你見過真正的嗎？

“棟棟大樓矗立園區(qū)，井然有序地排列著。穿上‘鞋套’，走進其中一棟大樓，里面機器轟鳴，一眼望去，全是一排排的黑色機柜，機柜中的設備不停閃爍。雖是夏日，但大樓里卻有點冷。”這是筆者參觀某公司數(shù)據(jù)中心所見。

無論是打車、網(wǎng)購，還是刷新聞、看視頻和點外賣……這些行為的背后都離不開數(shù)據(jù)中心?？梢哉f，數(shù)據(jù)中心已經成為互聯(lián)網(wǎng)應用和服務的基石。

數(shù)據(jù)爆炸與數(shù)據(jù)中心耗電量

隨著、人工智能、、物聯(lián)網(wǎng)和移動互聯(lián)網(wǎng)的深入發(fā)展，數(shù)據(jù)中心迎來新的發(fā)展機遇。一方面，數(shù)據(jù)中心步入快速發(fā)展階段;另一方面，它卻面臨能耗過高的問題。中國8.29億網(wǎng)民在2018年產生了7.6ZB的數(shù)據(jù)量，并且數(shù)據(jù)量還將以每年30%的速度增長。到2025年，中國智能互聯(lián)設備將達到800億，整個數(shù)據(jù)量將高達48.6ZB。

數(shù)據(jù)的爆炸式增長，背后是數(shù)據(jù)中心驚人的耗電量。從全球來看，到2025年，數(shù)據(jù)中心將占到全球能耗的最大份額，高達33%;從國內看，全國數(shù)據(jù)中心的耗電量已連續(xù)8年超過12%的速度增長。2017年，國內數(shù)據(jù)中心總耗電量達到1200-1300千瓦時，這個數(shù)字超過三峽大壩和葛洲壩電廠發(fā)電量之和。預計，到2020年，中國數(shù)據(jù)中心耗電量為2962億千瓦時，2025年高達3842.2億千瓦時。

并且，隨著5G時代到來，數(shù)據(jù)中心耗電量將快速增加。居高不下的耗電量、溫室氣體的排放、大量的水資源消耗和設備報廢后的環(huán)境污染……數(shù)據(jù)中心數(shù)量與規(guī)模的快速增長已經為資源與環(huán)境帶來巨大挑戰(zhàn)，綠色數(shù)據(jù)中心呼之欲出。

國家政策的驅動力

2019年2月14日，國家工信部、國家機關事務管理局和國家能源局三部委聯(lián)合發(fā)布《關于加強綠色數(shù)據(jù)中心建設的指導意見》(以下簡稱《意見》)。

《意見》指出：大力推動綠色數(shù)據(jù)中心創(chuàng)建、運維和改造，引導數(shù)據(jù)中心走高效、清潔、集約、循環(huán)的綠色發(fā)展道路，實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心持續(xù)健康發(fā)展。

《意見》的主要目標是：建立健全綠色數(shù)據(jù)中心標準評價體系和能源資源監(jiān)管體系，打造一批綠色數(shù)據(jù)中心先進典型，形成一批具有創(chuàng)新性的綠色技術產品、解決方案，培育一批專業(yè)第三方綠色服務機構。到2022年，數(shù)據(jù)中心平均能耗基本達到國際先進水平，新建大型、超大型數(shù)據(jù)中心的電能使用效率值達到1.4以下，高能耗老舊設備基本淘汰，水資源利用效率和清潔能源應用比例大幅提升，廢舊電器電子產品得到有效回收利用。

對新建數(shù)據(jù)中心，《意見》稱“鼓勵采用液冷、分布式供電、模塊化機房以及虛擬化、云化IT資源等高效系統(tǒng)設計方案”，并“引導大型和超大型數(shù)據(jù)中心設計電能使用效率值不高于1.4”。

對在用數(shù)據(jù)中心，意見指示“有序推動數(shù)據(jù)中心開展節(jié)能與綠色化改造工程”，“力爭通過改造使既有大型、超大型數(shù)據(jù)中心電能使用效率值不高于1.8”。

根據(jù)IDC發(fā)布的《2019中國企業(yè)綠色計算與可持續(xù)發(fā)展研究報告》表明，雖然中國企業(yè)數(shù)據(jù)中心能源使用效率(PUE)值明顯改善，但依然有85%的受訪企業(yè)數(shù)據(jù)中心的能源使用效率在1.5-2.0之間，未來仍有很大的提升空間。

關于數(shù)據(jù)中心高能耗問題，施耐德電氣方面表示，“讓數(shù)據(jù)中心變‘綠’不只是政策要求。事實上，在節(jié)能之外，綠色數(shù)據(jù)中心之‘綠’還涵蓋多個環(huán)境要素，比如廢舊鉛酸蓄電池若處理不當，鉛、汞、鎘等有毒有害重金屬會對環(huán)境造成危害。”

并且三部委《意見》明確指出，水資源利用效率和清潔能源應用比例大幅提升，廢舊電器電子產品得到有效回收利用。

核心問題：數(shù)據(jù)中為何如此耗能？

數(shù)據(jù)中心高能耗產生的原因是什么？人們使用電腦或手機，都有這樣的感受：時間一長，它們會發(fā)燙。道理相同，數(shù)據(jù)中心規(guī)模龐大，里面有大量的服務器、存儲設備和交換機以及千億級別的芯片，發(fā)燙程度非電腦和手機可以相比。因此，數(shù)據(jù)中心大量的電力被用于冷卻。

可以說，冷卻效率的高低對數(shù)據(jù)中心高能耗有著決定性影響。

科技巨頭的數(shù)據(jù)中心怎么節(jié)能？

為解決數(shù)據(jù)中心能耗問題，企業(yè)“簡直是無所不用其極”。

比如將數(shù)據(jù)中心建在北極圈內(如Facebook)、數(shù)據(jù)中心沉于海底(如微軟)、數(shù)據(jù)中心“藏”于山洞(如騰訊)等。這種種措施都是為了利用自然冷源給數(shù)據(jù)中心提供更高的能效，減少制冷方面能耗的損失。

1.Facebook北極圈數(shù)據(jù)中心

位于瑞典北部，F(xiàn)acebook有一個名為Node Pole的數(shù)據(jù)中心，處理著用戶發(fā)到Facebook上的任何自拍和任何一個“點贊”。

據(jù)悉，Node Pole2013年開始運行，藏身于一大片神秘的松林、湖泊和眾群島中間，是Facebook首次在美國以外的地區(qū)開設數(shù)據(jù)中心，同時也是歐洲最大的數(shù)據(jù)中心之一。Node Pole中心長300米，寬100米，很龐大。

據(jù)悉，Node Pole是目前為止能效最高的計算機設施。相對于傳統(tǒng)服務器廠商的產品，這一項目開發(fā)的服務器硬件性能高38%，而運營費用則低24%。

這里冬天平均氣溫差不多零下20度，外界的冷空氣被泵進中心大樓內，服務器產生的大量熱空氣和進來的冷空氣循環(huán)交換，形成自然冷卻的過程。

2016年，F(xiàn)acebook在瑞典呂勒奧建立了一個新的數(shù)據(jù)中心。該數(shù)據(jù)中心占地面積相當于6個足球場，離北極圈只有70英里，這里大多數(shù)時間氣溫在零下50度左右。與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心相比，新數(shù)據(jù)中心效率提高10%，同時還省下40%的電能。

2.騰訊貴州數(shù)據(jù)中心

騰訊在貴安新區(qū)建了一座數(shù)據(jù)中心，全稱是騰訊貴安七星數(shù)據(jù)中心，坐落于貴州貴安新區(qū)兩座山的山體中。

據(jù)悉，整個數(shù)據(jù)中心總占地面積約為47萬平方米，隧洞的面積超過3萬平方米，能塞下4個標準足球場還有富余，它能存放30萬臺服務器。

這座數(shù)據(jù)中心采用了騰訊字數(shù)研發(fā)的第四代數(shù)據(jù)中心技術——T-block。其中，T是騰訊，block就是積木。T-block就是把機房的建設模式當作積木來看。經過工信部實測，其極限PUE(能源使用率，越接近1能效水平越好)將達1.1左右，而國內新建數(shù)據(jù)中心的平均PUE是1.73。

3.微軟海底數(shù)據(jù)中心

2018年6月，微軟在英國蘇格蘭奧克尼群島附近的北部島嶼數(shù)據(jù)中心海底負載試運行。

據(jù)悉，該項目稱為Natick，被微軟CEO 薩提亞·納德拉比作“登月計劃”。該數(shù)據(jù)中心為圓柱體模樣，長40英尺，里面放了12個機架，有864臺服務器以及相關冷卻系統(tǒng)設施。

眾所周知，世界上深海海水一直很冷，它可以為數(shù)據(jù)中心提供隨時且免費的高效冷卻方式。

干貨：數(shù)據(jù)中心的節(jié)能技術探討

在施耐德電氣看來，數(shù)據(jù)中心的節(jié)能技術按照顆粒度分配，類似于一座金字塔，最基礎的是設備層級的節(jié)能，比如通過選擇模塊化設備獲得精準能量控制;另一方面是不斷優(yōu)化設備效率。

第二個層級是系統(tǒng)級節(jié)能，PUE里則是最大化IT負荷所在系統(tǒng)的獲得和最小化非IT層面的獲得，這方面技術非常豐富，比如最近流行的間接新風冷卻系統(tǒng)、AI型智能管理系統(tǒng)，這需要多個設備相互協(xié)同。

第三個層級是戰(zhàn)略層級。這需要企業(yè)制定自己的能源戰(zhàn)略，對不同PUE分配單元進行實時檢測、統(tǒng)計和制定獎懲制度。比如，企業(yè)應設立自己的首席能效官。

施耐德方面表示，“也可以從能源的生命周期來分配，即能源的產生、分配、再利用。比如蘋果在國內建設的光伏型數(shù)據(jù)中心，從設計初就需要全盤考慮，做到精準分配需求。國內很多數(shù)據(jù)中心的設計往往一步到位，容量多數(shù)過度設計，需要加強分期或分模塊設計能力。”

風冷和液冷的區(qū)別

當今，數(shù)據(jù)中心仍然以風冷為主，但是當機柜功率密度超過20千瓦時，傳統(tǒng)風冷技術將面臨風量、功耗、噪音等方面的挑戰(zhàn)，因此液冷是一種不錯的技術選擇。

施耐德電氣方面稱，“傳統(tǒng)風冷方式很難實現(xiàn)政府管理部門對數(shù)據(jù)中心PUE值的要求，這也將成為推動液冷興起的重要驅動因素。”

液冷技術的價值在于，一是強冷卻力。液冷的冷卻能力是空氣的1000-3000倍，可實現(xiàn)超高密度制冷。二是低PUE值，全地域/全年自然冷卻，PUE值可低至1.01-1.02。三是精確制冷，部件級制冷，溫度恒定，保證元器件高性能，穩(wěn)定工作。四是低噪音。無壓縮機、無風扇，噪音低于50dB。

目前，市場上主要有兩種液冷解決方案：一是芯片級液冷(又稱冷板式液冷)，二是浸沒式液冷。

這兩種液冷方式各有優(yōu)缺點：冷板式可以對絕大多數(shù)傳統(tǒng)服務器進行翻新，缺點是其他部件仍然需要傳統(tǒng)房間空調進行冷卻。浸沒式的優(yōu)點是消除了對傳統(tǒng)服務器風扇的需求，但需要對服務器主板進行重新設計。

根據(jù)筆者獲得的一份資料，傳統(tǒng)風冷PUE值在1.4以上，冷板式液冷小于1.2，浸沒相變式液冷小于1.05。

據(jù)悉，施耐德電氣從數(shù)據(jù)中心、樓宇角度進行了投資成本和運行成本的分析，發(fā)現(xiàn)：浸沒式液冷相對于冷板式液冷在TCO方面是占優(yōu)的。如果單從制冷系統(tǒng)的節(jié)能角度來看，冷板式液冷可以節(jié)省15%以上，浸沒式能節(jié)省57%以上。如果從整個數(shù)據(jù)中心能耗的角度來看，冷板式可以節(jié)省5%年度能耗，浸沒式可以節(jié)省15%年度能耗。

更進一步說，浸沒式液冷價值更高。

一是更高換熱效率。冷媒與發(fā)熱器件直接接觸，減少了接觸熱阻。采用相變換熱，潛熱為比熱的數(shù)百倍。二是更高可靠性。一次性解決全部元器件的散熱問題，采用全浸沒方式，內部溫度場均勻，器件可靠性更有保障。

三是更高性能。CPU等主要電子芯片溫度降低且不隨負載波動，即提高了計算機硬件的可靠性和性能。四是無泄漏風險。采用絕緣、環(huán)保的冷卻液體，即使發(fā)生泄露對計算機硬件和外界環(huán)境均無任何風險。五是更低噪音。服務器內部無風扇，噪音可控制在45dB以下。六是更加節(jié)能。無風扇設計，PUE值低至1.05以下。

施耐德電氣認為，冷卻液對實現(xiàn)液冷的應用非常關鍵。關于冷卻液的討論主要集中在冷卻液的價格、與IT設備的兼容性、傳熱特性、環(huán)境影響以及從整個生命周期角度考慮問題。

新的突破口：鋰電池

在新建綠色數(shù)據(jù)中心方面，施耐德電氣把鋰電池視為一個突破口。眾所周知，對整個數(shù)據(jù)中心來說，以UPS設備為核心的整個供電系統(tǒng)，是支撐整個數(shù)據(jù)中心平穩(wěn)運行的最核心部分。而蓄電池又是整個供電系統(tǒng)中最重要的組成之一。

與傳統(tǒng)的鉛酸蓄電池相比較，鋰電池憑借其出色的特性，包括較高的能量密度 (70-260 kWh/kg vs. 15-50 kWh/kg)、較長的生命周期 (10-15 年 vs. 4-6 年) ，快速充電(1/2–1 小時 vs. 6-12 小時)，占地節(jié)省50-80%，重量減輕 60-80%，充放電次數(shù) >1000 循環(huán) vs. <400 循環(huán)等，會逐漸取代傳統(tǒng)的鉛酸蓄電池成為數(shù)據(jù)中心UPS首選的備用電池。

根據(jù)Uptime在2017年所做的全球數(shù)據(jù)中心調研顯示，有10%的數(shù)據(jù)中心已經采用鋰電池作為后備能源。相比于普通鉛酸蓄電池，鋰電池具有重量輕、儲能高、自放電低，并且生命周期長等眾多優(yōu)點。

一方面，對于數(shù)據(jù)中心行業(yè)來說，能否最大限度地利用現(xiàn)有空間，最大限度減少運營費用，特別是UPS電源冷卻能耗，電池維修和電池更換服務費用尤為重要。而鋰電池因為其優(yōu)良的性能成為解決這些問題的關鍵，如鋰電池多次充放電的特性會產生經濟效益，比如峰谷電價的削峰填谷。

另一方面，鋰電池不含鉛、鎳、鉻等重金屬，成為綠色環(huán)保的首選。

未來隨著新能源以及儲能成本的降低，通過鋰電池儲能來降低成本和實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心的可持續(xù)性發(fā)展目標成為可能。

寫在最后：

無論是風冷，還是液冷，亦或是使用鋰電池，真正的目標是數(shù)據(jù)中心如何在滿足大數(shù)據(jù)時代的發(fā)展需求和節(jié)能方面達到一個平衡，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心的綠色可持續(xù)發(fā)展。

【凡本網(wǎng)注明來源非中國IDC圈的作品，均轉載自其它媒體，目的在于傳遞更多信息，并不代表本網(wǎng)贊同其觀點和對其真實性負責。 】