IT设备节能技术及其在高校中心机房的应用

王宇杰 黄红 北京交通大学信息中心 100044

IT设备节能技术及其在高校中心机房的应用

王宇杰 黄红 北京交通大学信息中心 100044

节能减排是国家的战略方针，对于高校，也必须思考IT设备在性能不断提升的同时更节能。本文从服务器节能，显示设备节能，网络设备节能三方面探讨高校网络中心机房IT节能的技术，并重点探讨服务器节能技术的应用。

IT设备；节能；服务器；高校

引言

节能减排是国家的战略方针，对于高校，也必须思考网络中心机房中IT设备在性能不断提升的同时更节能。本文从服务器节能，显示设备节能，网络设备节能三方面探讨高校网络中心机房IT节能的技术，并重点探讨服务器节能技术的应用。

1.服务器节能

1）选择服务器时，在性能相近的情况下尽可能考虑更节能的服务器

电源转换率较高的电源更节能，选用2.5吋硬盘也比3.5吋硬盘更节能，优选低电压处理器与内存也能更节能、加强风扇管理，很多方面多管齐下，能让设备在确保性能的情况下更节能。

低功耗节能处理器已成厂商关注的重点。英特尔在服务器平台推出Nehalem-EP（至强5500）核心处理器，和主流的Xeon 5400系列至强处理器相比，在主频和功耗上并没有提升的情况下，能效比却大大提升。 AMD的皓龙处理器采用了多项AMD独有的最新的创新节能技术。如通过使用AMD CoolCore技术处理器可动态关闭其非工作的电路块来降低能耗，独立动态核心技术使每个核心可以根据其应用的特定性能需求来调整时钟频率等。

硬盘方面服务器一般可以支持2.5英寸或者3.5英寸硬盘。优先选用低功耗产品或2.5英寸产品，无疑更节能。很多低功耗的硬盘产品功耗已能做到很低，在满载、空闲时的功耗都可控制在数W内，对于采用多硬盘的服务器，长期运行下来更节能。

相对于传统的机架服务器，刀片服务器的功耗要低得多。因为刀片服务器上每个刀片模组共用电源、散热、网络等功能，相较于使用一般机架式服务器可以节省空间与电力成本。如果能将老式的塔式服务器或机架式服务器换为更先进的刀片服务器，在节能效果上也更佳。

2）根据需要选择合适性能的服务器

服务器不能一味追求高性能，因为高性能一般就意味着高能耗。现在很多高校机房的服务器负载很低，却选择了性能非常高的服务器。针对系统的负载来选择够用的服务器，是一个节能的好办法。网站建设在考虑性能的可扩充性同时，选择够用的服务器是个更明智的选择。

3）提升服务器的使用效率

第三，尽量提升服务器的使用效率。方法一是合并应用提高服务器工作效率，方法二是做服务的虚拟化。

毫无疑问，如能将服务器、储存、网络等设备进行必要的虚拟化作业，能大大提高设备利用率，减少机房物理设备数量，减少占地面积与不必要的电力损耗。比如，利用VMware虚拟技术可将每个服务器的平均利用率从7%提高到60%～80%，从而便可降低机房空间、机柜、网线，耗电量，冷气空调和人力成本等。

另外，硬件辅助虚拟化正成为虚拟化发展的主要方向。主流的厂商都将虚拟化技术看成近两年来服务器技术革新的重点。英特尔推出了I n t e l V T（Virtualization Technology）、AMD推出了AMD-V等硬件辅助虚拟化技术。这让传统的纯软件虚拟化应用变得更高效。

英特尔提供了包含处理器（VT-x或VT-i）、芯片组（V T-d）、网络设备（VT-c）三套相辅相成技术在内的整套服务器硬件虚拟化解决方案。其中VT-d技术做为一种基于主板芯片组的硬件辅助虚拟化技术，通过在北桥中内置提供DMA虚拟化和IRQ虚拟化硬件，可实现新型的芯片级别的I/O虚拟化方式，在虚拟环境中大大地提升I/O的可靠性、灵活性与效能。

AMD推出的AMD Virtualization（AMD-V）硬件辅助虚拟化技术通过直接互联架构（D i r e c t C o n n e c t Architecture）和在处理器和内存控制器中引入一个新模型和功能来提高CPU的虚拟应用性能。它能提供直接的CPU到内存、CPU到I/O和CPU到CPU的连接，这些虚拟化技术可通过提高虚拟化解决方案的可靠性、支持性来改进现有的纯软件虚拟化解决方案。

虚拟化技术能集中并共享资源，实现降低成本、优化利用率，已成为服务器发展的大势所趋。“学校越大，机房越小”，这是高校机房应该追求的目标。

2.显示设备节能

在机房显示设备方面，传统的CRT显示设备正被L C D显示设备替代。而L C D还不是最节能的显示设备，比如LED和OLED就比其更节能，OLED显示技术无需背光灯，采用非常薄的有机材料涂层和玻璃基板，当有电流通过时，这些有机材料就会发光。因此，OLED显示屏耗电量可做到LCD的1/6，机房如能采用这样的显示器无疑能更绿色。

另外，目前的高校机房基本在每个机柜都安装了一个显示器和一个KVM设备。服务器由于其特殊性，一般安装配置好后无需本地操作。因此，整个机房准备2～3台移动工作车（包括显示器，键盘，鼠标）供临时使用。这样无论在硬件投资，设备能耗和机柜利用率这些方面都有其优势。

3.网络设备节能

选择网络设备时，环保节能要作为一个重要指标。目前主流的交换机厂商均已通过RoHS标准认证，在环保方面有一定的保证。此外在同等条件下，选择能效高的交换机，能耗转发效率可以用bps/W来衡量。

在配置机箱式网络设备时，要根据线卡功率及来适当配置电源功率，避免浪费。当前网络的核心设备电源动辄1.x千瓦，但一般都有几级电源供选择，根据线卡选择够用的冗余电源即可，另外配置3电源或远高于需求的电源完全没有必要。

另外，选用带端口自动节能功能的交换机（绿色以太网技术Green Ethernet）将对节能有很大帮助。现在高校机房中很多的网络设备端口利用率并不高。绿色以太网技术可以通过端口状态和网线长度来自动调节端口功率，从而让交换机不是在什么状态下都是以最大功率来运行的，由此可以达到节能的目的。目前，华为和D-link都为电信运营商提供了具备该功能的设备。

最后，接入设备尽量选择低功耗，无风扇，体积小的交换机。低功耗:接入交换机不仅仅存在于网络中心机房，在校园网内部应用广泛。比如北京交通大学仅接入交换机就有近1000台。如果一台接入节约10w，那一年仅用电就节约近9万度，近5万元。无风扇就没有噪音，不存在扰民问题，同时降低了设备故障率（我们的经验，一般的交换机风扇用超过5年开始陆续损坏）；体积小便于维护安装。

4.北京交通大学中心机房在IT设备节能方面的尝试

北京交通大学在国家2008年下一代互联网二期项目（C N G I 2）建设过程中，在I T设备性能功能相同的条件下，优先考虑能效高的设备。服务器方面:分别定制了几个档次的服务器，用于不同级别的应用，不是单纯追求高性能。另外，通过应用整合和虚拟服务器的方法尽可能提高服务器利用率。显示设备节能方面，逐步取消每个机柜的显示器和KVM设备，代之以移动配置的显示器和键盘鼠标。

网络设备选择方面:核心交换机选择时根据所配线卡配备合适电源模块，另外在同等条件下，选择低功耗，无风扇，体积小的交换机。对于绿色以太网技术，C N G I 2入围的交换设备均不具备，希望厂商今后对教育市场也推出具备该功能的设备。

[1] 如何打造更加节能的绿色机房.www.it168.com

[2] 从点滴入手看绿色机房的节能之道 .tech.sina.com.cn

10.3969/j.issn.1001-8972.2010.11.044

本论文受铁道部项目《中国下一代互联网示范工程CNGI示范网络高校驻地网建设项目》(N09D00010)支持

王宇杰，男，1973，工程师，研究方向:网络技术与安全。

黄红，女，1961，高工，研究方向:网络技术与系统。