ABB 白皮书 提高数据中心能效的十种方式 在新的数据中心，更高能量密度的处理器将集中在相对较小的空间里.
但随着能量需求和电费上涨，高密度计算环境可消耗大量运营预算.
本 白皮书探讨如何通过优化以及IT及OT效率提升来提高现代数据中心的 能效.
国际能源署（IEA）最近预估，尽管数据中心工作负荷将在2014年至2020年期间增至三倍，效率提 高意味着其用电量有可能仅需增加3%.
即使是小型数据中心也可通过有效管理，正确的IT硬件、 电源及冷却设备的选择来节省数万美元.
大型私营企业数据中心将为企业IT莫定坚实的基础，有望在2021年占到工作负荷的一半.
对于很多私营企业数据中心而言，这种大公司采用的基于网络的现代数据中心要追求极高的效 率，从技术或经济来说往往不可行.
但在多数情况下，可通过短期行动以获得直接利益，节省很 大一笔电力电费.
能效测量 多年以来，在任何数据中心经营者的愿望清单上，低电能使用效率（PUE）一直排在最前面， PUE=数据中心总供电量/IT设备用电量.
PUE一直是专家之间争论的焦点，但我们都同意“越 低越好”.
总电量是指整个数据中心运行的电量.
IT设备用电量被定义为在一个数据中心管理、传输、存储 或处理数据的设备运行所需要的电量.
这些测量提供一个基准，允许数据中心管理者将用电量与其它数据中心对比.
但根据绿色网格联 盟（一个专注于提高数据中心和业务计算体系能效的全球产业联盟）提供的公式，有不止一种计 算PUE的方式，因此很滩进行比较.
1.0的PEU额定值相当于100%能效.
美国能源部伯克利实验室的一项研究发现，多数数据中心 的PUE保存在1.3至3.0.
根据UptimeInstitute（专注于IT设施认证的一家咨询机构）的最新调 查，一个标准数据中心的平均PUE为167.
“这意味着，对于该中心接收的每1.67瓦电量，只有1瓦 输送到IT设备.
综合法 由于其动态性，PUE应依据一系列值测量值，并计算出一个时期的平均值.
任何时间点的值取决 于现用服务器台数、采暖通风与空调（HVAC）系统上的负荷等因素.
电气与机械系统的质量与 龄期也是重要因素.
当服务器接近满负荷运行，可获得最好的PUE值；当为节省电费而关 掉备用服务器，可增大PUE值.
在过去几年内，数据中心能效提高趋于平缓，在某些情况下可能变差.
最大的基础设施能效提高 发生在五年前.
进一步改进需要投入大量人力物力，而回报越来越少.
在测定一个数据中心的能效时，行业需要比PUE更准确的性能标准.
我们希望更清楚地了解如 何向每个数据单元的IT系统馈电.
PUE的一个重大局限性是，它测量支持一个数据中心的整个 建筑物基础设施的总能效，但并未指明IT设备自已的能效.
在另一方面，IT设备能效是数据中心总IT输出除以至IT设备的总输入功率所得值.
但如何测定 IT设备耗电量？
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根据绿色网格联盟，可在功率转换、开关和调节完成以后准确测定IT设备能效.
因此，要 正确测量输送到几个服务器机架的总电量，测量点应设在配电装置（PDU）的输出端.
就所服务的网页数或者交付的应用数量而言，IT输出是指数据中心的真实输出.
实际上，IT效 率表明IT设备针对具体供电单位的电力有效使用.
” 现场基础设施能效显示支持IT设备运行的电量以及输送到配套系统（如备份电源及冷却系统） 的电量.
这两个数字使你能够追踪能效并发现机会使IT设备输出最大化；通过减少损耗以及配套系 统中的低效率，可降低输入功率.
3 尽管没有关于IT效率的行业基准，但有一些现场基础设施效率基准.
一些备选PUE标准包括绿 色网格联盟的数据中心生产率（DCP）和数据中心能源产出率（DCeP）UptimeInstitute及麦 背锡的企业平均数据中心效率（CADE）以及JouleX的效能功耗比（PPW）.
但就目前而言， PUE仍然是主要基准.
^ 提高数据中心总效率的十种方式： 1.最大程度减少IT设备空闲 就其容量而言，IT设备的利用率通常十分低.
服务器的利用率只有5-15%，处理器利用率为10- 20%，存储设备利用率为20-40%，网络设备利用率为60-80%.
但即使任何此类设备空闲，设备仍然消耗大部分电能.
一台标准服务器即使是在完全没有工作的 情况下也会消耗30-40%的最大功率.
UptimeInstitute发现，全世界30%的服务器未使用.
这不影响数据中心的PUE，但会产生 300亿美元的电力浪费.
因此，发现并关掉未充分利用的设备部件似乎是最有效的策路.
然而，由于存在根据减少能耗的容量需求打开和关闭服务器的算法，关掉服务器不一定是最好的 解决办法.
反复开关服务器会消耗电能，并引起存储磁盘严重磨损.
应对全世界1千万“僵户”服务器的更好做法是分布式计算，它将把计算机连接起来，如同它们 是一台机器.
增加协同工作的数据中心的数量，可提高其处理能力，从而减少或避免使用特定任 务的独立设施.
2.服务器与存储单元虚拟化 在整个行业，我们可看到仅仅为了保持物理分界线而使用专用服务器及存储设备，这种利用率低 下的案例有很多.
然而通过虚拟化，可将服务器和存储设备集合到一个共享平台上，同时维持操 作系统、应用程序、数据与用户之间的严格分离.
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多数应用程序可在独立“虚拟机”上运行，而这些虚拟机在后台与其它应用程序共用硬件.
虚拟 化可使多数数据中心受益，大大提高硬件利用率，减少耗电服务器及存储设备数量.
虚拟化可将 服务器利用率从平均10%-20%提高到至少50-60%.
5 虚拟化不是希望提高能效的数据中心的出路，尤其是当它们被用来管理一天中的最大负荷 时，这种情况下未得到充分利用，空闲硬件是必要的.
3.合并服务器、存储设备及数据中心 在服务器层面，刀片服务器为它们消耗的电能提供更多处理输出，因此有助于推动联合.
一个机 架上的每个刀片共用电源、风机、网络及储存空间.
与传统机架式服务器相比，刀片服务器完成 同样的工作可节省20-40%的电能.
合并储存设备带来另一个机会.
由于大磁盘驱动器能效更高，合并储存设备可提高内存使用率， 并减少用电量.
高速固态驱动器的使用应当仅限于要求即时响应的应用.
最后一点也很重要，如果未充分利用的数据中心可集合到一个地点，通过共享冷却及支持负荷的 备份系统，除节省空间以外，经营者还将收获的成本节约.
由于越来越多地使用超大规模，设备，而这些设备采用有组织的统一计算体系构架，可轻易升 级到成千上万台服务器，数据中心用电需求可停留在大致相当于过去五年的水平.
平均起来，一个超大规模数据中心的一台服务器能够替代常规数据中心的3.75台服务器.
在 2016年的一篇报道中，劳伦斯伯克利国家实验室估计，如果美国小型数据中心80%的服务器迁 移到超大规模数据中心，用电量将减少四分之一.
据IEA称，超大规模数据中心用电量占全世界 数据中心用电量的20%，到2020年，它们将占到一半.
1 4.有效管理CPU用电 运行一台服务器所需要的50%以上的电量被中央处理器（CPU）消耗.
芯片制造商正在开发更 高能效的芯片集，并且多核技术使高负荷处理的用电量减少.
也可通过其它手段减少CPU用电量.
多数CPU带有电能管理功能，可通过在多种性能状态之间 动态切换大大优化能耗.
通过大大降低最佳性能任务之外的处理器电压及频率，CPU可最小化 能量损耗.
此类自适应电源管理减少能耗但不会影响处理能力.
如果CPU多数时候在接近最大容量的状态 下运行，这种功能的优势不明显，但当CPU利用率变化时，可带来可观的节省.
5.电力供应的发展 将输入交流电（AC）转化成直流电（DC）的电源装置（PSU）消耗大约25%的服务器用电量， 仅次于CPU.
将12VDC转化成至处理器及多个芯片集使用的各种直流电压的负载电压调节器是 另一个耗电设备.
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已经有几个关于提高服务器部件能效的行业标准.
8OPLUS认证电源装置正在成为现代IT设备 的主流.
该认证因80%的最低能效而得名，应对20%、50%和全额定负荷下的能耗.
“ PSU能效越高，用电量越小，产生的热量也越少.
所产生的热量很关键，因为它影响PSU的性 能及其内部零件的使用寿命.
高效PSU昂贵，但可为数据中心带来更大的节省.
如果PSU以90%的效率运行并且电压调节器 以85%的效率运行，服务器的总能效将超过75%.
6.选用高效UPS 数据中心需要的电力在传输到IT设备之前，需要通过不间断电源（UPS）和配电装置（PDU）.
PDU通常以94%-98%的高效率运行，因此UPS中的电能转换效率是数据中心能效关键因素.
UPS技术发展大大提高了工作效率.
在20世纪80年代，大多数UPS系统使用可控硅整流技术 将电池直流电转化成交流电，运行开关频率较低，效率最高只能达到75-80%.
随着绝缘栅双极型晶体管开关器件在20世纪90年代的出现，开关频率得以提高，能量变换产 生的损耗大大降低，使得UPS能效提高到90%.
今天，由于高速开关的使用，UPS中不再需要 变压器，能效已经可以提高到94%（说明，其实最新的技术已经到97%以上了）.
但在评估UPS效率的时候，只考虑峰值效率是不可取的，因为它们不大可能满负荷运行.
很多 IT系统使用双电源作为备份，而标准数据中心的UPS容量利用率不到50%，在有些情况下基至 只有20-40%.
上一代UPS在低负荷下的能效也极低.
除可观的成本节省以外，今天的高效UPS还通过更好的 内部敬热延长电池使用寿命，提高整体可靠性和性能.
另外，大多数数据中心使用双变换UPS，它将输入交流电转化成直流然后再恢复到交流.
这为 IT设备提供了一种纯净、稳定的波形，使之与输入电源有效隔离.
如果UPS如果不是对输入电 源进行变换，仅仅只是工作在线互动模式或者通过被动的旁路系统给负载供电的话，运行的效率 会更高.
7.更高电压等级的配电 为符合全球标准，几乎IT设备都在100V-240VAC输入电压下工作.
电压越高，设备效率 就越高.
但多数设备在低压下运行，牺牲了效率.
UPS可在120-415V电压下运行，而配电装置（PDU）将功率降低到208V(IEC）或120V(UL）， 以便为服务器供电.
由于工作于更高电压下的IT设备，当PDU内的降压变压器可以去除，电源 的的能效可以提高很多.
当通过415V输出电源（可向一台服务器直接馈电）运行一台UPS，可 实现2%的能耗降低.
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8.采用最好的冷却技术 TEN WAYS TO DRIVE UP DATA CENTER EFFICIENCY 61s
