芯耀
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根據(jù)Synergy Research Group的數(shù)據(jù)顯示，以關(guān)鍵IT負(fù)載衡量，美國(guó)占數(shù)據(jù)中心容量的49%，中國(guó)是僅次于美國(guó)的超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心容量地，占總量的15%，剩余容量分布在亞太地區(qū)的其他國(guó)家（13%）、歐洲、中東和非洲地區(qū)（19%），以及加拿大/拉丁美洲（4%）。
另根據(jù)中國(guó)數(shù)據(jù)中心工作組（China Data Center Committee，CDCC）的數(shù)據(jù)與預(yù)測(cè)，2019年，中國(guó)在線運(yùn)行服務(wù)器的數(shù)量和數(shù)據(jù)中心用電量分別為1200萬(wàn)臺(tái)和810億度，美國(guó)則為1700萬(wàn)臺(tái)和1150億度。
結(jié)合上述兩組數(shù)據(jù)，我們可以得到兩個(gè)結(jié)論，中國(guó)數(shù)據(jù)中心的平均容量低于美國(guó)，但每容量的耗電量高于美國(guó)。
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圖 | 康普北亞區(qū)技術(shù)總監(jiān) 吳健
事實(shí)上，數(shù)據(jù)中心一直是高耗能行業(yè)，以年為計(jì)的電費(fèi)動(dòng)輒上億元，通常被稱(chēng)為電老虎。對(duì)此，康普北亞區(qū)技術(shù)總監(jiān)吳健在2021年的CDCC上表示，“數(shù)據(jù)中心本身局部耗能正呈現(xiàn)越來(lái)越高的趨勢(shì)，物理密度也越來(lái)越大，很多年前，一個(gè)普通機(jī)架的配電需求大約為3-4kW，而現(xiàn)在需要8-10 kW。從某種程度上來(lái)看，數(shù)據(jù)中心運(yùn)維過(guò)程中的成本大部分是交電費(fèi)，用電成本可能會(huì)占據(jù)一個(gè)數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)成本的60%-70%。所以隨著數(shù)據(jù)中心本身的能耗不斷提升，對(duì)能源的依賴(lài)性就會(huì)變得愈加嚴(yán)重，節(jié)能減排于是被提上主旨日程?！?/p>
關(guān)于如何節(jié)能減排，在具體的操作層面，前些年采取的是從配電優(yōu)化和制冷優(yōu)化的角度去降低PUE，該值是指基礎(chǔ)設(shè)施為IT設(shè)備供能和IT設(shè)備本身耗能的比值，比值越小越好。但過(guò)去我們將PUE值已經(jīng)從1.5降到1.35，再到1.3，已經(jīng)進(jìn)入瓶頸期。所以站在今天的維度，跳出固有思維，下面將和大家分享一下關(guān)于數(shù)據(jù)中心減碳的兩個(gè)新維度。
數(shù)據(jù)中心減碳的兩個(gè)新維度
- ?不再糾結(jié)于PUE，從IT設(shè)備本身入手降低能耗
首先我們要明白一個(gè)道理，我們的IT設(shè)備在運(yùn)行時(shí)需要一些輔助設(shè)備，比如散熱風(fēng)扇等等，這些輔助設(shè)備也是要耗電的，所以整體耗電量除以IT設(shè)備的本身耗電量這個(gè)值一定是大于1的，哪怕完全自然冷還是會(huì)有其他供電。而基于現(xiàn)有的技術(shù)，1.3目前來(lái)看已經(jīng)降到很低了，所以我們不妨從“1”本身入手，降低IT設(shè)備本身的功耗。
吳健舉例解釋道：“IT設(shè)備目前在中國(guó)的數(shù)據(jù)中心行業(yè)存在利用率問(wèn)題，比如1個(gè)機(jī)房可能有1000個(gè)機(jī)架，部署了10000個(gè)服務(wù)器，但它們是不是都在使用？機(jī)房里空置了1/3面積，機(jī)架里又空置了1/3服務(wù)器不在使用，這是不是空耗？另外，綠色節(jié)能也和連接器也有關(guān)聯(lián)，我們能不能把接口功耗再降低？所以，“1”本身是有問(wèn)題的，就是IT本身的資產(chǎn)利用率并不夠高?！?/p>
- 延長(zhǎng)國(guó)內(nèi)數(shù)據(jù)中心的生命周期
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圖 | 布線系統(tǒng)的生命周期
除了降低IT設(shè)備本身的功耗外，我們?cè)谏钔谝徊?，能否延長(zhǎng)數(shù)據(jù)中心的使用壽命？眾所周知，在建設(shè)數(shù)據(jù)中心的過(guò)程中，需要非常多的工業(yè)原料，比如鋼鐵、塑料、芯片、制冷劑等，生產(chǎn)這些原料都會(huì)帶來(lái)碳排放，是一個(gè)連鎖反應(yīng)，所以延長(zhǎng)數(shù)據(jù)中心的使用壽命，本身就是在節(jié)能減排。
說(shuō)到數(shù)據(jù)中心的生命周期，我國(guó)很多數(shù)據(jù)中心的生命周期太短，基本三五年就要翻新了。這意味著所有的IT資產(chǎn)以及基礎(chǔ)設(shè)施都會(huì)被廢棄，而后再重建一個(gè)更大規(guī)模、更高效、更高速率的數(shù)據(jù)中心。與之形成鮮明對(duì)比的是，國(guó)外大型互聯(lián)網(wǎng)公司現(xiàn)在建數(shù)據(jù)中心的設(shè)計(jì)理念、采用的材料都是需要考慮使用十五年、二十年，甚至是二十五年，事實(shí)也是如此。因此，如何延長(zhǎng)國(guó)內(nèi)數(shù)據(jù)中心的生命周期將成為數(shù)據(jù)中心節(jié)能減排的重點(diǎn)。
采用優(yōu)化的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、更低功耗的連接器，降低數(shù)據(jù)中心功耗
“從行業(yè)角度來(lái)講，康普可以做的就是提高數(shù)據(jù)中心的有效性，數(shù)據(jù)中心無(wú)非是IT設(shè)備互聯(lián)， IT設(shè)備互聯(lián)就涉及網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)問(wèn)題。說(shuō)到網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，現(xiàn)在的趨勢(shì)就是云架構(gòu)，用的Leaf-Spine構(gòu)架或者Fabric架構(gòu)，這種架構(gòu)就能夠提升數(shù)據(jù)中心內(nèi)部的計(jì)算交換、存儲(chǔ)的性能，降低延時(shí)，并提高可靠性。此外，高速以太網(wǎng)的發(fā)展可以進(jìn)一步提升數(shù)據(jù)中心的網(wǎng)絡(luò)效率?！?吳健如是說(shuō)。
當(dāng)我們聚焦在連接方面，如何才能降低接口功耗，比如更多地采用成本和功耗更低的多模光纖，從而降低IT設(shè)備本身功耗。
眾所周知，單模光纖需要的是激光光源，多模光線采用的是VCSEL光源，VCSEL光源本身能耗是要大大低于激光光源的。從光源波長(zhǎng)角度看，多模是850 nm，單模是1310 nm以上，大部分是1550-1650 nm之間，所以單模需要更長(zhǎng)的波長(zhǎng)，支持的距離更遠(yuǎn)，需要的功率更高。如果從布線的角度來(lái)看，這兩者的制造成本和能耗沒(méi)有太大的區(qū)別，但是從設(shè)備收發(fā)器來(lái)講，在同樣端口數(shù)應(yīng)用下，單模設(shè)備耗能大概是多模設(shè)備的兩到三倍。
?圖 | 服務(wù)器的演進(jìn)速度
不過(guò)，雖然多模光纖比單模要節(jié)能，但是多模存在連接距離太短的局限性。隨著網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用從40G演變到400G，多模光纖的傳輸距離慢慢縮減至一百米以?xún)?nèi)，但是如果連一百米都支持不了，在大一點(diǎn)的數(shù)據(jù)中心應(yīng)用中，從交換機(jī)到服務(wù)器的距離如果超過(guò)一百米，多模就會(huì)有問(wèn)題，就必須要換成單模，如此談何節(jié)能呢？
“因此，在過(guò)去3-4年中，康普引領(lǐng)了OM5標(biāo)準(zhǔn)，這是一個(gè)更高等級(jí)的多模光纖。根據(jù)多模光纖發(fā)展歷程，我們可以將其標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行排布：OM1、OM2、OM3、OM4、OM5。而OM5是基于多模技術(shù)演進(jìn)，能夠進(jìn)一步提升速率，進(jìn)一步延展傳輸距離和多模生命力的一種技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)”， 吳健解釋道，“所以OM5的出現(xiàn)是的多模無(wú)需急于升級(jí)到單模，這也是一種節(jié)能思路?！?/p>
采用智能管理平臺(tái)，避免盲目的升級(jí)和改造
“康普有一款產(chǎn)品叫imVision?智能化布線系統(tǒng)，行業(yè)縮寫(xiě)為自動(dòng)化基礎(chǔ)設(shè)施管理（AIM），它是一款布線的智能管理平臺(tái)。通過(guò)該平臺(tái)，可了解整個(gè)IT資產(chǎn)連接有多少個(gè)端口在用，有多少個(gè)端口是空閑的，資產(chǎn)利用率是多少，以及每個(gè)端口的屬性，比如連接對(duì)端是什么應(yīng)用，鏈路距離有多遠(yuǎn)，速率多高，這些都可以在系統(tǒng)里進(jìn)行管理、記錄、報(bào)告，使得用戶(hù)對(duì)包括IT資產(chǎn)、連接的布線資源都有清楚的了解。”從吳健的表述中，我們可以明確一點(diǎn)，那就是了解清楚這些參數(shù)意味著不會(huì)盲目地升級(jí)和改造。
也許現(xiàn)在的容量是足夠未來(lái)三到五年甚至十年的應(yīng)用，那就無(wú)需擴(kuò)容了，如此一來(lái)可以進(jìn)一步提高資產(chǎn)利用率。比如，原來(lái)端口有1000個(gè)，現(xiàn)在用到了500個(gè)，未來(lái)十年內(nèi)可能只會(huì)用到800個(gè)端口，就無(wú)需重新部署新資源了。如果不了解資產(chǎn)利用率，可能會(huì)因?yàn)樾聵I(yè)務(wù)要重新購(gòu)置、部署機(jī)架、交換機(jī)、布線系統(tǒng)等。
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圖 | 智能基礎(chǔ)設(shè)施管理
此外，智能化管理平臺(tái)還可將以太網(wǎng)供電（Power over Ethernet，PoE）應(yīng)用納入管理，以太網(wǎng)供電是把數(shù)據(jù)線纜當(dāng)成一個(gè)供電線纜來(lái)對(duì)待。攝像頭或IP電話本身既要供電又要通信，用PoE就可實(shí)現(xiàn)供電和通信合二為一，但這相當(dāng)于給交換機(jī)多一重任務(wù)，原本交換機(jī)只用于收發(fā)信號(hào)，不用于供電?，F(xiàn)在交換機(jī)用于供電后，它的耗電情況也可通過(guò)該平臺(tái)管理。
從操作層面如何來(lái)實(shí)現(xiàn)這種實(shí)時(shí)的動(dòng)態(tài)監(jiān)控呢？事實(shí)上，布線行業(yè)的數(shù)據(jù)采集相對(duì)比其他行業(yè)（如人臉識(shí)別、智能攝像）不太一樣，傳統(tǒng)的連接線都是無(wú)源器件，而布線系統(tǒng)是在A和B兩個(gè)有源設(shè)備間建立連接，所以我們需要在這些連接和連接器件之間加入傳感器，再將配線架電子化，就是IoT的概念。
吳健表示，“光纖收發(fā)器的耗能基本是固定的，比如啟動(dòng)后就是在穩(wěn)定提供3-5瓦的功率，那么基本就可以計(jì)算出它的總耗能是多少。銅纜則更復(fù)雜，尤其是智能樓宇里的銅纜，如果有PoE應(yīng)用則更為復(fù)雜?！?/p>
以太網(wǎng)有一個(gè)特別有趣的現(xiàn)象，比如把某個(gè)IP設(shè)備插到一個(gè)交換機(jī)上，首先要協(xié)商兩件事情。
首先它們之間會(huì)協(xié)商到一個(gè)速率。如果一個(gè)是百兆設(shè)備，另一個(gè)是千兆設(shè)備，最后就協(xié)商成百兆了。如果一個(gè)是千兆，另一個(gè)也是千兆，最后可能就協(xié)商成千兆了。協(xié)商就意味著它是變化的，你不知道它是什么速率，這從交換機(jī)管理的角度可以看得到，但它是變化的。
另外一個(gè)協(xié)商是提供能源。普通以太網(wǎng)終端就是提供數(shù)據(jù)信號(hào)，并不提供能源。但若是一個(gè)POE攝像頭，可能就會(huì)協(xié)商，這個(gè)攝像頭向它申請(qǐng)需要30W的功率，交換機(jī)是否能夠提供取決于其能力，可能只能提供15W而非30W；但若有60W的能力，則可提供30W。若要60W功率，交換機(jī)就要提供60W。這樣提供能耗的過(guò)程是動(dòng)態(tài)的，動(dòng)態(tài)能耗需要監(jiān)測(cè)，這種監(jiān)測(cè)可以從智能平臺(tái)里獲得，從而可得知總能耗是多少。
所以說(shuō)，這種平臺(tái)型的智能管理可以加強(qiáng)對(duì)設(shè)備能耗和布線設(shè)計(jì)布局等方面的優(yōu)化，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的最終目的。
寫(xiě)在最后
關(guān)于數(shù)據(jù)中心的通信網(wǎng)絡(luò)何時(shí)升級(jí)至800G，吳健告訴筆者，“就像家里裝修，走水走電肯定在買(mǎi)家電之前。布線作為基礎(chǔ)設(shè)施，對(duì)于技術(shù)前瞻性比網(wǎng)絡(luò)設(shè)備要早，400G、800G技術(shù)在布線方面其實(shí)在過(guò)去三五年里就已經(jīng)準(zhǔn)備好了。準(zhǔn)備好的標(biāo)志就是高性能的光纖和高密集的連接器件，MPO連接器件很早就出現(xiàn)了，比如16芯、24芯標(biāo)準(zhǔn)，這其實(shí)就是為400G、800G服務(wù)的，從這一點(diǎn)來(lái)看布線已經(jīng)準(zhǔn)備好了。”
“但這個(gè)產(chǎn)業(yè)是不是到了成熟時(shí)期，并不取決于布線，而是取決于光芯片和光電芯片的產(chǎn)業(yè)成熟度。這個(gè)產(chǎn)業(yè)成熟度的標(biāo)志是兩個(gè)重要指標(biāo)，一是成本降低，二是能耗優(yōu)化。盡管效率高，但高速的收發(fā)器比低速的耗能要高。比如速率提高了四倍，耗能只提高一倍，看起來(lái)不錯(cuò)，但用戶(hù)不能接受。所以，要解決好產(chǎn)業(yè)中光電芯片的成本和能耗問(wèn)題，當(dāng)然其中也包含散熱問(wèn)題。上述兩個(gè)基本問(wèn)題一旦解決了，這個(gè)產(chǎn)業(yè)商業(yè)化的速率肯定就能提高?！?/p>
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