数据中心能耗整体分析（上）

随着“双碳”目标升级成为国家战略，对数据中心来说，“碳排放”已经变成和“能耗”同等重要的评价指标。实际上，一方面，现阶段数据中心电能更多是通过电力交易的方式获取，数据中心服务商很难控制其中绿色能源的比例，即使通过额外购买绿色能源提高比例，也只会减少其他行业的绿色能源，全社会的整体碳排放其实并没有有效降低。另一方面，“碳中和”应该更多的从电力生产源头开展，而不应该由数据中心这类使用单位完成，使用单位重点要做到如何有效降低整体能耗，减少“碳排放”。所以，作为数据中心运营者，我们不应该只关注基础设施能耗情况，有必要对数据中心整体能耗情况进行全面分析，尝试找到一些容易被忽略的节能重点。

图一：数据中心能耗模型

图一所示，可以很直观的看到，随着PUE从2.0降低到1.25，变化最大的并不是基础设施能耗，而是IT设备能耗，IT设备能耗已从50%提升到80%，当PUE达到1.20时，IT设备能耗已达到数据中心总能耗的83%，IT设备之外能耗只占17%，所以基础设施设备除去转化效率引起的能耗损失外，节能压缩空间已经不大，虽然IT设备为客户系统，但很有必要进行进一步的能耗分析。

图二：通用IT系统能耗模型

图二所示，通用IT系统能耗模型（暂不考虑安全设备），其中服务器系统占IT能耗50%，存储系统占35%，网络系统占15%，接下来以占比最高的服务器系统为例，继续对IT设备能耗进行细分。

图三：服务器能耗模型

图三左侧为通用服务器能耗模型，右侧为数据中心专用机架式服务器能耗模型。无论哪种模型都能看到，服务器能耗并不都用在数据运算处理上，服务器和数据中心一样，也需要配套的供电和制冷设备，比如在左侧模型，供电制冷损耗达到22%，在右侧模型，风扇能耗就达到21%，参照数据中心PUE的概念，可以尝试计算服务器自身等效PUE，用总能耗/数据处理能耗（假设供电和制冷损失之外都为处理），得到服务器等效PUE在1.3左右，可以看到服务器在自身硬件节能方面，或者与数据中心联动节能方面还存在很大挖潜空间，比如可以将IT系统的风扇纳入到数据中心DCIM管理或者监控，让数据中心的AI BA实现全节点的联动节能。

CPU、内存和存储等用于数据处理的部分，同样需要在架构和业务运行模式等方面进行细分，找到不合理或者能耗浪费的因素，如图四所示。

图四：数据中心能耗分层

IDC层业务组网模式（两地三中心、双活架构等）会造成一定能耗浪费、IAAS层IT硬件存在能耗损失、PAAS层业务运行模式普遍缺少节能措施、SAAS层程序代码绿色化是最容易被忽略的节能手段、数据层存在大量冷数据和死数据、辅助支撑层缺少对应用细节的规划、运维管理层缺少全节点的联动机制等等。

数据中心前期节能更多是围绕IDC层基础设施建设和运维开展，而对占比达到75%-80%的基础设施之外的能耗使用情况关注过少。行业内缺少相应分层的节能标准、规范，数据中心服务商作为乙方或丙方也不方便对客户提出这方面节能的要求，而由于计费方式等原因，客户自身节能的意愿并不强烈，所以我们需要以数据中心为中心，由数据中心行业组织牵头，协同政策方面、IT硬件、应用软件等上下游行业，构建数据中心绿色节能生态圈，努力实现多方共赢，同时完成数据中心减碳的目标。（作者：联通数字科技有限公司 车凯）