軟硬體雙管齊下 改善資料中心能耗效能瓶頸
- DIGITIMES企劃
-
DIGITIMES企劃
一般討論資料中心的耗能管理或綠能概念，大多會將焦點關注在如何在空調、照明進行節能，或是導入具節能設計的電信設備、伺服器等，但實際上伺服器、資料主機佔機房總能耗約50%，若能透過虛擬化服務或是動態調整系統負荷，亦可節約可觀能源消耗。
常見機房的能源消耗，會分成幾種形式產生損失與浪費，即所投注的能源消耗在不具生產效益的項目上，例如伺服主機、電信設備中的中央處理器，全速運行下產生的溫度高達80？90度，但其他同載板的零組件工作環境溫度僅40？50度上下，由電能產生的熱能損耗就相當驚人，除的能透過不同形式產生浪費外，在傳輸的過程也有不同形態的電能損耗。
不可小覷電力轉換能耗
一般來說，資料中心用電有AC、DC兩類能源供應來源，在電源傳輸鏈路中不管是市電投注到UPS、AC轉換DC或是DC轉AC等形式的電力轉換，只要每經過一次電力的形式轉換，就會造成或大或小的電力耗損，多數的電力耗損與前述討論的中央處理器、載板元件產生的熱型態一樣，均為以熱的形式出現損耗。
在機房配置中，通常透過遠端電源管理監控系統(Power Distribution Units；PDU)處理電力部署，PDU本身就會產生能耗，而設備主機也會針對載板電力需求配置電源供應器(Power Supply Unit；PSU)，每當取得電力再透過PSU多重轉換下，也將導致更多浪費，尤其是PSU若自高電壓轉換成較低電壓，這種狀態意味著低電壓轉換相對增加終端的電流量，也將導致傳輸損耗因此提升。
解決機房內的熱處理與恆溫空調能耗，一般會被機房建置人員視為首要之務，因為機房能耗較大之處以24小時恆時運轉的空調設備最為顯著，些微改善就能獲得顯著成效，但實際上不只是從空調設備端著手，也必須針對空調冷流送到關鍵設備端後是否被有效用於設備散熱，而不是以過高的調溫手段反倒形成空調設備能耗居高不下的罪魁禍首。
機房規劃普遍常見的問題，在於冷通道與熱通道的規劃整合不完全，如冷？熱通道銜接設計不佳，無法將空調致冷冷源有效送達設備端，等致設備散熱不均問題。
另外資料中心內的機櫃設備也會因應實際服務需求，進行設備添加或是動態重新配置等處理，當設備一出現異動，最好也能根據機櫃配置的現況變更散熱規劃，讓設備、網線等配置也能因應設備機櫃的冷卻條件進行最佳化配置，減輕空調散熱的額外負荷。
妥善規劃機房佈線 避免維運問題
除前述的硬體、線路方面的電源節能手段外，在資料中心的整體投資比例觀察，其中軟體、伺服器？電腦設備分別佔4成與5成，網路線材與佈線約佔總成本的1成，雖說網路線材成本最低，但實際上網路線材的使用壽命高達15年，幾乎是資料中心一經佈線整合後就不會再異動，若規劃與建置有不當線路部署，對未來機房管理將造成維運成本損失。
而在資料中心開始投入運轉後，較常見的問題在於基礎設施的擴展不易，因為機房規劃可能礙於成本與時間限制，為原有規劃設備與服務乘載量做了較謹慎的評估，導致結構、點對點配線等網絡結構限制，也會影響資料中心原有規劃的冷？熱流通道迴圈等問題。
一般遭遇服務與設備乘載擴充時，資料中心通常必須面對改線與線路升級，透過線路升級可以汰舊換新網絡線路，或透過乘載資料量更高的光纖網絡，不僅提升網絡效能外，也能減省線路佔用機房空間困擾，提升機房散熱效益，進而達到更優化的空調使用效益。
對資料中心來說，網絡線路可以說是核心的關鍵，在機櫃內的電信設備導入光通訊傳輸機制，不只設備效能可因為光通訊整合下、傳輸、整合與處理數位資訊效能大幅提升外，使用光通訊也可進一步減省設備能耗增加，加上光纖通訊線路佔用空間更小，對空調散熱設置的冷？熱通道迴圈也可達到更佳的設備散熱與冷卻效果。
設備全速恆時運轉 導致機房能耗飆高
再檢視資料中心的IT設備與系統配置，機櫃空間幾乎是被伺服主機、磁碟陣列、網通設備所佔滿，這些設備也佔用了機房總能耗超過50%以上，其中高達40%為伺服主機與磁碟陣列所佔用，而網通設備如交換器等，僅佔用約整體資料中心能耗的10%上下。
在電信網通設備方面，能做的改善手段有限，例如採買高能源使用效率的節能設備等，而伺服器主機、磁碟陣列等，為了追求電信服務效能，通常會以效能優於節能方針進行設備佈署，導致這個部分的節能手段不容易實施。
尤其是資料中心在綠色環保相關措施方面，多數人目的會放在減少能耗上，例如在高耗能的空調著手，以減少空調數量、優化冷？熱通道迴圈等硬體相關節能優化方面，但實際上透過軟體？系統的綠能節約手段，甚至可以為資料中心帶來更顯著的節約效用。
善用虛擬化、硬體節能技術 伺服器節能效益最大化
至於軟體？系統在現今綠能資料中心，最大的關鍵效用為實踐設備虛擬化的應用熱潮，尤其是軟體系統可以透過系統配置與佈署，輕易完成資料中心系統架構重新配置，透過虛擬化技術，可以視整體服務容量需求配置關鍵伺服主機與運算資源，當終端的應用累積至超過關鍵服務器可乘載的運算能量時，則可再透過硬體升級或是設備增加補足缺乏的系統服務資源。
如此一來，應用大量虛擬化系統、設備服務的資料中心，可在相同的服務為運容量下，以更低的硬體資源支援相關應用服務，光是設備就可以降低20~30%不等，不僅可以減少閒置或是低運轉需求設備數量，也可將服務集中於關鍵伺服器進行重點管理，而減省的硬體設備數量已可獲得實質的能耗節約效用，硬體設備採購需求也可更彈性規劃，實現綠色資料中心目標。
目前透過各種伺服器虛擬化、雲端虛擬磁碟陣列等網路系統技術，可以讓一部綜合應用的伺服器主機同時運行多組應用，對終端用戶來說則可將取得的虛擬運算資源視為獨立伺服主機使用，這相當是可將一部伺服器當作數台伺服器使用，大幅提高伺服器的設備使用率，甚至可有效減少伺服器、電信設備總量。
另一個伺服主機的軟體或系統節能手段，是現今伺服器設計與製造業者，開始正視伺服主機在資料中心的能耗高居不下問題，一般業者會提供伺服器額外的遠端控制介面與機制，除提供網管或服務維運人員，可透過網路遠端檢查伺服器硬體服務是否正常，同時進行簡單的開？關機、重置系統等操作外，新一代的設計還將伺服器的動態效能調整、設備運轉效能調校整合在控制平台上，讓伺服主機在非全速運行情境下也可動態調整運作效能，在合理條件配置下將整體伺服主機的能耗降到最低，若在待機狀態下甚至可以將整體硬體產生的能耗降低至80%程度。
