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根據(jù)Synergy Research Group的數(shù)據(jù)顯示，以關(guān)鍵IT負(fù)載衡量，美國占數(shù)據(jù)中心容量的49%，中國是僅次于美國的超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心容量地，占總量的15%，剩余容量分布在亞太地區(qū)的其他國家（13%）、歐洲、中東和非洲地區(qū)（19%），以及加拿大/拉丁美洲（4%）。
另根據(jù)中國數(shù)據(jù)中心工作組（China Data Center Committee，CDCC）的數(shù)據(jù)與預(yù)測，2019年，中國在線運行服務(wù)器的數(shù)量和數(shù)據(jù)中心用電量分別為1200萬臺和810億度，美國則為1700萬臺和1150億度。
結(jié)合上述兩組數(shù)據(jù)，我們可以得到兩個結(jié)論，中國數(shù)據(jù)中心的平均容量低于美國，但每容量的耗電量高于美國。
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圖 | 康普北亞區(qū)技術(shù)總監(jiān) 吳健
事實上，數(shù)據(jù)中心一直是高耗能行業(yè)，以年為計的電費動輒上億元，通常被稱為電老虎。對此，康普北亞區(qū)技術(shù)總監(jiān)吳健在2021年的CDCC上表示，“數(shù)據(jù)中心本身局部耗能正呈現(xiàn)越來越高的趨勢，物理密度也越來越大，很多年前，一個普通機架的配電需求大約為3-4kW，而現(xiàn)在需要8-10 kW。從某種程度上來看，數(shù)據(jù)中心運維過程中的成本大部分是交電費，用電成本可能會占據(jù)一個數(shù)據(jù)中心運營成本的60%-70%。所以隨著數(shù)據(jù)中心本身的能耗不斷提升，對能源的依賴性就會變得愈加嚴(yán)重，節(jié)能減排于是被提上主旨日程?！?/p>
關(guān)于如何節(jié)能減排，在具體的操作層面，前些年采取的是從配電優(yōu)化和制冷優(yōu)化的角度去降低PUE，該值是指基礎(chǔ)設(shè)施為IT設(shè)備供能和IT設(shè)備本身耗能的比值，比值越小越好。但過去我們將PUE值已經(jīng)從1.5降到1.35，再到1.3，已經(jīng)進(jìn)入瓶頸期。所以站在今天的維度，跳出固有思維，下面將和大家分享一下關(guān)于數(shù)據(jù)中心減碳的兩個新維度。
數(shù)據(jù)中心減碳的兩個新維度
- ?不再糾結(jié)于PUE，從IT設(shè)備本身入手降低能耗
首先我們要明白一個道理，我們的IT設(shè)備在運行時需要一些輔助設(shè)備，比如散熱風(fēng)扇等等，這些輔助設(shè)備也是要耗電的，所以整體耗電量除以IT設(shè)備的本身耗電量這個值一定是大于1的，哪怕完全自然冷還是會有其他供電。而基于現(xiàn)有的技術(shù)，1.3目前來看已經(jīng)降到很低了，所以我們不妨從“1”本身入手，降低IT設(shè)備本身的功耗。
吳健舉例解釋道：“IT設(shè)備目前在中國的數(shù)據(jù)中心行業(yè)存在利用率問題，比如1個機房可能有1000個機架，部署了10000個服務(wù)器，但它們是不是都在使用？機房里空置了1/3面積，機架里又空置了1/3服務(wù)器不在使用，這是不是空耗？另外，綠色節(jié)能也和連接器也有關(guān)聯(lián)，我們能不能把接口功耗再降低？所以，“1”本身是有問題的，就是IT本身的資產(chǎn)利用率并不夠高。”
- 延長國內(nèi)數(shù)據(jù)中心的生命周期
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圖 | 布線系統(tǒng)的生命周期
除了降低IT設(shè)備本身的功耗外，我們在深挖一步，能否延長數(shù)據(jù)中心的使用壽命？眾所周知，在建設(shè)數(shù)據(jù)中心的過程中，需要非常多的工業(yè)原料，比如鋼鐵、塑料、芯片、制冷劑等，生產(chǎn)這些原料都會帶來碳排放，是一個連鎖反應(yīng)，所以延長數(shù)據(jù)中心的使用壽命，本身就是在節(jié)能減排。
說到數(shù)據(jù)中心的生命周期，我國很多數(shù)據(jù)中心的生命周期太短，基本三五年就要翻新了。這意味著所有的IT資產(chǎn)以及基礎(chǔ)設(shè)施都會被廢棄，而后再重建一個更大規(guī)模、更高效、更高速率的數(shù)據(jù)中心。與之形成鮮明對比的是，國外大型互聯(lián)網(wǎng)公司現(xiàn)在建數(shù)據(jù)中心的設(shè)計理念、采用的材料都是需要考慮使用十五年、二十年，甚至是二十五年，事實也是如此。因此，如何延長國內(nèi)數(shù)據(jù)中心的生命周期將成為數(shù)據(jù)中心節(jié)能減排的重點。
采用優(yōu)化的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、更低功耗的連接器，降低數(shù)據(jù)中心功耗
“從行業(yè)角度來講，康普可以做的就是提高數(shù)據(jù)中心的有效性，數(shù)據(jù)中心無非是IT設(shè)備互聯(lián)， IT設(shè)備互聯(lián)就涉及網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)問題。說到網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，現(xiàn)在的趨勢就是云架構(gòu)，用的Leaf-Spine構(gòu)架或者Fabric架構(gòu)，這種架構(gòu)就能夠提升數(shù)據(jù)中心內(nèi)部的計算交換、存儲的性能，降低延時，并提高可靠性。此外，高速以太網(wǎng)的發(fā)展可以進(jìn)一步提升數(shù)據(jù)中心的網(wǎng)絡(luò)效率?！?吳健如是說。
當(dāng)我們聚焦在連接方面，如何才能降低接口功耗，比如更多地采用成本和功耗更低的多模光纖，從而降低IT設(shè)備本身功耗。
眾所周知，單模光纖需要的是激光光源，多模光線采用的是VCSEL光源，VCSEL光源本身能耗是要大大低于激光光源的。從光源波長角度看，多模是850 nm，單模是1310 nm以上，大部分是1550-1650 nm之間，所以單模需要更長的波長，支持的距離更遠(yuǎn)，需要的功率更高。如果從布線的角度來看，這兩者的制造成本和能耗沒有太大的區(qū)別，但是從設(shè)備收發(fā)器來講，在同樣端口數(shù)應(yīng)用下，單模設(shè)備耗能大概是多模設(shè)備的兩到三倍。
?圖 | 服務(wù)器的演進(jìn)速度
不過，雖然多模光纖比單模要節(jié)能，但是多模存在連接距離太短的局限性。隨著網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用從40G演變到400G，多模光纖的傳輸距離慢慢縮減至一百米以內(nèi)，但是如果連一百米都支持不了，在大一點的數(shù)據(jù)中心應(yīng)用中，從交換機到服務(wù)器的距離如果超過一百米，多模就會有問題，就必須要換成單模，如此談何節(jié)能呢？
“因此，在過去3-4年中，康普引領(lǐng)了OM5標(biāo)準(zhǔn)，這是一個更高等級的多模光纖。根據(jù)多模光纖發(fā)展歷程，我們可以將其標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行排布：OM1、OM2、OM3、OM4、OM5。而OM5是基于多模技術(shù)演進(jìn)，能夠進(jìn)一步提升速率，進(jìn)一步延展傳輸距離和多模生命力的一種技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)”， 吳健解釋道，“所以OM5的出現(xiàn)是的多模無需急于升級到單模，這也是一種節(jié)能思路?！?/p>
采用智能管理平臺，避免盲目的升級和改造
“康普有一款產(chǎn)品叫imVision?智能化布線系統(tǒng)，行業(yè)縮寫為自動化基礎(chǔ)設(shè)施管理（AIM），它是一款布線的智能管理平臺。通過該平臺，可了解整個IT資產(chǎn)連接有多少個端口在用，有多少個端口是空閑的，資產(chǎn)利用率是多少，以及每個端口的屬性，比如連接對端是什么應(yīng)用，鏈路距離有多遠(yuǎn)，速率多高，這些都可以在系統(tǒng)里進(jìn)行管理、記錄、報告，使得用戶對包括IT資產(chǎn)、連接的布線資源都有清楚的了解?！睆膮墙〉谋硎鲋?，我們可以明確一點，那就是了解清楚這些參數(shù)意味著不會盲目地升級和改造。
也許現(xiàn)在的容量是足夠未來三到五年甚至十年的應(yīng)用，那就無需擴容了，如此一來可以進(jìn)一步提高資產(chǎn)利用率。比如，原來端口有1000個，現(xiàn)在用到了500個，未來十年內(nèi)可能只會用到800個端口，就無需重新部署新資源了。如果不了解資產(chǎn)利用率，可能會因為新業(yè)務(wù)要重新購置、部署機架、交換機、布線系統(tǒng)等。
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圖 | 智能基礎(chǔ)設(shè)施管理
此外，智能化管理平臺還可將以太網(wǎng)供電（Power over Ethernet，PoE）應(yīng)用納入管理，以太網(wǎng)供電是把數(shù)據(jù)線纜當(dāng)成一個供電線纜來對待。攝像頭或IP電話本身既要供電又要通信，用PoE就可實現(xiàn)供電和通信合二為一，但這相當(dāng)于給交換機多一重任務(wù)，原本交換機只用于收發(fā)信號，不用于供電。現(xiàn)在交換機用于供電后，它的耗電情況也可通過該平臺管理。
從操作層面如何來實現(xiàn)這種實時的動態(tài)監(jiān)控呢？事實上，布線行業(yè)的數(shù)據(jù)采集相對比其他行業(yè)（如人臉識別、智能攝像）不太一樣，傳統(tǒng)的連接線都是無源器件，而布線系統(tǒng)是在A和B兩個有源設(shè)備間建立連接，所以我們需要在這些連接和連接器件之間加入傳感器，再將配線架電子化，就是IoT的概念。
吳健表示，“光纖收發(fā)器的耗能基本是固定的，比如啟動后就是在穩(wěn)定提供3-5瓦的功率，那么基本就可以計算出它的總耗能是多少。銅纜則更復(fù)雜，尤其是智能樓宇里的銅纜，如果有PoE應(yīng)用則更為復(fù)雜。”
以太網(wǎng)有一個特別有趣的現(xiàn)象，比如把某個IP設(shè)備插到一個交換機上，首先要協(xié)商兩件事情。
首先它們之間會協(xié)商到一個速率。如果一個是百兆設(shè)備，另一個是千兆設(shè)備，最后就協(xié)商成百兆了。如果一個是千兆，另一個也是千兆，最后可能就協(xié)商成千兆了。協(xié)商就意味著它是變化的，你不知道它是什么速率，這從交換機管理的角度可以看得到，但它是變化的。
另外一個協(xié)商是提供能源。普通以太網(wǎng)終端就是提供數(shù)據(jù)信號，并不提供能源。但若是一個POE攝像頭，可能就會協(xié)商，這個攝像頭向它申請需要30W的功率，交換機是否能夠提供取決于其能力，可能只能提供15W而非30W；但若有60W的能力，則可提供30W。若要60W功率，交換機就要提供60W。這樣提供能耗的過程是動態(tài)的，動態(tài)能耗需要監(jiān)測，這種監(jiān)測可以從智能平臺里獲得，從而可得知總能耗是多少。
所以說，這種平臺型的智能管理可以加強對設(shè)備能耗和布線設(shè)計布局等方面的優(yōu)化，從而實現(xiàn)節(jié)能減排的最終目的。
寫在最后
關(guān)于數(shù)據(jù)中心的通信網(wǎng)絡(luò)何時升級至800G，吳健告訴筆者，“就像家里裝修，走水走電肯定在買家電之前。布線作為基礎(chǔ)設(shè)施，對于技術(shù)前瞻性比網(wǎng)絡(luò)設(shè)備要早，400G、800G技術(shù)在布線方面其實在過去三五年里就已經(jīng)準(zhǔn)備好了。準(zhǔn)備好的標(biāo)志就是高性能的光纖和高密集的連接器件，MPO連接器件很早就出現(xiàn)了，比如16芯、24芯標(biāo)準(zhǔn)，這其實就是為400G、800G服務(wù)的，從這一點來看布線已經(jīng)準(zhǔn)備好了?！?/p>
“但這個產(chǎn)業(yè)是不是到了成熟時期，并不取決于布線，而是取決于光芯片和光電芯片的產(chǎn)業(yè)成熟度。這個產(chǎn)業(yè)成熟度的標(biāo)志是兩個重要指標(biāo)，一是成本降低，二是能耗優(yōu)化。盡管效率高，但高速的收發(fā)器比低速的耗能要高。比如速率提高了四倍，耗能只提高一倍，看起來不錯，但用戶不能接受。所以，要解決好產(chǎn)業(yè)中光電芯片的成本和能耗問題，當(dāng)然其中也包含散熱問題。上述兩個基本問題一旦解決了，這個產(chǎn)業(yè)商業(yè)化的速率肯定就能提高?！?/p>
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