绿色数据中心助力数字油田建设

张居库

[摘 要] 本文以企业数据中心机房建设前瞻性研究为基础，简要阐述了绿色数据中心建设的必要性，以及如何打造企业的绿色数据中心，实现节能减排，助力数字油田的开发建设，大大提升油田生产和管理水平，为油田生产带来巨大的效益。

[关键词] 绿色数据中心；数字油田；PUE

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2014 . 12. 025

[中图分类号] F272.7 [文献标识码] A [文章编号] 1673 - 0194（2014）12- 0040- 02

0 前 言

数据中心作为企业信息系统的运行中心和灾备中心，承担着企业核心业务的运营、信息资源服务以及数据的存储与备份等任务，它是实现企业业务运作的连续性和高效性的重要保障。

据IDC的统计数据表明，在IT行业中，能源消耗成本已经达到其硬件采购成本的25%，而企业生成的关键数据正以52%的年均复合增长率不断攀升，与之相关联的数据中心规模也随之扩大。当石油企业在面对诸如为了处理呈指数级快速增长的数据而需要对IT系统设备提出更多和更高要求的IT需求时，如何在确保企业数据的高效、安全处理，保证企业核心业务正常运作的前提下，实现企业数据中心建设的节能与环保，最大限度地减少浪费和降低无效投入，为助力数字油田建设和提升油田开发生产的质量效益而打造一个真正“绿色节能”的数据中心是当前石油企业数据中心建设所面临的一个重要课题。

1 现状及问题

据调查，62%的被访企业认为他们的数据中心面临着诸如散热、供电、成本等问题；23%的被访企业认为其数据中心存在供电和散热能力不足的问题，无法充分利用高密度计算设备，限制了IT基础设施的发展；19%的被访企业认为其数据中心的耗电量太大，费用超高，无法负担；还有17%的被访企业认为机房温度过高，影响了计算设备的稳定运行，随之导致一系列问题的出现。

随着信息系统机房IT设备高密度的集成化，机房设备散热量日渐趋高，与IT相关的碳排放已经成为主要的温室气体排放源之一，且该领域的排放势头还在随着企业对计算、数据存储和通信技术需求的增长而快速上升；另一方面，企业数据中心普遍存在因运算设备密度的提高而迅速加大用电量，从而导致数据中心总体用电成本成倍增加的问题。

过去，数据中心将设备运算能力作为主要关注的目标，设备的能源消耗却被忽视。然而，随着人们环保意识的提高，越来越多的企业在考虑数据中心运算能力的同时，也更加重视数据中心的节能与环保，并开始逐渐关注绿色机房的建设。

2 打造绿色数据中心

绿色数据中心是指数据中心机房中的IT系统、机械、照明和电气等能取得最大化的能源效率和最小化的环境影响。绿色数据中心的“绿色”主要体现在数据中心的整体运行在满足系统高可靠性、高可用性和合理性的基础上具备节能、环保的特征。

评价绿色数据中心的重要指标之一是PUE（Power Usage Effectiveness的简写）。PUE是指数据中心消耗的所有能源与IT负载消耗的能源之比，即PUE = 数据中心设备总能耗/IT设备能耗，其中数据中心设备总能耗=IT设备能耗+制冷系统能耗+电源系统能耗+照明系统能耗。数据中心的PUE值越大，则表明为了确保IT设备安全正常运行的动力和环境保障基础设施（如：供/配电系统、制冷系统、照明系统等）消耗的能源就越大，反之则越小。PUE值越接近于1，表示节能程度越高，数据中心的绿色度也就越好。当前，国外先进的数据中心机房PUE值通常小于2，而我国的大多数数据中心的PUE值在2～3之间，这就意味着当数据中心芯片级主设备每消耗1W的能耗时，国内数据中心需消耗掉2～3W的总电量，而国外数据中心却仅消耗2W以下的总电量。

为了构建绿色数据中心，企业需要从机房装饰装修、电气配电、综合布线、机柜布置、空调通风、设备环境监控、数字KVM，以及IT设备和技术等方面提出一个完整的绿色数据中心构建方案。本文主要从综合布线、空调制冷设计以及IT设备和技术选用等方面对绿色数据中心的建设进行初步的探讨。

2.1 综合布线结构与节能密切相关

为了实现节能，数据中心在连接网络设备的时候，建议采用结构化布线方式，而不宜采用点到点的连接方法。结构化布线一定要有层次，要有一个主配线区，有一个水平线配线区，还要有一个设备的配线区，做一些交叉连接。数据中心结构布线系统建议采用机柜上走线的布线方式，其最大的优点是部署灵活，强弱电完全分离，防止电磁串扰，同时不占用架空地板空间，增大了静压风库压力，减少对空调冷风气流的干扰。

还有一点需要注意，布线系统属于基础设施，企业应该对布线系统进行统筹规划和合理搭建。数据中心基础设施的规划设计一定要有前瞻性，应避免基础设施随着企业应用系统的变化而改变。基础设施的频繁调整和改变，既不“绿色”，也不节能，更不节省成本，因此保持基础设施的稳定尤为重要。

2.2 空调制冷设计是实现机房绿色设计的关键

根据IDC的数据统计，机房制冷所需要的电力，与机房的IT设备所消耗的电力基本相当，二者相加几乎占到整个数据中心电力消耗的近80%。所以，数据中心制冷系统设计对实现绿色节能来说非常关键。数据中心制冷系统可以从如下几方面进行节能规划。

2.2.1 空调的布置

在空调的布置上，空调要尽可能摆放在机房的一端，送风距离根据空调的最大送风量来设计；空调应设计为N+1冗余模式；机柜摆放要设计冷热通道，如果条件允许尽可能将冷热通风道封闭；对于预留环境应采取措施，预留的环境需尽可能进行隔离，以减少不必要的空调制冷量。

2.2.2 空调的选择

在空调的选择上，要选用精密的制冷空调，充分考虑到空调的性能及能耗比，按照国家及行业机房建设的标准，选择性能技术指标优势比较大的空调。

2.2.3 气候环境

数据中心要充分利用当地的气候环境实现节能。例如在我国北方地区，数据中心可根据冬天较冷的气候条件有选择地购置空调，尽量利用室外冷空气进行机房制冷，可大大节省机房的能源消耗。

2.2.4 空调的送风方式

空调的送风方式可分为上送风和下送风两种方式。下送风方式是将低温空气直接从架空地板下送到机房或机架内，吸收设备的热量后，从机房顶部回风。在这种方式下，冷、热风流动方向与空气特性相一致，冷、热风可以自然分离，容易得到好的制冷效果。而上送风方式是冷空气往下沉，热空气往上升，容易发生冷、热空气掺混，影响制冷效果。

另外，地板下的空间比风管断面的面积要大许多，地板下的空间容易形成静压箱，使得下送风方式送风均匀，整个机房区域的温差小。综上所述，从空调的送风方式来看，下送风方式比上送风方式的制冷效果要好。因此，对于发热量大的机房来说，空调的下送风方式更节能。

2.3 重点关注节能设备和相关技术

从目前数据中心的建设和运维管理上看，为了从根本上解决数据中心的节能与环保问题，企业应从机房的关键设备以及相关技术入手。

（1）选用刀片服务器实现节能。首先，刀片服务器较之同等配置的机架式服务器更加节电，可以缓解企业总的供电压力，减少企业电力支出；同时，刀片服务器的高密度设计，不仅使刀片服务器节省空间，而且不需要大量的线缆，从而可以有效减少线缆连接故障的发生，使得设备故障排查更加方便和迅速。

（2）选择智能CPU技术和服务器内的节能组件实现节能。目前数据中心可选择英特尔睿频加速技术，该技术可以智能地加快处理器速度，从而为高负载任务提供最佳性能——即最大限度地有效提升性能以匹配工作负载；睿频加速技术能够使处理器自动调整速度，从而快速响应需求。关于服务器的硬盘选择，随着固态硬件技术的日臻成熟，在数据中心内选择SSD固态硬盘也可实现节能。

（3）采用虚拟化技术可最大限度地实现节能。虚拟化是一个广义的术语，是指计算元件在虚拟的基础上而不是真实的基础上运行，是一个为了简化管理、优化资源的解决方案。这种把有限的固定的资源根据不同需求进行重新规划以达到最大利用率的思路，在IT领域就叫做虚拟化技术。虚拟化的发展过程，首先是服务器虚拟化，然后是存储虚拟化，到目前逐渐进入网络虚拟化，而一切的虚拟都只为了一个目的，即将所有资源整合到资源池中，由一个云平台（或者云操作系统）加以统一的管理，从而降低能耗，提高能效，节约成本。

3 助力数字油田建设

数字油田是全面信息化的油田，它是以信息技术为手段全面实现油田企业的数字化、网络化、智能化和可视化。数据中心承担着数字油田的数据集中管理和应用，是数字油田建设的核心任务。

数据中心为企业实现信息交换和自动化操作提供了一个基于网络的基础平台，它使得油田管理中一些复杂的工作流程简单化，并且使各个相关部门实现团队合作，合理有效地利用各种油田资源，提高资源利用率和经济效益，为油田集中管理打下了良好的基础。

绿色数据中心建设是未来油田实现高效管理和精细管理的必经之路。为了应对快速变化的各类信息资源需求，利用数据中心对资源进行整合显得越来越重要。绿色数据中心能够满足信息系统的高可用性、连续性，而且还能具备计算、存储、网络、容灾、管理、基础设施等综合功能。打造绿色数据中心的目标从根本上是为了服务油田勘探开发，助力数字油田建设，提高油田生产效益。

主要参考文献

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