数据中心耗能持续攀升 散热技术备受瞩目

作者：Supermicro营销与网络安全副总裁Michael McNerney

在数据经济的驱动之下，数据中心早已成为经济基础建设中重要的一环。 随着 5G 网络及物联网的高速发展，数据使用量持续攀升，数据中心所扮演的角色也愈发重要。

然而，至今全球只有 12％ 的数据中心称得上环保。 这现象也不禁让人思考，以可持续的思维设计数据中心，不仅可以减少电子废弃物和耗能，保护环境，还可以为数据中心运营者节省数百万美元成本。

当数据中心耗能持续攀升

全球气候变迁剧烈，数据中心耗能持续攀升，绿色数据中心的数量和其节能成效值得关注：市调机构 IDC调查指出2012年只有50万座处理全球数据流量的数据中心，但今日则有超过800万座。

全球数百万个数据中心每年会淘汰上公吨的硬件，并消耗多至整个国家的用电量，约占全球耗能的1-1.5％，这也制造了与疫情爆发前全球航空业相当的碳排放量。 科技进步虽难以预测，但有几种评估模型认为，如果没有进一步的行动，2030年数据中心的能源用量将占全球电力供应的10％以上。这些耗能的持续增加还可能进一步影响气体排放量和产生的电子废弃物量，研究人员目前更预测这些数字将每四年持续翻倍增长。

这些都为我们环境的未来带来了挑战。幸运的是，越来越多有远见的企业和产业领导者正在以创新的方式试着解决这个问题，但仍有许多提升数据中心效率的可能性被忽略了。根据一项 2019 年绿色数据中心调查显示，只有 50% 的数据中心将转型成环保数据中心订为目标，而只有12％的数据中心在最初设计时以实现最佳能源效率为目标。尽管坚持使用旧设备可能使数据中心每年平均多花费高达 500，000 美元，许多受访者表示目前仍将现有设备用于更多用途，延长旧换新的周期。但旧设备的效率也因前期设计技术而受限，因此采用新技术的企业将更具竞争力、更环保。

尝试绿色创新

理解问题后，下一步是寻找解决方案。 数据中心并非必然会对我们的环境造成负面影响，且有以下几种方法可以尝试。根据美国能源部劳伦斯伯克利国家实验室（Lawrence Berkeley National Laboratory）估计，如果美国 80％ 的服务器都在超大规模数据中心以最佳效率运行，将可节省 25％ 的耗能。

对于无法转移到超大规模数据中心的运营商，市场上也专门为数据中心推出了一套资源优化的新型系统。 过去几年，为使资源使用和效率最大化，同时减少能源消耗，企业已逐渐开发许多全新服务器技术和信息中心架构，其中涉及散热、设计以及硬件使用寿命等多个方面。

更有效地运用能源

提升散热技术

整体而言，「提升能源使用效率」是关键。 绿色数据中心不仅可降低运营成本，还可以同时降低对环境的影响。

数据中心大部分的能耗是用于降低服务器运转产生的上升温度。 数据中心的平均温度依设备而定，一般介于23°C–24°C。但 Supermicro 的绿色数据中心调查显示，超过30％的数据中心出风口的温度高于25°C，甚至有些高达29°C。 随着数据量的增加，数据中心的平均温度也有上升的趋势。

因此，研发更好的散热技术至关重要。一个常见的解决方案是将数据中心设置在气候寒冷的地点，并通过自然通风降温，利用外部空气帮助服务器散热，减少机房所需的空调设备。机房内的温度每容许提高0.56°C，即可节省用于降温的空调设备用电量的4％至5％，从而为绿色数据中心节省大量能源。从每机柜的年平均运营成本来看，可节省6，314至14，996美元 （依照数据中心产生废热的程度大小而定）。

另一种方法是让较少量的服务器维持运转：Facebook 在 2014 年发明了一个名为 Autoscale 的系统，减少离峰时段服务器运行的数量，进而节省了大约10％至15％的用电量。 Google 则通过 AI 计算天气和服务器运转条件来优化其内部散热系统，将散热所需的用电量减少近 40％。

不过，IT 产业另一个趋势是让服务器系统能在更高温的环境下运行而不影响其稳定度。液冷/浸泡式散热设计，或是改采宽温式CPU、关键零组件及散热功能更佳的机壳材质，可以大幅减少如风扇等散热装置，自然也减少了用电量。

提升机柜的功率密度

除散热技术外，还须同时考虑散热装置的设备数量。若能在越小的空间容纳越多台服务器，数据中心就越能达到优异的能源使用效率。数据中心的使用空间变少，从而降低了该区域降温的成本。采用多节点和刀锋服务器系统这种采用共享风扇及电源供应器的设计，来取代使用个别电源供应器的机架式服务器，也能提升10-20 %的电源使用效率。

缩短系统更新周期 减少电子废弃物

提升硬件设备的能源使用效率则是另一个重点。根据华尔街日报报导，数据中心每年产生高达两百万吨的电子废弃物。

除此之外，随着科技迅猛发展，传统数据中心系统无论是电力或效能都已无法满足实际需求。因此，数据中心必须随时更新科技，但同时也须减少废弃物的产出。大多数的数据中心至少要四年才会更新一次硬件，这对于科技业来说其实相当漫长。但若采用模块式的服务器，就能够同时缩短更新周期及减少环境负荷。模块式服务器提供一个模块化且可持续的架构，能针对部分系统进行优化。内存及CPU各自独立成为可升级的子系统，从而能提升整体系统更新频率。举例来说，如果我们只需要换一盏灯泡就能够解决问题，就无需换掉整个灯座。我们不必换掉整台服务器，就能同时提升效能并降低耗能、减少废弃物及更新系统的整体成本。换算成数字来看，一组模块式服务器就能够省下约45%到60%的硬件更新成本及高达60%的空调成本。

企业应及早具备绿色意识

最后，最重要的就是对绿色意识的教育。我们必须帮助企业理解，不论是对企业本身或环境而言，提升数据中心的环保程度不仅对于环境重要，更能带来诸多好处。未来数据量不可能减少，许多企业都依赖自家内部的数据中心，因此我们更需确保数据中心所使用的科技系统能够应付不断增长的数据量。如果企业能够实时采取行动，就能够及早减缓数据中心对环境造成的伤害。
编辑：hfy