2.4 國際數據中心的綠色化建設

2.4.1 各主要公司的節能措施

為減少數據中心對環境的影響，可以考慮采取節能措施或替代能源（或兩者均采用）。一般情況下，節能是這兩者中更容易實現的選擇。在分布式計算環境中，高達85%的計算能力可能處于空閑狀態。這一統計數據對每個數據中心來說都是誘人的機會，使用這85%的計算能力可以收回部分維護預算，從而投資于新的功能。要將這些機會變成現實，需要高效的能源管理，而高效管理能源的第一步，也是最關鍵的一步是容量規劃。理想的容量規劃可以洞察工作負載，以及在保持要求服務水平的同時可以實現多大程度的整合。整合能在提供相同工作負載能力的同時減少物理平臺的數量。由于機器數量減少，節省了空間和能耗。例如HP在2008年完成了內部85個IT數據中心的整合，將其放置在美國3個城市的6個地點，這一項舉措就將空間占用減少了35%。虛擬化可以節省更大的地面空間，并能減少能耗。典型的服務器利用率大約是10%～15%，而虛擬化可以實現80%甚至更高的利用率。同時，虛擬化可確保改善的連續性，并通過圍繞故障資源的工作負載移動實現災難恢復。當發生故障時，虛擬化的服務器可以作鏡像處理。在數據中心中使用更少的物理服務器可以降低成本，不僅包括電力和冷卻成本，還包括服務器硬件及隨著時間推移所需要的相關維修成本。

能源測量和監測工具在數據中心的動態基礎架構中發揮著極其重要的作用。例如IBM的系統主動能源管理器能夠測量、監控和管理內置在IBM系統中的能源組件，提供了跨平臺管理解決方案。它將能源管理的范圍擴展到設施供應商，從而對數據中心內的能源消耗有更完整的認識。利用其創新的測量管理技術（MMT）和對世界各地數據中心的分析經驗，IBM可以創建現有數據中心的熱配置文件，從而達到冷卻高效率和更明智的能源利用的可能性。2012年1月，基于歐盟數據中心行為守則，歐盟的執行機構歐洲委員會（EC）授予IBM位于15個不同國家（地區）的27個數據中心為“數據中心效率參與者”，這一榮譽是當時對單一公司的數據中心最大規模的認可。

隨著數據的繼續擴大，Intel也正在探索創新途徑來吸收這種增長紅利，同時最大限度地減少對環境的影響。2012年12月，Intel推出了新的Atom處理器系列，專門用于微服務器和新一代高效節能存儲設備及通信設備的供電。改進處理技術可以讓數據中心的性能發生重大改善，有時可以讓計算機的效率提高60%。同時，Intel也在其數據中心內部探索其他創新和環保的技術。例如，在新墨西哥州的奧蘭珠市，Intel進行礦物油冷卻試點。整整一年，奧蘭珠市的服務器被完全淹沒在大桶礦物油中進行冷卻，從而改善了整個數據中心的冷卻系統。通過使用礦物油冷卻，Intel卸下了風扇，節省了7%的服務器用電。對系統的模擬顯示，采用該冷卻技術可以讓整個數據中心冷卻系統的能源消耗減少90%～95%。

Google對數據中心可持續發展的不斷努力使其每年節省數百萬美元，并減少了成千上萬噸二氧化碳排放。它的數據中心設施的能源消耗量只有典型數據中心的一半。除運行很多大型的專有數據中心外，Google同時還保留了若干個較小的網絡室，它們就類似于世界各地數以百萬個中小型數據中心。

為了優化冷卻系統并降低這類數據中心的能耗，Google采取了一系列措施，這同時也是Google電源優化戰略的關鍵要素。通過實施這些改造，這類數據中心的電力使用效率從2.4降到1.5，而且未發生任何業務中斷。

HP同樣長期致力于開發創新的技術和服務以實現數據中心綠色化。通過收購專門從事數據中心設計和研發設施的咨詢公司EYP，HP能夠在數據中心設施層面上——從數據中心評估到數據中心的設計和改造，都可通過高效節能的電源和冷卻技術來降低運營成本，提供尖端、空間高效利用的數據中心。

HP的服務器安裝有大大改善的電源管理工具。HP還在硬件層面上加入了創新元素，改進空閑模式下的PSU電源的使用，使其效率達到90%。如果未使用，新的PCU卡可以斷電，而RAM速度可以根據工作量微調，這樣有利于后續工作時的能源節約。

Microsoft 數據中心的效率來自于專注可持續性建設的文化。從1989年建立第一個數據中心開始，Microsoft就持續不斷地減少現有的和新的數據中心的電力和水的需求。其最新的數據中心PUE值為1.05～1.15，在業界是比較低的。

Microsoft不斷開拓創新，以減少用水量。水歷來被用于數據中心的冷卻系統。然而，Microsoft在愛爾蘭、愛荷華州、弗吉尼亞州和華盛頓的最新風冷數據中心的設計用水量只有傳統數據中心所需水量的1%～3%，新系統中唯一的水損失是通過蒸發排出的，因此不產生廢水。

Fujutsu集團一直致力于運作可持續的數據中心。該公司開發的一種新技術，能夠準確、實時地測量有多個熱源的大型數據中心的溫度分布，使得測量一個設施中超過1萬個區域的溫度成為可能，從而實現了大型數據中心溫度分布的可見性。與空調控制系統相結合，該技術能微調空調，進而在大型數據中心達到更有效地節能的目的。使用該技術，Fujutsu在日本Tatebayashi的新數據中心比以前的數據中心減少了大約40% 的設備能耗。它在北倫敦的綠色數據中心的能效提高相當顯著，PUE值僅為1.4。

Apple同樣也在工程方面做了巨大的努力以達到數據中心節能的目標。它在北卡羅來納州的Maiden 數據中心的節能方法之一是使用能夠反射熱量的白色屋頂。同時，那里有使用大量的冷水儲水箱，用于降低冷水機組峰值時的能源需求，從而達到節約能源和減少Apple高電源充電器使用的目的。另外，通過精密的空氣流處理程序，使得該設施大部分時間使用室外空氣進行冷卻，以盡量減少能源的消耗。

2013年3月，eBay推出了其數字化服務效率（DSE）指標。它將電源和二氧化碳指標與交易綁定，使得公司能夠衡量并通過微調改進其數據中心。首次在綠色網格論壇上展示的DSE讓eBay能夠看到客戶在購買和出售交易時，成本、性能和環境指標對其的影響程度。有了DSE，現在eBay可以就如何優化技術基礎設施做出更明智的決策，包括電力、數據中心基礎設施，IT基礎設施和向用戶提供服務的軟件的采購等。

2.4.2 使用可替代能源

在致力于節能的同時，尋求可替代能源也是實現數據中心綠色化的重要方法。Apple、eBay和Microsoft都在使用燃料電池，而Google已經在風電場投入巨資。

數據中心的運作需要可以全天候供電的基荷電力，同時還要有后備儲量，以供電網斷電時使用。Apple首選現場用再生能源發電，如果不行才會考慮從外部供應商購買。要達到這一點，Apple已在其旗艦項目——于2013年內完工的位于北卡羅來納州的Maiden數據中心——安裝了10MW的燃料電池，這是最大的非公用發電廠。該項目是有史以來最環保的良性數據中心之一。使用燃料電池能達到這一規模可能會改變數據中心運營商使用電網電源并用傳統的柴油發電機做備份的方式。Apple的太陽能發電和燃料電池相結合，將可以產出超過其全速運轉所需要的20MW的電量。這意味著Apple可以出售電力給電力公司，或者甚至獨立運作，而將電網作為備份電源，這是一種全新的配置?？梢哉f，Apple用這種方式打造了自己的綠色電源。

2012年6月，eBay 宣稱在猶他州的主數據中心安裝了6 MW的燃料電池來供電。這些燃料電池將使用垃圾填埋場或者農場的沼氣運行。燃料電池是該數據中心主要電力和能源的來源，而不是作為電網發生故障時的備份電源。目前天然氣價格非常低廉，這使得燃料電池在經濟上也相當有吸引力。

Microsoft一直在評估數據中心更可持續的供電解決方案，通過使用現場發電和向與電網相連的較大發電廠長期購買，來部分取代從國家電網購買電量，從而減少對碳密集供應鏈的依賴。例如Microsoft在歐洲的生物質發電項目使用的是廢物燃料運作，在美國西南部有大型光伏太陽能項目。2012年，Microsoft提出的數據工廠概念將計算和能源基礎設施緊密聯系在一起。同時該概念也擴展了電力來源，使其不僅局限于傳統的電力公司，而是將污水處理廠、風力發電場和太陽能發電設施增加為潛在的電力來源。2012年11月，Microsoft 已經開始了其雄心勃勃的計劃的第一階段，將數據中心置于可再生能源旁邊，創造“數據工廠”而不是依靠公用電網運作數據中心。

由于可再生并且不會對大氣造成污染，水電越來越受想要更廉價、更清潔的能源的數據中心運營商的青睞。例如法國互聯網服務提供商OVH.com為開拓其在美國和加拿大的業務，使用自己的專利冷卻技術在加拿大蒙特利爾建造了一個依靠水電運行的“綠色”數據中心，并且運行不需要空調，使得該數據中心的電力使用效率小于1.1。該公司希望借此數據中心來開拓其在美國和加拿大的業務?；陬愃频脑?，冰島也同樣受到了數據中心運營商的青睞。

2.4.3 地理優勢應用及其他新思路

北方國家的氣候更適合數據中心運行，因為在那里不需要為冷卻服務器而耗費能源，并且有很多便宜的可再生能源可用。例如根據國際能源機構的數據，2010 年水電大約占挪威發電總量的95%?；谶@一優勢，很多有名的大公司在北方國家建立數據中心。Facebook在瑞典擁有數據中心。在芬蘭的Hamina，Google將冷海水用于數據中心的冷卻系統。這樣，無須使用消耗巨大能源的冷卻機組，同時減少了設施對當地用水的影響。

Google并非是唯一使用北歐水域的冷水保持數據中心低溫，同時只消耗較少能源的公司。2013年3月，歐洲數據中心供應商Interxion 使用海水冷卻其位于斯德哥爾摩的數據中心，產生了顯著的效率優勢，其PUE值降至1.09，成為歐洲最高效的數據中心之一。Interxion的海水冷卻系統的特別之處在于它通過多個數據中心多次使用海水，而不是像傳統的方法一樣只讓海水流過一個設施。這種方法同時也能減少操作成本和環境成本，因為它只需要一半量的水來冷卻各數據中心。采用這些方法，它的能源成本已經降低了80%。

使用冷水替代數據中心的冷卻機組，需要有特別的地理位置，因此只有在少數地方才可以達到這種經濟性。更受歡迎并且具有經濟性的冷卻方法是利用室外冷空氣冷卻數據中心。Facebook、Yahoo、Google和其他一些公司現在多使用室外冷空氣替代數據中心的冷卻機組，以減少空調巨大的能源需求。2013年3月，FjordIT在挪威奧斯陸開放其首個數據中心空間。該數據中心占地面積1000m²，采用自主開發的空氣冷卻技術，使用室外冷空氣來保持室內溫度的恒定，并且以當地廉價的水電作為能源，電力使用效率大約為1.3，以此吸引那些想要低碳云服務的歐洲客戶。該公司計劃在Notodden開設的第二個數據中心PUE值有望達到1.05。

美國馬薩諸塞州的TeraCool公司提出了一個大膽的想法，將數據中心緊鄰液化天然氣廠。數據中心需要能量，也同樣需要冷卻。TeraCool公司開發的方法是通過一個熱轉換循環將數據中心排出的熱量與液化天然氣終端的剩余天然氣制冷系統相連。這里有一個潛在的共生關系，即服務器產生的熱量可以在蒸發過程中幫助天然氣汽化，而從這個過程中釋放出來的能量可以為數據中心供電。該方法能將兩個行業放在一起，實現相互節能，具有顯著的成本節約和環境效益，包括空氣、水和溫室氣體減排。TeraCool 因此在2013 年Uptime Institute的綠色企業IT獎中榮獲“大膽創意獎”，該獎項用以表彰為提高數據中心效率而產生的前所未有的新思路。目前，在東京已經建立了放置在液化天然氣廠旁邊的數據中心。

任何公司都有提高設施電力使用效率的機會。有些效率提高的價格低廉，例如堵住櫥柜中不使用的電纜孔以防止熱通道和冷通道的空氣混合；買新的高效節能的服務器或部署改進的冷卻系統，可能要花費很多資金。此時，政府和公用事業的獎勵可能有莫大的幫助。例如，新加坡有能源效率項目（數據中心）的投資津貼計劃，為符合條件的企業提供機會，使其獲得涵蓋資本開支的30%～50%的獎勵，用于購買新的、高效節能設備來改造其數據中心。

沒有一個單一的技術或設計模型能夠使數據中心綠色化，綠色數據中心與更廣泛的正在經歷轉型的數據中心相連，這些轉型包括技術創新、改善運營、新的設計原則、改變IT與業務的關系，以及數據中心的供應鏈變化等。