDC公司的高性能计算研究部副总裁SteveConway说，“在几年前，这些问题是排在第12位的，这意味着，在那时它们根本就是不被重视的问题。”

　　这1状态的改变，优先反应了技术的变化和处理能力需求的急剧增长。虚拟化和多核处理器使我们能够在1个很小的地方摆放更高密度的计算能力。所有类型企业与日俱增的核心业务处理，对电脑计算依赖的程度的提高，推动企业把愈来愈多的计算机机架放到它们现有的数据中心。与此同时，Gartner预测表示，到2008年底，世界上1半的数据中心的基础设施将不能满足最近几年来的高密度的装备对电力和冷却的要求。

这些变化带给像我自己这样的(在1个高端科技超级计算机中心的管理者)主流数据中心的管理者，在今后的10年里要面对的1些问题：如何正确选定基础设施支持装备，如何优化冷却为高密度服务器机架服务，如何平衡数据中心的效力与业务需求，和如何跟踪所有的可能影响履行成败的细节。

我工作的数据中心(设在美国陆兵工程师研究与发展中心(ERDC)的国防部超级计算机中心)，正处于1个为期两年的、对数据中心的基础设施，进行完全完全地检查进程中。设计1个新的数据中心或改造1个旧的，是1个复杂的进程，但以下的6个想法，可让您在开始这项工作的早期，就保持1个正确的方向。这6个想法是根据在过去的10年里我们的经验总结出来的，并且是在陆兵工程师研究与发展中心正在进行的基础设施现代化的进程中遭到实地检验的。

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1 决定您是不是真的需要自己的数据中心

　　愈来愈多的计算机基础设施是1项具有挑战性的，投资昂贵的进程。在您决定下次升级前，1定要问问自己，“我是真的需要自己的数据中心吗?”

　　1个最小的基础设施将包括电源开关装备和发机电。但是，几近没有1个数据中心的基础设施仅仅就是这么多。还要增加容错功能，包括电池或飞轮的不中断电源(UPS)、后备供水(以防万1您的市政供水中断)、冗余组件、乃至多是多个独立的商业供电的接入。然后，你必须保护自己免受火灾和自然灾害。1旦数据中心的建成，你需要雇人来监测和保护它。

　　正如Amazon公司首席技术官(CTO)WernerVogels在最近的“下1代数据中心会议”中表示：除非你是在1个具有高效力的行业，运行数据中心的本身就可以直接得到回报，否则，在他人的数据中心运行您的利用程序可能会更好。

这个解决方案不见得对每一个人都是正确的，但是，当公用事业费用上升和紧缩基础设施的需求不断增长时，它最少是值得斟酌的。

2 权衡绿色设计的本钱和效益

　　本钱和消费的上升，使得对电力的关注推到数据中心计划的前面。如变压器，电线，冷却系统和UPS，都存在着很大的的、固定的电力消耗，在电力到达第1台服务器之前将有效功率切割掉1部份。

GreenGrid(绿色网格)，1个旨在提高数据中心能源效力的信息技术公司的协会，推荐通过去除冗余的组件来公道精简基础设施，仅仅安装您需要的、使数据中心目前能够满足运行的装备。跟据该组织的《节能数据中心指南》，公道精简基础设施可以节省多达百分之510的电费。

　　但是，还有1个日渐衰老的能源故事，在数据中心的升级计划刚刚崭露头角时，美国的公用事业基础设施已开始显示出衰老的迹象，由于，电力供应似乎总是有问题。

　　在Minneapolis的大桥坍塌和近10年内最初几年的大范围停电，这些都是国家的重要基础设施迅速降落的征象。2003年8月14日，停电造成GreatLakes附近，大约5000万人没有电力供应，像这样的事件预计在未来几年内，将变得更加普遍，除非采取重大措施来抑制需求，并增加老化电网的可靠性的能力。

　　根据最近的1份北美电力可靠性委员会(NorthAmericanElectricReliabilityCouncil)的关于长时间电力可靠性的报告指出，在未来10年，对电力的需求预计将增长19%，但是，发电能力预计将仅能增长6%。这意味着供电的余量正在降落，每一年激增的需求或区域性气候事件，极可能比以往任什么时候候都更容易造玉成国各地的停电事故。

　　随着在短时间内，市政电力中断的可能变得更加频繁，数据中心管理人员应当积极地设计自己的基础设施以保证电力的可靠性，包括冗余电源散布和发电系统，以避免在商业电力中断时，系统出现故障。

明显，你需要将你的基础设施设计成尽量地高效力(乃至可以把基础设施的高效力当做设计要求)。但是，电力分配基础设施节能的程度将取决于机构对延续可用性和增加能力的本钱评估。例如，在ERDC，我们的超级计算任务需要非常强大的电脑可用性。我们的电力分配基础设施包括：有冗余的开关、电池和发机电。这些使我们能够在进行平常保护时，不用中断运行。在组件产生故障时，也能够继续长时间地紧急运行。这些冗余的装备虽然增加了我们固定的电力消耗，但是也斟酌到我们的业务不能中断的需求。

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3 通过设计到达“紧密结合冷却”并提高灵活性

　　电脑在两件事上是非常有效的：处理数字和将电力转为热量。进入数据中心的电量，大约有百分之310在服务器内转变成热量。

　　传统的做法是，用设施之外的大型冷却机组冷却水，然后将冷却水注入到在机房地板上的电脑室空调(CRAC)装置。这类做法实质上是使全部房间充满冷空气，但针对具体的热源点，只提供了非常小的灵活性。

“紧密结合冷却”的概念已流行于超级计算中心多年了，我们发现它是有效力的和有效率的。这个想法是把冷却放在非常接近热源的地方，目的是删除热源。这类做法可以有针对性地冷却和控制热源点，并能缩短空气路径，比将冷空气移动到全房间需要更少的风扇电力。“紧密结合冷却”可使机架密度到达通常情况的4倍。根据客户提高机架密度的需求，所有主要服务器厂商现在都能提供合适“紧密结合冷却”的配置。

　　有许多基于“紧密结合冷却”解决方案的机架和芯片。例如，有将冷却装置安装在1个机架内，横靠在服务器机架侧面的设计，或将其放置在每一个机架的顶部的“自上而下”的冷却办法。也有的解决方案直接将冷却水提供到机架的后门，或将冷却器放置在机架的抽屉内，与电脑抽屉交错安排。

　　以芯片为基础的冷却解决方案有两个基本的情势。最简单的是将冷却水输送到1个或多个位于服务器的热源上方的冷却器中。更加复杂的系统使用惰性液体，直接将其利用于服务器芯片的闭环系统。虽然这项技术最近才被通常的服务器采取，但超级计算机行业1直在使用这项技术，已几10年了。2006年，ERDC的超级计算中心在它的1些Cray超级计算机上使用了芯片级的汽化热交换冷却系统。

　　所有这些方法都要求冷却水的管道恰好到达计算机机架，你需要在设计你的数据中心的管道时，斟酌好这1点。如果将冷却水移动到数据中心的核心区域的这类想法使你的心跳停止、非常惧怕的话，这里有大量的、如何最大限度地减少风险的工程方面的知识可让你放心。你需要采取措施包括：使水管在抬高的地板下面尽量的低位置，安装检漏仪，将电与水管管道隔离，并提供泄漏控制功能装置，如重力排水管道及接漏水盘。

4 地板砖方面的斟酌也不容忽视

　　如果您没有计划或不能计划“紧密结合冷却”，这里依然有1些你可以采取的措施，来提高冷却效力。

　　尽可能减少在机房抬高地板下的电缆和管道数量。这是空调装置(CRAC)正在使用的空间，空调装置把冷空气推向您的计算机，并且，如果你能最大限度地减少冷空气在活动进程中与电缆和管道相遇的中断，那末，用于冷却的能源效率将可以大大增加。尽可能减少地板下的障碍物，也能够帮助消除数据中心的热源点。

　　另外一个措施是：你可以是拜托流体动力学研究机构对数据中心进行研究，或购买您需要的软件，自己履行该项研究。这类方法使用了1个计算机模型来摹拟围绕数据中心的气流，可以帮助您找出冷却问题的缘由和解决办法，包括穿孔地板砖的最好铺设位置。

几年前，ERDC超级计算中心采取了这类方法，以确认我们取得了冷却系统的最大能力。在数据中心，穿孔地板砖常常只是铺设在服务器机架冷通道的前面。数据中心的综合领导PaulaLindsey说：“使人惊讶的是，最有效的穿孔地板砖的铺设并不是总是在机器的前面。”在流体动力学的研究表明，我们需要在1些地板砖上，增加穿孔直径，在关键位置上，让更多地线缆和管道通过。

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5 将支持装备移到外面

　　正确选择您的计算机基础设施支持系统的位置将提高数据中心能源效力，并让您在将来更容易扩大范围。其中，您可以采取的最重要措施之1是：尽量地将电源和冷却装备移到数据中心之外的地方。事实上，如果你有空间，1个好的办法是，将这些装备的大部份移到建筑物之外的地方。

　　下面是1个例子。对在ERDC的1个新的超级计算中心，我们需要1个短时间安装以获得2兆瓦的额外电源。我们发现，需要添加的UPS和发机电装备，不合适安装在放置其余电力基础设施的这个建筑物内。在10年前，我们的数据中心选址在1个峻峭的山坡和道路之间的区域。其解决方案(将装备放置在室外由切割山坡构成的平地区域)是非常昂贵的，并在日程已很紧急的情况下，这将增加时间延误。

　　我们新的长时间设计是，将这些组件的大部份放置在建筑物之外的1个模块化新计划出的公用设施区域。负责履行升级的工程师GregRottman说：“当我们需要扩大范围时，这类将装备的移动，消除建筑物围墙对我们的限制，并在最少另外一个10年内，应当能够提供给我们灵活性，满足我们扩容升级的需要。”

将传输和外部装备移到室外也有益于环保。在今年早些时候发表的1份报告中，GreenGrid(绿色网格)发现，进入数据中心的电力在电力输送的单元、UPS装备和开关装备中，高达百分之2105转换成为热量。将这些装备的移到数据中心之外，如果可能的话，移到建筑物的外面，这会下降您的整体能源消耗，由于不再需要能量来消除移走由这些装备所产生的热量。