绿色计算 服务器“绿”化建设急如星火

【天极网12月15日专稿】绿色IT，众说纷纭，国内外界定此概念的观点千奇百态，没有定论。顾名思义，从简理解，无非IT产业与人类和自然、社会环境友好相处罢了。关于绿色IT，尽管定义不一，然而，矛头直指服务器的绿化必要性却是共识。绿色IT，绿色服务器担任大任，义不容辞。且听笔者细细道来。

  服务器“绿”化 迫在眉睫

  了解服务器“绿”化，首要需弄清绿色服务器的内涵。绿色服务器是指由绿色组件组成并配有相关软件的服务器。 绿色组件则包括CPU、内存、磁盘、电源等组成服务器的基本硬件，这些基本硬件必须符合低能耗与低成本。

  机房/数据中心IT设备系统一般由服务器、存储和网络通信设备三部分组成。三者能耗约占机房/数据中心所需总功耗的50%，这其中，服务器占用40%左右的功耗，剩下10%功耗则由存储和网络通信设备平台。 服务器的能耗问题可见一斑。

  施耐德电气IT事业部全球数据中心副总裁Paul-Francois Cattier援引一组调查数据指出，目前全球人口的已达70亿，预计到2050年，人口将增长至90亿，同时，能源的消耗也会成倍上升。 为了防止全球气候发生剧烈变化，人类需要在2050年之前将二氧化碳排放量减至原来的一半。而IDC的调查则显示， 目前整个服务器的装机量为3500万台左右，每年服务器消耗的电力费用约为290亿美元。巨大的能源消耗带来的成本已占到IT行业消耗运营成本的30%-50%。 如下两图示分别表明服务器规模与能源消耗、服务器规模与污染物排放比例关系。

  图示表明，服务器不仅消耗能源，同时能源带来的污染物排放不可小觑，这不仅会对环境造成破坏，同时要修复被破坏的环境需付出巨大成本代价。

  随着第三平台：移动、云、社交、大数据兴起，加之多屏世界崛起，IT承载的的后台处理功能愈加复杂，作为机房/数据中心IT设备系统第一把手，服务器的能耗问题将日趋严重，服务器“绿”化已迫在眉睫。

  绿色服务器三化建设：模块化+虚拟化+智能化

   首先，绿色服务器设计上建议采用模块化设计。模块化设计是对服务器内部应用硬件：计算、存储、网络、散热、管理、电源等整合成各个模块，通过模块化设计，服务器内部各个模块具有独立的功能同时不同的模块区域可实现互相备份，并通过模块间的排列组合组成整个模块化服务器成品。模块化设计使得服务器部件便于独立拆解和替换、降低故障修复时间，减少因故障带来的额外能耗损失。

  其次，服务器“绿”化建议部署虚拟化。服务器虚拟化基本原理是将服务器虚拟化长若干个服务器使用，降低单台服务器的负载与简化系统管理，达到同等业务需求条件下，物理服务器数量减少与节省机器占用空间，实现节能。服务器虚拟化技术主要包括CPU虚拟化、内存虚拟化、设备与I/O虚拟化和虚拟机实时迁移技术，通过虚拟化技术对资源进行动态的管理提高利用率同时降低能源消耗。 比如I/O虚拟化技术， Intel的VT-d技术就有不错的节能表现。Intel VT-d技术是一种基于主板北桥芯片的硬件辅助虚拟化技术，其通过在北桥中内置提供DMA虚拟化与IRQ虚拟化硬件来实现I/O虚拟化。采用该技术，虚拟机可采用直接I/O设备分配方式或者I/O设备共享方式代替传统的设备模拟/额外设备接口方式，实现虚拟化环境中I/O可靠性和灵活性增加同时，达到降低能耗。

  第三，智能化技术是绿色服务器节能减排关键。其实，模块化与虚拟化的本源来自于智能化。做到智能响应，智能管理，实时根据不同负载需求自我调节，服务器会更具绿色保障。比如Intel的睿频加速技术，该技术可根据负载进行动态调整电压，优化IT设备，实现IT设备的绿色节能，该项技术已嵌入Intel最新至强E5处理器平台。大多数人明白，服务器节能，“功耗大户”CPU节能与否十分重要。笔者推荐Intel在CPU处理方面采用智能化处理器来解决功耗问题的两种技术：Intel功率门限与Intel智能节能能技术。Intel功率门限的功能主要在于将处理器闲置的功耗大幅度降低，并允许每个内核单独降低功耗;Intel智能节能技术则可判断CPU正在运行的工作负载情况以及数据的吞吐量，根据相应的变化使CPU在15种运行状态间切换，其中每种状态对应不同的功耗的限度，以此来实现功耗自适应调节。

  绿色服务器双选择：刀片服务器+微型服务器

  绿色服务器如何选择，前提是根据自己的实际应用需求基础上，挑选服务器产品。而与占用空间较大的塔式服务器和标准化设计的机架式服务器相比，在绿色服务器平台，笔者偏向于推荐刀片服务器与微型服务器， 后两者的功耗远比前两者低。再者，刀片服务器与微型服务器各自的需求导向是不一样的，建议对CPU能要求较高的用户选择刀片服务器，而对I/O要求较高，对CPU性能要求不高的用户可选择微型服务器。

  刀片服务器的特点是高密度，体积小，性能高，同时费用也高昂。刀片服务器是在一个机箱中内插许多类似“刀片”的服务器单元，而每一块“刀片”等同一个独立的服务器，这将使得机房/数据中心在同等空间中实现更多服务器的布设来满足愈发复杂的高密度数据中心需求同时降低功耗。此外，同一刀片机箱中的各个独立刀片服务器可共享网络、电源与冷却等资源。这样一来，服务器从部署到维护的流程都被简化了，同时，是看供电制冷的费用也相对减少。机关刀片服务器比起塔式与机架而言更节省空间，但由于其高密度性致使其散热问题突出，因为刀片服务器一般应用在大型的数据中心或诸如需要较大规模计算的云数据中心， 通过数据中心其他散热设施来弥补刀片服务器散热短板。

  微型服务器是近一两年比较火热的产品，其扬名很大程度上来自其“低功耗”的符号。 微型服务器面向I/O操作密集但对计算要求较低的简单服务， 微型服务器并非如刀片服务器针对关键业务而生，其一般专注自身I/O密集型的应用负载。微型服务器具有单机多节点的供功能，采用热插拔的模块设计，体积小，密度高，功耗低。除了计算性能和应用负载对象与刀片不同外，微型服务器与刀片服务器在节能上有类似点，同一机架上的微型服务器可共享彼此的电源、冷却系统、存储与网络连接。既然微型服务器专用I/O密集型应用，那么其对CPU(CPU是服务器功耗重灾区)的性能要求不高，因而微型服务器会选用一些诸如Atom之类的低功耗CPU，因而整体功耗就降了下来。在低碳经济和绿色减排趋势下，微型服务器看似吃香，却需慎用。微型服务器的市场容量其实非常有限，并非所有的应用负载都适合。戴尔公司中国区教育及大客户部戴尔服务器与网络解决方案部市场经理彭宇恒就表示，微服务器尽管前景广阔、发展空间大，但由于其自身特点和应用范围的局限性，其用户基数较小，而且未来的市场份额也不会太大。

  服务器“绿”化 软件当道

  在采用上游厂商Intel、AMD的标准化设计产品后，服务器厂商在服务器硬件方面功耗控制差距是在逐渐缩小的。而能带来竞争力的市场在软件技术。 绿色服务器的实现，软件技术不肯忽视。软件技术将帮助服务器提高调度和管理效率，实现服务器节能。 比如IBM采用Power Executive软件来智能管理服务器的电力消耗。Power Executive采用IBM开发的线路监测技术来确定实际能耗和系统的温度并允许用户“计量”任何单一服务器或者一组服务器的实际电力使用数据和趋势数据。 在最新IBM System x服务器及IBM Blade Center 刀片服务器中均嵌入Power Executive软件来对部件耗电进行管理控制。

 附：趣味横生的服务器“绿”化技术

  服务器“绿”化技术，千奇百怪，各家使出浑身解数，在“绿”化道路上耕耘。 我们一起开开眼。

  ◆浸染矿物油 Intel给服务器降温

  Inel表示，把服务器浸泡在矿物油中，可实现服务器散热降温。根据Intel的测试，一旦移除计算机上的风扇和硬盘，那么采用矿物油来实现降温的方式会显得非常高效。Intel发现采用矿物油冷却系统需花费2%-3%的冷却功耗，比传统服务器华花费50%-60%的冷却功耗要第得多。

  【浸入在矿物油中的服务器 图片来源：Intel】

  【浸入在矿物油中的服务器主板 图片来源：Intel】

  ◆ 用燃料电池供电 微软着手开建低功耗云服务器

  微软在2012年年初曾收到绿色和平环保组织批评，称其云服务器主要靠煤和核供电，并非可生资源。兴许受到打击，微软立即作出回应，称未来会用让了电池供电。未来，微软的数据中心，将允许服务器独立安装燃料电池， 并保证系统连接至正常的电网。若服务器安装离正常电源线过远，则可设置电外网。

  【微软将采用燃料电池为服务器供电】

  ◆ IBM光芯片研发成功 功耗不到5瓦

  2012年， IBM研制出一款光芯片原型产品Holey Optochip，据了解，该光芯片的传输速率达到1Tbps，相当于每秒传输500部高清电影。Holey Optochip在一块标准的90nm CMOS硅工艺、5.8×5.2毫米面积的芯片上钻了48个光通道(optical vias)，构成24个接收器通道和24个发射器通道 。该光芯片主要用于处理和传输网络大量数据，并适用于超级计算机和数据中心。而该芯片的功耗不到5瓦，适合绿色计算。不过该芯片在服务器的运用估计还得等上十年。

  【Holey Optochip正面显微照片】

  ◆惠普3D海洋式传感器

  所谓3D海洋式传感器是通过在立式板卡上加装传感器来控制服务器系统散热，减少30%的风扇散热能耗并通过3D海洋式传感器信息与HP Active系统诊断结合增加系统正常运行时间及可靠性。

【惠普3D海洋式传感器】