尋找存量數據中心變“綠”的最優解

尋找存量數據中心變“綠”的最優解

主持人：

《中國政府采購報》記者     丁境炫

嘉賓：

中國電子學會節能減排工作推進委員會副秘書長、正高級工程師     郭  豐

中國計量科學研究院先進測量工程中心主任      武  彤

英特爾公司市場營銷集團副總裁、中國區云與行業解決方案部總經理   梁雅莉

6月1日，財政部、生態環境部、工業和信息化部印發的《綠色數據中心政府采購需求標準（試行）》（以下簡稱《需求標準》）正式施行。《需求標準》從政府采購需求端推動我國數據中心綠色化轉型，其中提出，2023年6月起數據中心電能比不高于1.4，2025年起數據中心電能比不高于1.3。

其實，上述《需求標準》是我國繪制綠色數據中心宏圖的其中一塊拼圖，近年來，尤其是“雙碳”目標公布后，我國從中央到地方密集出臺數據中心節能降碳政策，在嚴格把關新建數據中心能效的同時，推進存量數據中心節能降碳改造。當前，我國推進存量數據中心節能降碳改造的必要因素有哪些？存量數據中心改造又應從哪些方面入手？《中國政府采購報》邀請了學界專家、業內人士，暢談數據中心節能降碳改造的技術與方案。

主持人：在我國出臺的有關綠色數據中心的政策中，存量數據中心節能降碳改造被頻頻提及。為什么要對存量數據中心做節能降碳改造？

郭豐：隨著我國數據中心建設經驗的不斷積累，以及節能工作的不斷開展，我國在數據中心建設方面的設計和技術水平都有了長足的進步，目前新建數據中心已達到較優的能效水平。既有數據中心相比新建數據中心能效水平存在差距，在條件允許前提下，有必要對既有的數據中心開展節能降碳技術改造工作。

武彤：從落實“雙碳”目標的角度來說，我國也有充分的必要性對存量數據中心做節能降碳改造。數據中心是算力的重要支撐，其主要依靠電力驅動，已成為我國主要的碳排放源之一。根據2022年工信部的統計數據，國內的在運行機架數量已超過650萬架，上架率約為55%，2022年度的數據中心總耗電超過1000億度。結合機架的使用率現狀，存量數據中心的電能消耗占社會用電的比例依然很高。因此，存量數據中心的碳排放不容忽視，對其進行節能降碳改造意義重大。

梁雅莉: 是的，相比于新型數據中心，存量數據中心在設計、建造及運維過程中采用的都是相對陳舊的理念和技術。隨著時間的推移，當前數據中心的“綠色技術”已經有了長足的發展，這些新的理念和技術完全可以應用在存量數據中心，推動節能減排效益的提高。

主持人：怎樣的數據中心稱得上是一個綠色數據中心？當前我國需要改造的數據中心有多少？

武彤：綠色數據中心的評價體系涵蓋規劃設計、運行維護、設備淘汰等各個階段的評價指標。其中，能源資源利用效率是綠色數據中心的一項關鍵指標，涵蓋了電能利用效率、負載率、可再生能源利用率以及水資源使用效率等多項權重，這一指標越優，表示數據中心的能源資源利用效率越高、數據中心越節能。按照現有的國家和地方數據中心政策的要求，我國很大一部分的數據中心能效水平無法滿足監管的要求，尤其是在南方以濕熱氣候為主的地區。我國存量數據中心無論是在運維“軟實力”方面，還是在基礎設施“硬基礎”方面，需要改造的數量保守估計占到總量的一半以上。

郭豐：我補充一點，雖然我國一些地區根據PUE（電能利用效率）的數值高低明確劃出了對存量數據中心進行關停或改造的紅線，但綠色數據中心并不僅僅是PUE的概念，它包含對資源利用最大化、對環境影響最小化等多方面的考慮。而且，隨著技術的進步和時代的發展，綠色的內涵和要求也在不斷完善、增加、提高，可能過去大家認為一個很優秀的數據中心，在現在看來就是一個相對落后的數據中心。所以說，綠色發展永遠在路上。

主持人：對存量數據中心進行節能降碳改造應該從哪些方面入手？

郭豐：大致來說，現有的數據中心中信息設備能耗占比最大，一般占整個數據中心能耗的60%以上。其次是制冷設備，約占能耗30%左右。剩下的能耗是供配電設備和輔助系統產生的。但不同數據中心架構有所不同，對存量數據中心進行節能降碳改造，首先應該“懸脈問診”，診斷一下數據中心的能耗到底是在哪些環節產生、由什么因素產生的，可以選擇什么方式去改造——這也是工信部節能司目前正在推行的節能診斷的手段。根據節能診斷的結果，再考慮到不同方案的可操作性、投資需求、改造效果，最終確定具體改造方案。

梁雅莉：正如前面專家所提到的，信息設備的節能在數據中心的節能減排中越來越重要，這也是我們英特爾著重想解決的問題。對于存量數據中心來說，更新和優化服務器及其他信息設備是一個必要的步驟，這包括采用更高效的服務器、存儲及網絡設備。例如第四代英特爾至強可擴展處理器采用了新的優化電源管理模式，用戶可以在應用該模式的情況下，為大多數工作負載帶來較好的節能效果。而且這款處理器內置了面向不同工作負載的加速器引擎，可以通過加速完成這些工作負載的方式來實現能效提升。此外，對于不具備自然冷源散熱條件的地區而言，冷板式液冷尤其是風液混合的冷板式液冷也是存量數據中心可以應用的先進技術之一。

武彤：從整體的視角來看，對存量數據中心節能降碳改造可以從運行維護管理和基礎設施改造兩方面入手。運行維護方面，很多數據中心由于運行維護的管理和技術措施不到位，實際運行的PUE遠不及設計值。我們可以考慮將能源計量納入管理，實現設備級、系統級和項目級的分級測量，發現運行維護過程中的薄弱環節，并針對性地制定精細化運維策略，從而將設備、系統的能效發揮到最佳狀態。

基礎設施改造方面，可以從產品級、系統級、項目級和園區級四個維度采取措施。產品級方面，可以采用高效供冷產品，如氟泵空調、液冷服務器等，最大化利用室外自然冷源，同時可采用高效供配電產品，降低供配電損耗；系統級方面，可以采用模塊化設計和實施策略，降低因規劃設計不合理造成的后續系統運行損耗；項目級方面，可以融合光伏發電、風力發電等，實現電能清潔能源資源的統籌配置，從供給側降低碳排放；園區級方面，可以考慮數據中心余熱回收技術，將數據中心余熱用于居民等冬季供暖和生活熱水的供給，提升能源利用效率。

主持人：空調系統的能耗僅次于信息設備能耗，是數據中心第二大能耗來源。那么在節約空調系統能耗方面，都有哪些辦法可以采用呢？

武彤：對于空調系統的節能，我們首先可以考慮從融合能源計量和精細化運維管理的維度，最大化地提升現有空調系統的效率。比如，通過空調設備、空調子系統的能效計量，基于能效計量數據的分析發現空調系統能效偏低的原因，并制定管理維度的運維策略，實現節能。再如，針對機房氣流，我們可以借助精準的測量器具，將抽象的氣流場指數化、參數化，從而可以通過測量的數據評估機房氣流組織的健康狀態，再借助相關的測量儀器進行末端氣流組織的優化，為機房空調提升運行溫度，實現機房空調末端系統的節能創造條件。

在技術方面，主要從設備、系統、項目三個維度采用節能技術改造。設備方面，可以將高耗能的風冷直膨空調更換為氟泵空調等可以最大化利用室外自然冷源的方法；系統方面，配備AI智能控制系統，提高精細化管理；項目方面，通過余熱回收方案，提升數據中心能源利用效率。

梁雅莉：除信息基礎設施外，空調系統是數據中心能耗的又一大關鍵點。優化空調系統能耗可以從四個方面采取措施。一是優化冷通道和熱通道設計，減少能量浪費和熱量污染；二是減少數據中心的局部熱點，避免空調設定溫度過低造成數據中心制冷“大水漫灌”的浪費情況；三是采用高效空調設備，如空氣側直接蒸發式冷卻系統、間接蒸發式冷卻系統、水側直接蒸發式冷卻系統等，以提高空調系統的能效；四是采用智能溫度調節系統，根據機房負載和環境溫度變化自動調節機房溫度，合理設置空調系統的溫度、濕度等參數，避免過度制冷和過度加濕，從而達到節能的目的。

主持人：三位專家分享的技術和方案具有很強的借鑒意義。那么，在對存量數據中心進行節能降碳改造后，預計會達到怎樣的減排效果呢？

武彤：存量數據中心節能降碳改造后的結果，主要呈現為基礎設施的耗電量降低和PUE的降低。

郭豐：需要說明的一點是，數據中心是一個工程的概念，包含很多分系統，每種分系統都有不同的設計方法、技術選項，存在不同的改造方案。并且，考慮到業務連續性的需要、投資需求、原有條件、性價比等等因素，有的數據中心適宜采取深度改造的方式，有的數據中心只能采用淺度簡單調整的方式。因此，數據中心改造后的節能效果是不能一概而論的。

梁雅莉：從企業的角度來講，對存量數據中心進行節能降碳改造除了能降低耗電量和PUE外，還能提升企業的形象和市場競爭力，吸引更多的客戶和伙伴。當然，數據中心節能降碳改造的具體減排效果需要根據實際情況進行評估，但毫無疑問的是，通過改善數據中心的能源利用效率、減少碳排放，我們能為環境可持續發展和經濟高質量發展做出貢獻。

主持人：目前我國各地正陸續推進存量數據中心的節能降碳改造，幾位專家能否談一談其中令您印象深刻的改造項目？

梁雅莉：在具體的數據中心節能降碳改造中，我們想以英特爾公司參與的某客戶項目為例，介紹一下我們對存量數據中心改造的整體思路。

該客戶的信息中心已經運行多年，機房的能耗不斷提高、信息化資源使用日趨飽和。鑒于現有的節能手段已經接近極限，該客戶在英特爾的支持下探索利用新型技術來降低能耗。我們提出了一系列解決思路。

第一，我們提供了數據中心管理平臺（Data Center Manager）對客戶現有的數據中心進行了分析，細致掌握了其功耗、碳排放、資源等相關情況；第二，由于該客戶的數據中心建設時間較早，基礎設施及服務器的改造空間有限，同時又由于該客戶的業務連續性要求極高，經過與客戶的充分探討，我們認為應該對其數據中心進行輕量級的適度優化，而空調系統恰恰是比較合適的切入點。我們聯合合作伙伴實地進行了相關技術驗證，為客戶提供了空調系統“智慧節能方案”，通過采集服務器負載信息、機柜溫感數據、空調工況及能耗數據，借助人工智能方式制定空調參數調整策略，有效降低了空調能耗。此外，數據中心的信息基礎設施能耗，包括CPU的能耗也是一個關鍵點，我們提出了智慧節能軟件（Intelligent Energy Management）方案，該方案依托人工智能和英特爾服務器平臺節能技術，通過軟件和AI模型進行預測和干預，在滿足應用負載業務要求的基礎上，無需對應用更改即可對CPU頻率進行優化。該方案將在未來得到進一步的探索與驗證。

總之，數據中心的改造牽一發而動全身，需要綜合考慮最合適的技術路線進行適度的優化，我們也希望幫助有類似需求的客戶進行評估及探討，共同為實現“雙碳”目標做出努力。

武彤：目前存量數據中心的低碳改造進行得如火如荼，低碳改造的總體思路是摸清現狀，找準需求，找出差距，通過能源計量數據分析，進行精細化運維，將現有的數據中心能效發揮到極致，然后再采用節能技術改造，進一步提升能效。

近期，中國計量科學研究院幫助某公司成功開展了數據中心節能降碳改造。第一步工作是由中國計量科學研究院對數據中心的能耗儀表在線校對，以確保其測量數據的精確性；第二步是通過分析精確的能耗數據，找到設備、系統能耗偏高的原因，制定節能運行策略，實現現有數據中心的能效最優化；第三步是測算項目的基線能效值，參考國家的能效限定值，找出差距；第四步是結合項目的現有配置情況和定位，有針對性地制定近期和遠期節能改造方案并實施；第五步是進行節能改造后的節能量評估。總的來說，該公司的低碳改造思路是值得行業參考的。

科普小知識

什么是數據中心？

數據中心指的是大量服務器集中在一個物理空間內，可實現數據的存儲、處理和交換，是當前的新型基礎設施之一。數據中心規模有大有小，小則只占用一個房間，大則占用幾棟大樓。

數據中心如何組成？

數據中心的硬件分為兩類，分別是主設備和配套設備。主設備是實現計算和通信功能的設備，包括以服務器、存儲為代表的信息設備，和以交換機、路由器、防火墻為代表的通信設備。從功能來看，主設備是數據中心的核心要素，其中服務器又是主設備中最基礎的部件，相當于不帶顯示器的電腦主機。配套設備是為保證主設備正常運轉而存在的底層基礎支撐設備，包括供配電系統、散熱制冷系統、消防系統、監控系統、樓宇管理系統等。供配電系統的重要性無需多言，一個沒有電的數據中心就是一堆廢鐵；散熱制冷系統也相當重要，因為運行中的服務器會產生大量熱量，需要不斷散熱制冷以保持平穩高效運行，散熱制冷系統的耗電量僅次于主設備，是數據中心第二大能耗來源。

數據中心耗電量有多高？

以我國某公司在天津建設的數據中心為例，該數據中心共4棟樓，其中，3號樓共有10萬臺服務器，這10萬臺服務器的用電負荷約等于8萬個城市家庭的總用電量。

什么是PUE？

PUE是Powe Usage Effectiveness的簡寫，指的是數據中心消耗的所有能源與信息設備消耗能源的比值，是2007年由美國綠色網格組織（The Green Grid，TGG）提出的用以評價數據中心電能利用效率的一種指標，目前被國內外數據中心行業廣泛使用。

PUE如何計算？

PUE=數據中心總能耗/信息設備能耗。數據中心總能耗包括信息設備、通信設備、供配電系統、散熱制冷系統、消防系統、監控系統、樓宇管理系統等的能耗。例如，某數據中心一年用了10000度電，經過實際測算，該數據中心真正提供數據服務的信息設備只消耗了5000度電，而另外的5000度電被空調、照明等其他配套設施消耗掉了，那么該數據中心的PUE=10000度/5000度=2。從公式來看，PUE的數值永遠大于1。而PUE的值越小、越接近1，則表明該數據中心除信息設備之外的設備能耗越低，這也意味著該數據中心的綠色化程度較高。

政策層面有哪些規定？

近些年，我國不斷出臺政策，降低數據中心的PUE。國家層面，工信部2021年7月印發《新型數據中心發展三年行動計劃（2021—2023年）》，明確提出，到2023年，新建大型及以上數據中心PUE降低到1.3以下。地方層面，各地均對數據中心PUE數值做出不同程度的規定。例如，北京市2021年發文對PUE超過1.4的數據中心實行差別電價電費，同時做出新建、擴建數據中心，年能源消費量小于1萬噸標準煤的項目PUE值不應高于1.3等規定；上海市2021年明確新建數據中心投入運營后的第一年PUE不應高于1.4，第二年不應高于1.3。

PUE有哪些局限性？

從上述公式可以看出，減小PUE的分子或放大分母都可以使PUE變得更小，因此，測量者選擇戶外很冷、照明系統全部關閉、用戶幾乎不在線時測量PUE，就可以測得PUE的較小值，但這樣測得的PUE不能如實反映數據中心的能效水平。因此，數據中心的能效水平應該由多項指標綜合反映，而非僅通過PUE一項指標判斷。

（文字/丁境炫）

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