建设大庆油田绿色高性能云数据中心

潘爱龙（大庆油田信息技术公司）

绿色云数据中心的实现可概括为技术和产品的实现，包含了从设备的芯片到建筑物内外环境等方面，可以从设备、技术、应用、环境等层面实现云数据中心的绿色发展。

1 制冷方式和运行模式的选择

1.1 智能空调

空调机组运行需要消耗能源，但不同制冷方式消耗的能源是不一样的。制冷剂、运行模式的不同，都可能产生不一样的能耗结果[1]。本工程采用新一代的智能节能双循环空调。当室外温度在15 ℃以下时，压缩机将自动停止工作，空调系统通过冷凝器直接利用室外的自然冷源，有效实现节能降耗。

1.2 水冷循环

在云计算中心采用了制冷效率更高的水冷技术，相较于风冷方式，集中式的水冷在能源利用方面的费效比更高。在冷水管道中采用了环路系统，减小了系统发生故障的概率，使水冷技术的可靠性和先进性大大提高，而从运行维护角度也更加节省人力的投入。云计算中心的水冷系统中采用了隔热材料的水冷罐，将冷水存储在其中，冷水机组就可以间歇运行，节省能耗[2]。根据系统全年供冷的特殊性，云计算中心机房内应用冷却塔自然冷却技术。当室外温度较低时，利用冷却塔降低冷却水温度，并通过板式换热器直接与冷冻水换热降温后送往末端，这样节能效果非常显著。

1.3 智能系统的设计和优化

除水冷技术外，在云计算中心还采用了智能节能技术手段，如机房送风全部采用地板送风、顶部回风的方式，以便形成良好排热的气流，将热量快速地排到指定区域，从而有效提高机柜冷却效率。采用精确送风方案优化机房气流，通过密封地板确保冷、热气流完全隔离，把冷风直接送入机柜[3]。采用智能送风调节系统，动态调节每个机柜的送风量；再根据设备散热需要动态分配冷风，无需散热的地方则无冷风，从而解决了传统机房出现的散热不均问题。柜外精确送风，在密闭制冷空间里根据温度调节风阀，节能达30%。

对云计算中心业务区域的出风口、温度、热点等数据进行了实测。建立CFD 模型并结合科学计算，得出风量、冷量和实际需求值的冗余度，为合理调配空调提供了真实的数据支撑。通过降低不必要的冗余度，可以减小风量和冷量的供应，显著降低能耗。

1.4 运维人员优化

运维团队发现，在客户业务增长的过程中，多数情况下机柜设备并非处于满载状态，空闲的槽位使冷气直接通过机柜进入回风通道，降低了冷却效率。针对这种情况，在云计算中心的机柜里安装了盲板，避免了这种情况的发生，优化了气流利用，也提高了数据中心节能水平。同时提出，架空地板通常有很好的密闭性，但仍然存在一些泄露点，如走线孔。通过对这些部位的检测及对其进行密闭处理，也堵住了一些泄露点，进而提高气流的组织效率。

2 虚拟化技术应用

主设备降耗100 W，机房可降耗284 W，因此主设备的节能至关重要。云数据中心特点首先是高度的虚拟化，包括服务器、存储、网络、应用等虚拟化，使用户可以按需调用各种资源；其次是自动化管理程度，包括对物理服务器、虚拟服务器的管理。将数据中心的各种设备以及工作流程进行有效整合，并使用虚拟化技术来减少数据中心服务器的数量，从而减少耗电量，这是最常用的节能增效策略。

在服务器领域，绝大多数情况下服务器的平均利用率非常低，CPU 利用率为5%左右，系统内存的平均占用率在20%以下。在服务器性能严重浪费的同时，也造成电力、空间等多方面的浪费。虚拟化技术将服务器、存储及网络连接基础架构整合到一起，旨在安全地实现更高的利用率，从而降低IT总成本，使硬件资源的利用率得到大幅度提升。CPU 利用率从原来的不足10%提升到60%～80%，硬件采购成本大幅降低，既节省设备能耗，提升资源利用率，又减少硬件投资成本和运营支出[4]。

能效分析计算方法如下所述：节约电能为云数据整合前总能耗与云数据整合后总能耗之差；PUE为数据中心总能耗与数据中心IT 设备总能耗比值。假定云数据中心整合原来的200 台服务器（2 颗双核CPU，4G内存），云化整合前，计算能力合计为800 核、800G 内存。如果采用4 颗8 核CPU 进行云化整合，则每台服务器CPU核数为32核。其他参数设定如下：设整合比为10∶1；设2颗CPU 服务器额定功率为550 W；设4 颗CPU 服务器额定功率为950 W；设服务器使用率为67%；设PUE 机房能源利用效率为2.5。以1 年为单位，整合前总能耗为161.403×104kWh，整合后总能耗为27.879×104kWh；云数据中心可节约的电能为133.524×104kWh。通过虚拟化平台的动态资源调度和智能电源管理等技术，可节约20%左右的电能，全年节能效益非常可观。

再以网络设备为例，普通数据中心流量主要为南北流量，云数据中心有大量东西内部流量。在防火墙上可以选择独立的设备形态，也可以部署多个Sec blade插卡来做性能扩展。当需要部署高性能防火墙时，可以在交换机上部署多个插卡实现性能扩展，并比多台同等性能的独立设备组合节能50%以上。

3 结束语

为了提高电源转换效率和功率，提倡使用高压直流UPS，取消传统意义上的UPS逆变功能，不仅能使电源转换效率提高3%～5%，而且其可靠性也大大增强。应用高效模块化UPS技术，可以降低碳排放量5%[5]。在本次云计算数据中心工程中大量采用直流设备，其功耗占比达60%以上，相比传统数据中心显著提升供配电的效率。

大庆油田高性能云数据中心致力于通过技术和产品创新来降低云数据中心PUE，通过先进制冷方式的设计、虚拟化技术的应用、直流供电系统的选择，达到节能降耗、减少碳排放的目的，为油田生产企业建设绿色生态环境做出更多贡献。