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数据中心的节能减排之路

发表于:2021-10-25 09:49:13 作者: 来源:IT大佬 浏览次数:

近日,“限电令”席卷全国多个省份,在引发广泛关注的同时,也让民众产生了诸多不解。

在00后的世界里,电和空气与水一样,理应取之不尽,用之不竭。

“不解”背后,还有很多的“不知”。

在人们眼里,电力的消耗似乎主要来自生活用电和钢铁等传统第二产业,可全然不知的是,代表“更轻、更快、更绿色”的科技领域,正在成为电力消耗的主角。

以芯片制造企业台积电为例,其一年共耗电143.3亿度,相当于深圳市1344万常住居民一年的用电量。

同时有一个令人震惊的数字是,全球比特币挖矿年耗电量约为1348.9亿度,超过瑞典整个国家的用电总和,经换算后,可在全球国家耗电量中排名27位。

此外,各大互联网巨头的数据中心,也是名副其实的“电老虎”。

科技纵使为社会带来了高效和便利,但在很多看不到的地方,存在着巨大的电力浪费。

“吃掉”三峡大坝和葛洲坝的数据中心

近年来,随着云计算、人工智能、大数据、物联网和移动互联网的深入发展,数据中心一方面步入快速发展阶段。

但是,另一方面,数据中心又面临能耗过高的问题。

经调查,数据中心目前消耗了全球约2%的电力,到2030年可能上升到8%。

从国内看,全国数据中心的耗电量已连续8年超过12%的速度增长。2017年,国内数据中心总耗电量达到1200-1300亿千瓦时,这个数字超过三峡大坝和葛洲坝电厂发电量之和(约1000亿千瓦时)。预计2025年高达3842.2亿千瓦时。

如果从一个单一产业的角度看,这是非常可怕的能耗。但是,数据中心并不是简单的单一产业。它消耗的能源最后转化为整个数字经济的基础,支撑着互联网、通信、智能交通、智慧城市等等一系列的重要产业。

但是,在巨大耗电量的背后,实际上有着令人难以置信的浪费。

麦肯锡咨询公司透露,数据中心的耗电量仅有6%~12%是被用于网站计算的,其余均在维持服务器工作状态时被无谓消耗。随着互联网高速发展,这种耗电情况近年来持续走高。

同时,“过度散热”也是数据中心耗电巨大的重要原因。研究机构Uptime Institute曾对美国19个数据中心进行研究发现,数据中心的过度冷却差不多达到实际所需要的2倍。

此外,由于可再生能源的利用率低下,数据中心运转只能不断加大使用原始驱动力——电力,耗电量自然只增不减。

居高不下的耗电量、温室气体的排放、大量的水资源消耗和设备报废后的环境污染……数据中心数量与规模的快速增长已经为资源与环境带来巨大挑战,绿色数据中心的建设迫在眉睫。

目前的节电手段——有效,但有限

面对数据中心的耗电局面,科技巨头们各自支招。


比如,腾讯在贵州的贵安新区新建了一座数据中心——腾讯贵安七星数据中心,坐落于两座山的山体中。利用冷空气从主洞口进入,经过制冷模块与IT设备热回风进行间接换热后,把热风从竖井排出来实现可再生能源的利用率。

比如,Facebook将数据中心建在北极圈内,当地气温接近零下50度,外界的冷空气被泵进中心大楼内,服务器产生的大量热空气和进来的冷空气循环交换,形成自然冷却的过程。

又比如,微软将数据中心沉落海底。众所周知,世界上深海海水一直很冷,它可以为微软的数据中心提供随时且免费的高效冷却方式。

细心观察不难发现:科技巨头的种种措施都是为了利用自然冷源给数据中心提供更高的能效,减少制冷方面能耗的损失。

虽然科技巨头们加大利用自然冷源等思路是正确的,但是目前也只能降低一小部分的消耗。

如果在这个基础上,数据中心要“节能更大化”该何去何从?

“节能更大化”路在何方?


针对这个问题,主流的节能方法是“配电环节”和“制冷环节”,但这两种环节的提升空间都有限。那有没有一种更具成本效益的办法来降低存储能耗和碳排放?

有,冷数据磁带存储。

按照使用频率划分,数据分为冷数据、温数据和热数据。冷数据指被访问频次较低的数据,热数据指经常被访问的数据,而温数据介于冷热数据之间。其中,冷数据的数量十分庞大,可以占到数据总量的80%。面对未来不断攀升的数据存储量,尤其是被调用机会非常少且数量庞大的冷数据,如上所诉,如果采用硬盘存储方式,产生的运行和制冷能耗量是非常巨大的。

磁带通过离线存储数据,几乎不消耗电量,无疑是海量冷数据的绝佳存储仓库。磁带系统也可以作为近线或动态归档存储层,这意味着数据可用于生产性使用,但不消耗处理能力,并且在不使用数据时几乎不需要耗费环境资源。

根据IDC的预测,通过将数据的保存地点转移到LTO磁带上,可对环境产生惊人的积极影响,预计到2030年可累计削减43.7%、约6亿6400万吨碳排放。这个数量相当于1.44亿辆乘用车一年的温室气体排放量或8000万个家庭一年的能源使用量。

在利用成本上,IDC也给出了数据中心更换磁带作为存储介质带来的成本变化。

磁带?倒退?

磁带存储技术已经存在很长时间了,但该技术一直没有停止发展,几十年来其存储性能一直在不断改进,并取得了巨大的进步。富士胶片正是深耕这一技术的领先者。

今年9月7日,富士胶片推出了全新的“FUJIFILM LTO Ultrium 9数据流磁带”。该产品不仅以富士胶片独有的“BaFe磁性体”技术,实现了最大记录容量45TB(未压缩时18TB),比上一代产品增加了50%,还实现了快达1000MB/秒(未压缩时400MB/秒)的高速数据传输,以及高品质的回读信号和低错误率,确保了数据读取的高便利性和可靠性。

同时,该产品还非常适合数据中心低成本、高安全地长期保存海量冷数据,实现节能存储。数据显示,使用该LTO磁带存储数据,相较HDD成本降低73%,能够有效降低耗电,大幅度降低环境负担;能在网络隔离的状态下保管数据,对于系统故障、病毒感染、网络攻击等造成的数据损坏、灭失的风险很低;且具有50年以上磁性稳定。

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