【IT168 专稿】随着服务器处理器遵循摩尔定律变得越来越强大，但它们消耗的电力和产生的热量也越来越多;同时，和磁盘存储技术发展使在线数据暴涨的现象类似，使用大容量存储系统消耗的电力几乎达到了和服务器一样多。随着计算能力和存储容量的快速增长，数据中心能耗(kWh，千瓦/小时)和功率密度(kWh/sq.ft.，千瓦时/平方呎)呈螺旋式上升，给现有数据中心配电和制冷系统带来了越来越大的负担。

　　数据中心里的“能源危机”

　　数据中心每消耗1瓦特电力需要3.413 BTU/小时的制冷量来消除产生的热量，根据气候的不同，以3.413 BTU/小时消除热量的速度需要额外的0.4-0.6瓦特电力。据惠普发布的一份报告显示，数据中心电力密度已经从1992年的2.1 kWh/rack(千瓦时/机架)上升到2006年的14 kWh/rack，现在急需要能够处理机房内“热点”的制冷系统。

　　Ziff-Davis市调公司2005年11月发布的一份调查报告显示，71%的IT决策都与处理或跟踪电力消耗和制冷相关，63%是增加电力容量和扩大数据中心。2006年5月IDC做了一次类似的调查，发现电力供应和电力消耗位于数据中心亟待解决的前三个问题之列。

　　另一方面的电力问题是电力成本越来越高，据IDC发布的一份报告显示，当前3年的电力和制冷成本基本上和数据中心固定资产的采购成本相当了，随着对计算能力的需求和电力成本的持续增长，电力将会成为IT预算的较大组成部分，在未来几年内可能会上升到50%。

　　随着这些趋势的继续发展，数据中心管理人员需要认真考虑每一次电力和制冷投入的影响，此外，电力和制冷的生命周期成本将会成为计算TCO时的重要因素，而TCO在竞争解决方案中进行选择时具有指导作用。服务器电源效率指标是由EPA开发的，EPA希望数据中心设备制造商发布能源之星指标，帮助客户更好地管理电力消耗。关键的电源效率指标可望使用负载/瓦特(服务器使用)，GB/瓦特(存储使用)，Gbps/瓦特(网络使用)。在朝标准化努力的同时，最终用户可以开发自己的电源效率指标，例如，对于计算能力效率，可以使用关键应用程序除以对应的电力消耗瓦特数，对于高性能计算，Mflops/watt(百万次浮点运算秒/瓦特)是通用的电源效率指标，对于数据库应用负载，对于一个给定大小的数据库，TPC-H综合查询每小时/瓦特(QpHH/watt)是一个合理的电源效率指标。

　　集中关注电力消耗和电源效率有以下潜在的好处：

　　——延长现有数据中心的使用周期，减小改造成本;

　　——夺取电力和制冷成本的部分控制权;

　　——优化新数据中心的设计。

　　管理数据中心电力和制冷

　　优化数据中心的整体电源效率需要一个综合办法，要从技术和策略上，在基础设施的每一层同时最小化电力消耗和最大化电源效率，包括CPU芯片、电源、服务器、存储设备和网络设备，除了最大化硬件设备的电源效率外，还有软件策略需要考虑，如服务器虚拟化，通过服务器虚拟化可以极大地减少电力消耗。

　　CPU芯片

　　在一个给定的计算性能水平下，CPU芯片的基础架构可能对电力消耗有重大影响，例如，在CPU上集成内存控制器可以减少芯片集的整体功耗，许多服务器制造商为给定服务器模型提供了多种CPU选择，在产品选型和交易时可以考虑电源效率。每芯片的晶体管数量几何增长定律预计到2010年仍然会保持不变，每个芯片的电力和时钟频率保持水平增长。这些技术趋势促使芯片制造商转向多核芯片，以充分利用晶体管的密度，例如，双核CPU可以比单核CPU提供更好的性能，因为只需缩减大约15%-20%时钟频率就可减少约40%的电力消耗。

　　图 1 晶体管/芯片，时钟速率和电力/芯片的增长趋势，

　　应用程序可以从多核芯片架构获得许多好处，包括多线程(如集群计算)，事务处理和多任务应用程序，对于这些应用程序，一个双核处理器比单核处理器在消耗相同电力的情况下，可以提供高于60%的性能，但单核处理器为I/O密集型，单线程应用程序提供更好的性能，因为多核需要争夺内存和I/O带宽。从性能和电力角度看，多核CPU的趋势将会驱动新应用程序多线程编程模型的优先级。

　　第二个提高电源效率的芯片级技术是动态时钟频率和电压调节(Clock Frequency and Voltage

　　Scaling，CFVS)，CFVS通过动态调整CPU的性能(通过时钟速率和电压)提供按需的性能以满足工作负载，使用CFVS时，CPU以最小时钟速率(和功率电平)运行，提供与当前工作负载完全匹配的计算能力，时钟频率和电压通过操作系统的电源管理工具调用行业标准“高级配置和电源接口(ACPI)”进行控制。

　　CFVS的好处见图2所描绘的内容，在左边的图中，显示了电力消耗和CPU利用率之间的关系，CFVS在空闲时可以提供高达75%的电力节省，在CPU利用率达到20%-80%范围时可节省40%-70%的电力消耗，在右边的图中，电源效率是以工作量/瓦特为单位的，因为CPU性能不是由CFVS降低的，相反，使用CFVS可能会使电源效率大大提高。

　　图 2 在电力消耗和电源效率方面CFVS的影响

　　服务器

　　机架优化的服务器和刀片服务器可以共享大量的组件，包括更高效的电源供应和制冷子系统，与传统服务器比较，刀片服务器可以减少约20%-50%的电力消耗，同时也减少了设备的占地面积，结果是总体电力消耗减少了，但电力密度增加了，即“瓦特/机架”的数量上升了，电力密度越高(在大于12-15 kWh/rack范围内)对制冷的要求也越高，如刀片服务器机架的液体制冷。无论选择哪种服务器包装方式，服务器电力供应(以及数据中心所有设备的电力供应)都应该尽可能选择更高的电源转换效率(例如，转换效率超过80%，功率系数就接近1.0)。

　　服务器虚拟化

　　服务器虚拟化通过应用程序整合，减少物理服务器的数量，淘汰低利用率的服务器，减少服务器的数量最大可能节省50%的电力消耗。服务器虚拟化非常有吸引力，因为它可以部署在现有服务器上，使应用程序中断时间缩短到最小，除了省电外，它还具有其它方面的TCO好处。