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先进技术驱动下的ICT绿色创新

  【IT168 资讯】人们原先概念上往往认为ICT产业为低能耗、低排放产业,但实际情况是由于其市场规模巨大,其严重性决不能低估,ICT中数据中心、基站、信息网络效率及手机终端将成为主要节能目标。

  相关ICT产业温室排放研究报告指出,平均一个服务器每年二氧化碳排放量相当于一部每加仑汽油跑15英里的多功能跑车一年的排放量,而且常规数据中心大多数服务器未被充分利用,约有90%容量为空闲,但仍照排二氧化碳,而ICT产业二氧化碳排放量的1/4左右源自数据中心。

  由此可见,将服务器多核、刀片紧凑化,并高效率供电与布局空调,及引入云计算大幅度提高资源利用效率是何等重要。早在2007年时,我国全年的ICT产品总耗电量就已经达到300亿~500亿千瓦时,相当于三峡电站一年的总发电量。就基站而言,一些新的节能型移动通信基站可较普通基站节能70%左右,若按一个大城市5000基站计,可节能相当2.1万辆汽车一年的二氧化碳排放量……

  由此不难理解,为什么通信巨头厂商都争先恐后推出节能减排型绿色基站;相应环保技术创新已成为全球电信巨头开创绿色通信“蓝海”的核心竞争力重要元素之一。

国际社会响应积极

  欧洲智能能源欧洲(IEE,IntelligentEnergyEurope)计划中分设节能、替代能源及交通运输三类项目,对2020年的奋斗目标设置得非常具体,即比1990年温室气体排放量减少20%、再生能源占能源比例达20%、能源利用效率提高20%(即所谓三个20%);生物燃料使用占交通运输燃料比例达10%;通过ICT优化物流安排和智能流量管理帮助交通运输效率提高17%等。

  美国总统科技顾问委员会在“面向21世纪联邦能源研究与发展规划”中指出要求,工业无线技术应用将使工业生产效率提高10%,并使排放及污染降低25%等。

  日本计划用IPv6技术建设遍布建筑内的传感网络,用于动态智能管理大楼内照明、空调能耗设施,可节省能耗30%;而且,还拟用半导体白光光致发射器件(LED)照明,同样亮度下其仅为白炽灯耗电的10%,为目前节能灯耗电的50%,而且其寿命还有量级上的提升。

  我国对实施节能减排采取了诸多措施,今年4月的博鳌论坛也明确提出了“绿色行政”、“绿色经济”的号召。

三大创新技术引领“绿色刀片”

  刀片服务器(BladeServer)最大特色为计算密度高,结构紧凑、节约空间,薄片模块式接插、易于扩展,便于集中管理及可提供不间断服务,因此受到企业的广泛欢迎。目前正从大企业高性能计算向中小企业(SMB)普及应用方向拓展。

  有数据估计未来数年内刀片服务器销售额年增长率将大于40%,至2011年,全球每出货4台服务器中就有1台是刀片服务器。

  一系列技术创新引领了绿色刀片服务器新潮流。

  业界的三大新一代绿色刀片系统创新技术包括:洞察管理技术(HPInsightControl),热量智能控制技术(HPThermal Logic)及虚拟连接技术(HP Virtual Connect)。洞察管理技术使用户可通过单一控制台实现物理和虚拟服务器、存储、网络、电源及冷却系统的统一自动化管理,使管理效率提升达10倍,管理人员配备比可达1:200的高效率。热量智能控制提供了嵌入式温度测量与控制能力,可根据工作负荷需求及环境变化进行温控,此时将刀片服务机箱分割成网格状,根据不同网格温度设定供电与冷却标准以平衡热量,按此可使耗电量减广70%,并可节约出宝贵的机架空间。虚拟连接技术通过I/O虚拟化将电缆数量减少94%,并可一次性完成所有连接,原先数小时、数天才能完成的现仅需几分钟即可快速进行服务器添加、替换或恢复,大大提升效率。

  这些创新技术还充分体现在一些关键节能组件上,如主动散热(ActiveCool)风扇高风量、高风压、低噪声,自身功耗降低达50%,可为数据中心减少能耗50%;又如动态功率节能装置根据需求自动调节电源供应,每年20个功率为0.075kW的机箱就可节省约5545美元的能耗成本。

  借助刀片技术,曙光5000超级计算机自主创新再次有效地实现了“三高一低”:“高性能”,运算速度达200万亿次;“高效能”,系统使用效率达70%以上,计算节点16核SMP,胖节点32SMP,单核心可用内存128G;“高密度”,4路16核刀片,单机箱40颗CPU高密度机箱;“低功耗”,使用超高密度刀片服务器作计算节点及先进的水冷散热系统,230万亿次运算速度的耗电量控制在超低能耗700kW。

存储系统向绿色升级换代

  与此同时,数据的爆炸性增长是数据中心存储系统能耗持续增长的关键,绿色存储面临严峻挑战。

  值得一提的是HP在绿色存储上的创新:HPStorageWorks-EVA 4100/61008100,-XP24000及-LTO-4 Ultrium1840均以其显著绿色特征打造了新一代数据中心的绿色存储平台,并降低了成本、提高了效能及优化了业务效益。这些创新技术有如:EVA系统中引入了供应和动态容量管理,可将存储容量需求减少50%,消除了闲置容量及其能耗与二氧化碳排放。XP24000中融合了自动精简配制软件(Thin Provisioning Software)可自动按需从虚拟存储池中分配磁盘容量,可让容量随业务增长自动调节有毋需过渡采购,并减少了空闭磁盘的大量冷却能耗。逻辑快照和可写入快照技术的虚拟无容量快照(V snap)使仅当有新的写操作时才占容量,可比传统全复制节省高达80%能耗。

  虚拟化技术使EVA虚拟阵列提供了存储虚拟化功能,可支持容量集中、简化管理、自动性能负荷平衡、动态配置及重新配置等能力,大大提高了应用效率。

  以上创新还仅限于传统磁盘,包含磁头、电机、盘片等机械技术,具有体积大、沉重,运转时受振荡易损坏,庞大存储空间充斥震耳欲聋的机器噪声等诸多缺点,存储技术的进一步升级换代还在进行中。

  第一个升级换代产品便是固态硬盘(SSD),它由固态电子存储芯片阵列组成,没有普通硬盘的旋转介质,从而具备诸多优点,诸如存取速度更快、防震抗摔、轻便易携带、静音、发热量小、耗能低等。近年来,SSD已在便携设备中站稳脚跟,手机、MP3、数码相机中的内置闪存即属SSD,并已进入笔记本电脑领域,目前HP、Dell、Apple、Lenovo、Samsung、Sony等均已推出使用SSD的笔记本电脑,估计2010年20%~50%的笔记本电脑可能采用SSD。

  而且,SSD触角已伸向企业级存储系统,EMC已宣布将来其高级存储产品SymmetrixDMX-4中使用SSD硬盘,取代部分磁盘阵列中的传统硬盘,以提升反应速度。

  此外,还出现了混合硬盘技术,在硬盘外辰集成大容量闪存充当缓存,最终存储还依靠现行硬盘完成,以取得较低价位情况下的性能与容量较好折衷。SSD虽然单盘最大容量虽未及1TB、亦已达128GB,最大持续读写速度可达132MB/s,为通常60MB/s的二倍多,NAND闪存最大擦写次数为100万次,NOR闪存仅为10万次,且较昂贵及设备损坏后数据无法恢复,因此其昂贵与安全性容易使人望而却步。

  另一种更有吸引力的是借助电子自旋进行存储、读取的新技术,类似于IBM开发的代号为“Racetrack”的新存储设备。它以磁气物质为存储介质,利用电子自旋进行数据存储、读取等操作,位置变换通过控制电子脉冲的移动时间实现。内部无可动部件,不存在机械磨损问题及记录寿命问题,单盘存储容量可达100TB左右,从而更好地克服了传统硬盘与SSD的缺陷,未来10年内可望实用。

  与云计算相对应,未来的绿色存储应解决相应超大容量集群式快速、分布、动态的云存储问题,因为从现行网络存储架构看,很难设想SAN(StorageAreaNetwork)及NAS(Network-AttachedStorage)能有效支撑此无处不在的云计算环境,事实上Google在现有云计算搜索环境中即未采用SAN架构,而是使用了Google可扩展的分布式文件系统GFS(Google File System),这即为一种高效率的集群存储系统。

  此外,纳米存储技术在未来亦可能崭露头角。存储领域的绿式创新依然大有可为。

云计算为ICT增新绿

  云计算强调的是有效资源共享,并按用户应用需求,及时提供好服务,它可将数据中心转向为一种面向服务的手段。

  在面向企业级云计算的市场中,IBM正着力把自己打造成行业的领导者,其战略是销售更多为云计算量身定制的硬件、软件与服务,2008年春季开始即提供适用于云计算的服务器,甚至主机,其无锡太湖新城科教产业园区云计算中心建设即为最明显示例。

  就目前情况看,Google与IBM是云计算应用最有实力的推进者。在这方面,微软亦不甘落后,其主推的WindowsLive平台中基于云计算的基础结构(CloudInfrastructure)服务有重要潜在战略作用。

  EMC与SAP携手合作完善EMC的SaaS(软件即服务,SoftwareasaService)策略,秘密采用一种名为“EMC Cloud”的主机服务,虽然EMC未透露其细节,但公布的Fortress技术可能即为此“随需应变”与互联网运作方式极为相近,也许正因为如此才使互联网公司走在云计算的前列,其霸主与领头羊Google即为明显示例。

  在通信领域云计算应用亦已呈显出巨大吸引力,中国移动已提出“大云(BigCloud)”计划,Verizon也计划推进云计算数据中心应用。而且新一代宽带无线移动通信网络如果欲借助分布式基站多用户、多点协同工作均衡整个覆盖区及边际的高速宽带吞吐能力,及进行包括CR及DFM等在内的快速自适应资源调度、系统重构及高速运算,云计算必然是一个有效的武器。

  在硬件层面,值得一提的是威盛公司提供的可同时具备低功耗、支持64位计算能力与硬件虚拟化的Nano处理器产品,已由一般笔记本、台式机商务终端领域拓展至有效的云端计算应用,例如最近Dell公司一款云计算服务器就首次采用了Nano低功耗处理器,不仅可在2U空间内部署12个计算单元,同时其整体功耗也仅有采用传统处理器的服务器时的1/10,从而真正可促进高效、节能的绿色云计算。

  当然,云计算的有效资源共享及普及服务对绿色数据中心、绿色高效节能云计算ICT应用建设无疑有重要战略价值,但亦应看到,云计算依然处在热炒、起步阶段,还需在应用中检验、探索与完善,它仍将面临一系列挑战,如多种产品的标准化与协同、互操作,可能后向兼容资产的最大限度利用,用户身份信息大量存储后的有效隐私保护,借助互联网环境下的网络带宽能力与安全性保证,不同企业用户类别的云计算市场适应能力等,需认真应对。

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