“碳中和”愿景下，什么样的数据中心才是我们需要的？-600学习网

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前言

随着”新基础设施”进程的不断推进，数字化转型升级进程加快。作为未来经济和社会发展的战略资源和数字基础设施，数据中心正在经历爆炸式增长。同时，其计算能力不平衡，能耗高，精细化管理不足。数据中心的高质量发展战略已成为行业深化数字化转型的机遇。

至于数据中心的能耗，国内不同研究机构给出的年能耗值不同。一些研究机构预测，未来十年，国内数据中心的耗电量将翻一番。事实上，随着新的节能技术在数据中心的应用，尽管对计算能力的需求继续以高比例增长，但未来数据中心的高能耗和高碳排放可能不会达到如此高的水平，但这并不意味着IT行业和决策者可以放心。数据中心的绿涩.节能和低碳发展仍然是一个值得关注的关键话题。

2020年9月，中国明确了”碳峰值和碳中和”的目标，这标志着中国决心促进高质量的经济发展.社会繁荣和生态环境保护。2021 2月，国务院发布《关于加快建立和完善绿涩低碳循环经济发展体系的指导意见》，要求加快信息服务业的绿涩转型，做好大中型数据中心和网络机房的绿涩建设和转型，建立绿涩运维体系。2021 6月，国家总局和国家发改委联合发布了事业单位节能降耗”十四五”规划，同年11月，国家发改委员会.中央网络信息办公室.，工业和信息化部.国家能源局发布《促进数据中心和5G等新型基础设施绿涩优质发展实施方案》，超大型数据中心运营用电效率降至1.3以下。2021 7月，工业和信息化部发布了《新数据中心发展三年行动计划(2021-2023年)》，提出坚持绿涩发展理念，支持绿涩技术.绿涩产品和清洁能源的应用，全面提高新数据中心的能源利用效率。

随着一系列国家政策的颁布，数据中心的绿涩低碳发展成为数据中心高质量发展战略的重要组成部分。数据中心的绿涩低碳发展通过创新节能技术提高设备的能效，充分利用可再生能源减少碳排放，从而推动数据中心成为新型数字基础设施的基础支撑，推动社会实现节能减排目标。

01

什么是”绿涩”数据中心？

绿涩数据中心的目标是最大限度地提高能源效率，最大限度地减少环境影响，一般来说，包括数据中心的性能效率.环境影响.资源整合和能源协调。

性能效率是一项基本要求。高度可靠的数据中心需要满足GB50174《数据中心设计规范》中A类数据中心的要求。一方面，有必要保持数据中心连续运行而不发生故障；另一方面，数据中心的IT系统.制冷.照明和电气系统可以保持稳定高效的运行。环境影响主要是指数据中心在正常生产和运行过程中对外部环境的影响。在建筑规划和建设阶段，应结合建筑的使用功能和规划定位，对项目进行包括大气.水.土壤.声音.固体废物和生态在内的综合环境影响评价。资源整合主要集中在数据中心建设过程中的材料选择.施工技术.设备或材料回收.可再生利用率和产品包装等方面。能源规划侧重于能源管理，能源管理

服务器芯片计算能力的提高和计算场景的多样化对于数据中心的节能至关重要。Intel通过特殊的加速芯片大大提高了负载处理速度，这意味着相同的工作负载很快。支持GPU和AI，提供更高的计算密度和更快的计算速度。其中，即将推出的Intel数据中心GPU，代号为Arctic Sound－M(ATS-M)，每秒可提供150万亿次操作(150 TOPS)。Ponte Vecchio是第一个旗舰数据中心GPU，在复杂的金融服务应用程序和人工智能推理和培训工作量方面表现出了突出的优势。Habana Gaudi2处理器于今年5月发布，用于高性能深度学习AI培训，Ponte Vecchio GPU基于Xe HPC微架构，专为高性能计算和AI设计，可让终端用户通过支持多种架构，充分利用处理器的高性能和能效。

在数据中心的能耗结构中，制冷和空调系统的能耗仅次于信息设备的能耗。如何降低数据中心的制冷能耗已成为降低PUE的关键。随着服务器的单位功耗的增加，普通服务器机柜的原始尺寸所能容纳的服务器功率通常超过15kw。在现有风冷数据中心的情况下，这已经达到了空气对流冷却能力的瓶颈。作为一种散热能力更强的技术，液体冷却技术可以帮助实现更高的功率密度。液体冷却技术是指使用具有高比热容和高传热系数的液体作为传热工作介质以满足服务器等IT设备的散热要求的冷却方法。也就是说，CPU.内存模块.芯片组.扩展卡和其他设备在运行过程中产生的热量被液体而不是空气带走。常见的液体冷却技术包括冷板式.浸没式和喷雾式。液体冷却服务器可以接受来自冷源的较高供水和回水温度，最大限度地利用室外自然冷源，并有效地将数据中心的PUE降低到1.2以内。联想基于新一代波塞冬温水冷却技术和第三代Intel®xeon®可扩展处理器构建了联想ThinkSystem SD650服务器，该服务器使用创新的冷却技术来提高性能和降低功耗。”思源1号”高性能计算集群已在上海交通大学建成。PUE可低至约1.1，实现42%的节能减排。

虽然液体冷却服务器的冷却效率已大大提高，但由于标准化水平差，行业内没有统一的设计规范，因此可靠姓仍需提高，成本需要降低。英特尔与工业生态合作伙伴携手开拓创新，构建液体冷却解决方案，在芯片.服务器.机架和数据中心四个层面开展研究，探索更经济高效的冷却方案设计参考，并致力于提出与冷板液体冷却系统设计相关的要求，以及未来液体冷却设计的规范和要求，从而为数据中心液体冷却方案的设计和研究提供路径和参考，通过行业合作伙伴共同提高冷板液体冷却技术关键部件的质量，促进其标准化，降低设计和使用成本，从而促进冷板液体冷却生态系统的建立和完善，促进整个行业的成熟。

3.2机柜级节能优化技术

机柜级节能技术主要包括：根据业务量和业务类型引起的负载变化自动调整功率；采用完善的供配电方式，提高单机柜的功率密度；提高计算密度，统一供电，共享冷却管理等技术措施。

根据Intel的测量数据，使用机架备用电池消除计划外峰值功耗可将服务器机架可用姓提高20%~30%。提高了计算密度。通过提高总线电压以满足大功率机架的需要，可以将电源效率提高2%，并且可以提高机柜空间的利用率，以满足高功率机架的需求

影响数据中心能耗的因素涉及多方面，包括服务器系统.空调制冷系统.供配电系统.机房装修.照明.变配电设备.供配电电缆等。即使操作和维护水平也会影响数据中心的能耗。通过对数据中心各子系统的运行负荷和能效的分项监测和分析，发现各子系统运行中的能耗问题，并针对各子系统进行运行调整和技术改进，以降低数据中心的功耗，提高整体能效。传统的数据中心采用手动或手动与动态环境系统相结合的能耗分析方法。面对海量的运行数据和报告，难以实现全面监控.准确预测.分析和控制。因此，我们必须使用数据中心的能耗分析工具，在设备级.系统级和项目级控制数据中心的能源消耗。

例如，英特尔开发的数据中心能耗分析工具主要涵盖监控.分析.预测和控制。

● 监控功能：具有网络自动发现功能，支持多种设备和协议，支持各种品牌的设备，可以跟踪设备能耗的变化趋势；

● 分析功能：及时发现机房热点，具有服务器能耗分析功能，识别空调制冷和气流组织不平衡，及时发现”僵尸服务器”，具有容量分析功能，实现智能容量管理；

● 预测功能：产能增长预测.温度健康预测.能耗预测.相关应用温度预测；

● 控制功能：服务器能耗控制策略.基于热点的冷却分析.提高服务器机柜容量.基于温度/功耗的应用程序迁移。

基于数据中心能耗分析工具对设备.系统运行状态.能耗等数据信息的监测.分析和预测，及时发现问题，制定准确高效的节能控制策略，依靠能耗分析工具的控制功能实施控制策略，并实现了全链能耗管理策略的全面监控.准确预测分析和控制。

CQC8302－2018《数据中心基础设施运维评估技术规范》广泛应用于数据中心行业，对能效管理有以下要求：

(1) 制定能效管理制度，明确能耗数据采集的要求.方法和频率，并对采集的数据进行系统分析，包括但不限于：

统计分析数据中心的总体功耗变化；

a. 数据中心日用电量和平均日用电量的统计分析；

b. 统计分析数据中心能耗的构成和比例；

c. 统计分析数据中心能效指标的月度变化；

d. 统计分析UPS系统能耗的变化；

e. 统计分析暖通空调系统能耗的变化；

(2) 统计分析数据中心用水量的变化(空冷系统的选择不适用)，了解IT设备的运行特点：

a. 是否分析和了解IT设备的峰谷运行周期与数据中心基础设施承载的机柜粒度；

b. 是否与客户或用户相关部门沟通，预测高密度it负载的部署，并制定相关解决方案。

(3) 能够管理气流组织，包括但不限于：

a. 应堵住设施建筑的所有可能的空气泄漏，以保持设施的正压；

b. 疏通设施内气流的流向，堵塞所有可能的空气泄漏，在机柜内所有空闲U位置安装盲板，关闭不必要的出风口，以确保冷空气的最佳使用效率。

(4) 管理体系及周边