利用基础架构转型 实现绿色计算

侯淼

随着AI、云计算、大数据等新兴技术的大规模应用，传统行业数字化转型、产业互联网加速发展，作为核心底层基础设施的数据中心数量正在迅速增长。在新基建的大背景下，预计企业的IT基础设施投入和数据中心建设也会迎来新一波增长。中国电子信息产业发展研究院的统计显示，2019年中国数据中心数量约为7.4万个，约占全球数据中心总量的1/4，而规划在建的数据中心约320个，其中36.1%为超大型和大型数据中心。

但数据中心能耗巨大，引发了广泛的关注。大多数数据中心能耗是典型商业写字楼的10倍～50倍，2018年中国数据中心总用电量已经超过上海市全社会的用电量。为此，国家和地方相关部门出台了众多文件，对新建和扩建数据中心能耗标准提出了具体要求。目前，有越来越多的企业更加重视数据中心和企业IT基础设施的绿色发展。从一方面看，我们迎来一个新的契机，企业可以利用新基建带来的数字化建设、基础设施升级的机遇，加速自身基础架构的转型，推进绿色计算。在实现节能减排、绿色合规的同时，为企业自身降本增效，简化IT管理，甚至有效支持业务创新，实现可持续发展。

绿色计算意味着集约与可持续

绿色计算/绿色数据中心建设是一个系统工程，离不开软硬件、供电系统、制冷系统等全面的考量和设计，因此各类企业都从自身优势出发做了很多尝试，包括利用自然条件制冷等。我们认为，集约、可持续的IT架构更能实现绿色计算。企业可以依托科技创新，通过基础设施的高性能、高密度部署，通过集约和整合的架构来实现计算本身的“绿色”。

一是集约化，作为IT基础设施核心组成部分的服务器、存储等产品本身具备高密度计算能力和存储能力，可以以一顶百，乃至以一顶千，以同样的面积实现更密集的工作负载整合，更集约的数据中心缓解机房空间、电力的压力，实现能耗与碳排量的降低。如果要用一个比喻的话，相比于动辄成千上万台服务器的分布式计算架构，集约的计算架构相当于把一个平面的停车场变成了立体的停车楼。集约的计算带来更少的空间和电力消耗，同时也可以大大减少运维和管理的压力。

二是可持续，不以短期效益牺牲长远利益。正如过去数年许多采用x86架构的企业，现在开始面临x86及其配套设备数量剧增带来的新问题和压力，包括机房空间、配电用电、运维管理复杂度的不断提升等，这些问题对IT架构的可持续发展带来了明显的挑战。

与之形成鲜明对比的是采用高密度计算和存储解决方案的大型银行。在20多年时间里，交易规模增长高达数十倍的情况下，大型银行依然无需增加服务器数量、机房占地空间和配电用电需求，始终保持精简架构、简化运维，同时又有足够的可扩展处理能力应对未来业务的进一步增长。这种灵活的计算能力提供了一种灵活的方法来部署计算资源，可以让各种规模的企业按需配置资源，也可以在需要的时候重新配置这些资源以满足特定的需求。

为什么选择绿色计算？

具体而言，集约和可持续的绿色计算可以为企业带来以下几个方面的价值。

一是降低综合成本，简化IT管理。无论是大公司还是小公司，都在寻求简化IT运维和降低综合成本的解决方案，在经历了新冠肺炎疫情影响之后，这种需求也更加迫切。将工作负载合并到更密集、集中的计算平台上，是降本增效的有效方法。这样不仅可以直接减少包括内核许可在内的软件成本，也能降低许多隐形的间接成本。调查显示，在政府、金融、保险和银行等行业，软硬件和存储成本之外的间接成本，甚至可以占到IT部门总成本的一半。当数百台服务器变成几台服务器，机房或数据中心的楼面空间成本、电力需求随之也会大幅降低，软硬件维护、网络管理等运维工作也可以大幅简化。

二是绿色合规，承担环保责任。为控制不断增长的数据中心能耗，国家和地方已经出台了众多政策文件，提出更具体的能耗要求。例如2019年2月出台的《关于加强绿色数据中心建设的指导意见》要求到2020年数据中心能源使用效率（PUE）基本达到1.4以下，上海市甚至要求新建数据中心的PUE达到1.3以下。而市场研究机构IDC发布的《2019中国企业绿色计算与可持续发展研究报告》显示，目前85%的受访企业数据中心的能源使用效率还在1.5～2.0之间。采用更集约的绿色计算意味着，同样的工作负载只需要更少的服务器、配套软件和网络支撑，由此提升机房和数据中心的PUE，减少计算碳足迹，实现合规的同时，也承担了企业应有的环保责任。

三是支持业务创新。采用高性能、高密度、高资源利用率的架构，可以支持企业在现有架构的基础上灵活扩展，充分利用服务器的资源，最大程度上支持业务快速创新。尤其是有些传统企业，可以同时兼顾既有资产和未来创新，这些企业可以将原有服务器上的资产快速分装，通过API等方式，提供给前端应用。此外，企业也可以通过在支持红帽OpenShift平台的主机上直接运行云原生应用，将大量新技术引入主机，跨云随时随地开发与部署新的应用，提供新的服务，并实现一致的管理、编排和自动化，从而快速响应市场要求和展开业务创新。

如何实现绿色计算？

绿色数据中心的设计旨在解决影响碳排放的所有因素，其中涵盖IT硬件、供暖、通风和空调设备等到其物理布局和构造的方方面面。针对于此，我们有一些具体的建议。

·选择高效的软硬件产品。企业可以选择本身需要较少物理系统、比较节能的服务器硬件和系统，同时选择能够充分利用系统资源的软件，这类软件仅在必要的共享需求下（比如云计算）启用虚拟化来利用目标资源，也可以减少不必要的数据传输和算力转移。

·采用稳敏兼备的集约架构。这样的架构可以在每个系统上实现高计算性能、高资源利用率和高存储密度，以减少服务器扩展需求。通过高密度部署、集约架构实现资源的充分复用，带来更高的投资回报率，并大幅优化技术堆栈各个层面的综合成本。

·保持系统更新到最新一代。因为单位工作负载的低能耗通常是通过技术进步实现的。最新一代的产品往往配备更先进的技术，比如IBM最新发布的z15提供智能配电单元（Intelligent Power Distribution Unit，iPDU），可以进一步降低辐射冷却系统的功耗。与z14相比，部署在新的IBMz15服务器上可以减少14%的能源消耗，而从z13更新到z15，能源成本可以降低51%。

·采用减少制冷能耗的数据中心设计。冷却是仅次于IT负载之外的最大的耗电来源，这也是很多企业想方设法减少制冷成本的原因。IBM也建议企业在数据中心的设计上采用一些特别的设计。比如，采用冷热流分离，提升冷却系统效率;对数据中心热能变化进行监测，在保障制冷效率的情况下，尽量提高机房温度，以减少能源消耗等。

可以来看一个具体的例子，为了遵守荷兰最高法院做出的一项决议，即到2020年底将温室气体排放在1990年的水平上减少25%，当地一家政府机构用IBM LinuxONE替换了其IT基础设施中的部分x86服务器。通过将其Linux应用程序从47台x86刀片服务器迁移到一台LinuxONE的11个IFL（Integrated Facility for Linux）处理器上，该组织的能源消耗预计将减少80%，从而在五年内减少946吨的二氧化碳排放量。

在亚太地区，一家大型保险公司正在经历IT支出快速增长的挑战。随着其x86数据中心的发展，物理空间费用和硬件成本水涨船高，能源账单快速飙升，IT员工也愈发难以应对服务器管理的复杂性。为此，公司启动了对其当前业务的评估，想要寻找一种更有效的扩展方式，以支持持续增长的新工作负载。

分析發现，如果将其运行在55个x86服务器上的工作负载合并到一个IBM LinuxONE系统中，可以减少86%的机房建筑面积，同时每年的能源消耗也能减少62%。这样，这家企业就可以通过更密集的工作负载整合、更小的数据中心和更简单的员工管理来应对快速增长的挑战。

IT架构的发展是一个交替演进的历史。过去十多年时间，x86架构为IT建设的发展起到了很大的作用。随着数字化转型的推进，这种单纯依靠横向扩展的模式给企业的可持续发展带来越来越大的压力。高密度部署可以提高投资回报率、优化综合成本，不仅有助于实现绿色计算，还能帮助更多企业以更为可持续、更低风险的方式实现IT架构的稳健转型。