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打造智慧型綠色資料中心 省電又環保

  • 企業IT編輯部

前言:
許多廠商紛紛推出可監控資料中心運作狀況的管理工具,不僅從改善資料中心、機房架構著手,提供模組化的機櫃與基礎建設,更延伸至IT設備軟硬體使用效能、資產管理及安全管理等。藉由全方位的Web介面,讓負責維運的人員能快速、有效的及時發現問題,並且依事先規劃的標準作業流程,快速處理潛在或已發生之問題。

本文:
回想數年前Google剛切入搜尋引擎市場時,便公開表示要走向雲端運算(Cloud Computing)服務平台,當時不但被許多專家認為是天方夜譚,眾多資訊大廠也不看好雲端平台的未來發展,但在Gmail、Google Apps等雲端運算服務問世後,各種MID設備與裝置如雨後春筍般出現,加上iPhone、Android Phone等智慧型手機(Smartphone)熱賣,都在在應證了雲端運算服務是未來趨勢,也牽動新1代智慧資料中心的發展。

目前全球中、大型資料中心每年以500~1,000間左右的幅度增加,散落在企業中的小型資料中心更幾乎以倍速成長,預計到2012年將新增2,000間小型的資料中心,以滿足企業未來的發展。

但是另1份統計資料顯示,2007年人類因使用電力而產生的二氧化碳高達80億萬頓,佔全球二氧化碳排放量30%,其中光是資料中心運轉所產生的二氧化碳排放,就達到1.6億公噸,甚至比起部分製造業產生的排放量更高,顯見智慧型資料中心首要條件便是從綠色環保下手。美國能源部(U.S. Department of Energy;DOE)更明白指出,若能持續改善資料中心的效率,至2015年可節省相當於400萬台汽車的碳排放量,等同於180萬個美國家庭用戶所消耗的電力。

改變傳統機房基礎架構 建立綠色機房

根據1份最新的分析資料顯示,在資料中心的能源消耗結構中,包含供電設備、冷卻設備、照明設備等基礎建設,便消耗了50%以上的用電量。若深入分析各項設備的耗電狀況,可發現其中維持IT設備運作僅消耗30%左右的電力;而空調系統則佔掉大部分的電力能源,平均消耗量達到45%左右;剩下25%的電力則用於供電設備、UPS、照明設備等。

換句話說,若資料中心中有高達95%的伺服器長時間處於待機狀態,其處理器平均使用率只有1%,加上儲存設備平均使用率也僅30%左右,卻仍得消耗大量能源維持其正常運作;所以事實上在資料中心消耗的能源中,只有2~3%左右用於資訊處理與運算,也代表其餘97%以上的能源僅用於維持設備運作,而非提供企業營運所需的運算資源。

不可否認,導入虛擬化技術確實能減少IT設備數量,同時提高資訊設備使用率,達到降低電力需求之目標,但若從改善資訊中心架構著手,反而能徹底解決能源被浪費的問題,也是打造綠色資料中心不可或缺的步驟。

首先,從減少基礎設施的電力耗損下手,多數企業用戶在建置資料中心時,都會考慮到擴充姓,預先添購與建置未來可能用到的關鍵基礎設施,卻也導致初期IT設備負載量不高時,關鍵基礎設施的耗電量甚至比IT設備耗電量來得高。相較於傳統的設計,目前市面上已有採用模組化的高效率基礎架構問世,由於具備隨時擴充架構特性,不僅可省下設備本身的初期購置成本,還可減少維護服務成本和電力能源成本,當運算負載達目標容量的50%,再添購擴充模組即可。

其次,藉由可偵測IT設備實際用電量與使用曲線的電力偵測設備(Power detect Unit;PDU),了解既有IT設備的耗電狀況,快速掌握每個機櫃中IT設備的用電量,以做為日後擴充電力系統或不斷電系統的參考。因為許多網路管理員都是憑感覺調整冷卻系統的溫度,不是導致資料中心溫度過冷浪費能源,就是導致IT設備溫度過高,但透過新1代智慧型電力偵測設備,不但可輕鬆掌握環境溫度、濕度高低,甚至能有效控制空調系統的耗電量。

高效能水平式空調 提高機房散熱效果

長時間不停機的IT設備是機房高溫的主要來源,也促使冷卻系統須長期運轉,所以只要改善資料中心的散熱架構,就可連帶提升冷卻系統效率。多數資料中心都已採用排熱系統較優異的架高式地板,但由於擴充IT設備的速度太快,往往導致機櫃間的距離過窄而無法產生空氣對流,讓架高式地板原本提供的空氣對流失效。換句話說,機櫃間必須維持一定距離,才能順利讓架高地板下方的空間產生冷、熱空氣對流,進而提高冷卻系統的效率。

傳統機房通常是採用下吹式空調系統,搭配架高式地板造成空氣對流來降低溫度,但在追求單一機櫃高效能運算的前提下,機櫃內部伺服器排列都非常緊密,尤其密度最高的刀鋒伺服器,冷空氣很難滲入機櫃其中達到降溫效果,往往形成機房中溫度已下降至22度,但伺服器或儲存設備內部溫度卻還處於高溫狀態。

有鑑於下吹式空調系統冷卻效率不佳,新1代水平式空調、水冷式機背、模組化機櫃解決方案已大量問世。在模組化機櫃與機櫃間安裝水平式冷卻系統,讓冷空氣傳遞路徑大幅縮短,冷卻效果比起下吹式調系統更佳、更有效率;冷卻系統可將冷空氣直接平行送入相鄰機櫃中,讓IT資訊設備直接吸入冷空氣,達到快速降低運作溫度的目標。除了水平式冷卻系統外,許多企業也開始將水冷式背板安裝在機櫃後方,直接將IT設備排放出來的熱能與冷卻水交換,藉以提高空調系統的冷卻能力。

有時由於IT設備採購時程不同,可能會出現資料中心整體冷卻能力無虞,但部分高密度機櫃的溫度卻無法降低,導致資訊系統不穩定,此時可透過風扇輔助設備改善,如添購空氣分配器增進單一機櫃之散熱效能。其次,當單一機櫃中的供電與散熱需求增加,僅依賴夾層地板之空調孔提供冷空氣至所有伺服器的空氣吸入口,導致冷卻效能不如預期時,市面上也有行列式散熱架構,能解決高熱、消除地板氣流效率不足的問題。

新一代省電伺服器 有效提升智慧型資料中心效益

有鑑於天然資源被人類過度消耗,如何提供更有效率的資訊設備,協助企業用戶降低能源消耗的問題,一直是許多科技大廠積極發展的目標。像英特爾除了陸續推出高效能、低耗電的處理器外,也積極發展新的電源管理技術,希望提升資料中心的能源使用效益。英特爾首先在新推出的Intel Xeon 5500/5600處理器中,加入Intel Intelligent Power Node Manager技術,讓多核心處理器每個運算核心都可獨立運作,打破以往多核心必定同時運算的概念。

在資料量不大的情形下,處理器只需要使用其中1~2個核心進行運算就足以應付,其餘閒置核心仍然維持低耗電狀態以節省電力,直到資料量持續增加才陸續啟動其他核心加入運算。透過這種先進的電力控制技術,不但能讓伺服器在忙碌時具備高效能運算,且在閒置狀態下也能維持低耗電,並直接降低電源供應器的瓦數,同時減緩散熱風扇轉速,達到降低伺服器整體能源消耗的目的。

在Intel Intelligent Power Node Manager技術的基礎下,英特爾又開發了以管理整個機櫃為單位的Intel Data Center Manager管理軟體,協助企業用戶有效管理資料中心用電量。這套軟體最大特色就是可將每個機櫃或資料中心的用電量,依照應用伺服器的忙碌程度,透過處理器降低電源供應器的耗電量,以維持機櫃或資料中心正常運作。

如單一機櫃的供電量為6KW,上面有10台應用伺服器,Intel Data Center Manager管理軟體在發現用電量已瀕臨用電上限時,就會強迫處理器使用率較低的應用伺服器,降低電源供應器的使用量,讓10台應用伺服器都能正常運作,避免用電量暴增導致整個機櫃或資料中心發生當機。

IT績效儀表板 掌握機房一舉一動

面對資料中心內大量的資訊設備,IT管理人員最頭痛之處莫過於掌握設備的運作狀況,儘管多數資訊產品都設計了警告系統,可在問題發生時透過電子郵件、簡訊通知管理人員處理,但由於資訊系統過於複雜,資訊部門往往需要耗費許多時間找出資訊系統或設備之間的關係,導致企業營運面臨中斷,甚至產生非常重大的損失。

有鑑於此,許多廠商紛紛推出可監控資料中心運作狀況的管理工具。以IBM推出的智慧資料中心解決方案為例,不光從改善資料中心、機房架構著手,提供模組化的機櫃與基礎建設更搭配了IT 績效儀表板,讓管理內容從原有資訊中心的環境設施延伸至IT設備軟硬體使用效能、資產管理及安全管理等,藉由全方位的Web介面,讓所有負責維運的人員能及時發現問題,並依事先規劃的標準作業流程快速處理潛在或已發生之問題。

伺服器內建KVM系統 提升資訊人員工作效益

隨著私有雲端運算平台成形,資訊人員要隨時掌握資料中心應用伺服器的運作狀況,絕對必須依賴KVM交換器。以往KVM交換器的訊號線有傳輸距離限制,所以1台機櫃就得購買1~2組KVM交換器,加上不支援遠端操作,IT人員必須進入機房實際監控伺服器的運作,很容易形成資料中心安全管理上的漏洞。

目前市面上較常見的解決方案,多半是以同軸雙絞線為傳輸介質的KVM交換器,由於資料傳輸距離長達100公尺,加上具備多台堆疊與中央控管的特性,就算機房中伺服器的數量超過100台,IT管理人員在中央管理平台上也能輕鬆切換與管理資料中心的伺服器。在安全性與管理便利性的考量上,許多企業在規劃資料中心時都會事先埋入同軸雙絞線,以便將訊號連接到IT管理員的座位上,透過專屬的管理設備直接掌握伺服器的運作狀態,不但可提升網路管理員的工作效率,也能減少進出資料中心的頻率,降低機房被惡意人士入侵或破壞的機率。

儘管許多伺服器都已內建KVM管理模組,系統管理員可以透過TCP/IP的通訊協定進行遠端管理與設定,但要同時掌握多台伺服器的運作狀況,逐一透過IP位址管理還是太過複雜,添購具備中央控管能力的KVM設備是較好的解決方法。符合TCP/IP規範的KVM交換器,最大特色就是能完全掌握伺服器硬體的運作狀況,也就是當伺服器需要重新開機時,能清楚看到完整的開機過程,甚至修改BIOS的參數,是打造雲端運算中心必備的管理工具。


在資料中心的能源消耗結構中,供電設備、冷卻設備、照明設備等基礎建設消耗了50%以上的用電量。古榮豐攝


英特爾開發了Intel Data Center Manager管理軟體,協助企業用戶有效管理整個資料中心的用電量。劉家任攝



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