綠色數(shù)據(jù)中心建設(shè)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，隨著對(duì)數(shù)據(jù)中心能耗產(chǎn)生機(jī)制認(rèn)識(shí)的逐步深入，針對(duì)數(shù)據(jù)中心能耗產(chǎn)生的各個(gè)單元，發(fā)展出一系列節(jié)能技術(shù)。本文分析了數(shù)
據(jù)中心能耗產(chǎn)生機(jī)理及對(duì)節(jié)能技術(shù)的需求，在此基礎(chǔ)上對(duì)各領(lǐng)域節(jié)能技術(shù)發(fā)展情況進(jìn)行了綜述，并對(duì)綠色數(shù)據(jù)中心建設(shè)成功經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行了探討和總結(jié)。
一、引言
黨的二十大報(bào)告提出，要加快構(gòu)建新發(fā)展格局，著力推動(dòng)高質(zhì)量發(fā)展，加快建設(shè)數(shù)字中國(guó)。作為支撐數(shù)字中國(guó)建設(shè)的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施，應(yīng)用先進(jìn)節(jié)能技術(shù)建設(shè)綠色數(shù)據(jù)中心已成為必然趨勢(shì)。隨著對(duì)數(shù)據(jù)中心能耗產(chǎn)生機(jī)制認(rèn)識(shí)的逐步深入，針對(duì)數(shù)據(jù)中心能耗產(chǎn)生的各個(gè)單元，發(fā)展出一系列節(jié)能技術(shù)。
二、數(shù)據(jù)中心能耗產(chǎn)生機(jī)理及對(duì)節(jié)能技術(shù)的需求
在常規(guī)風(fēng)冷型數(shù)據(jù)中心具體能耗構(gòu)成上，信息設(shè)備約占60%~80%，冷卻系統(tǒng)約占20%~30%，供配電系統(tǒng)占7%~10%，其他輔助系統(tǒng)占3%~5%。其能耗具體產(chǎn)生機(jī)理是：信息設(shè)備運(yùn)行時(shí)所耗電能基本均轉(zhuǎn)換為熱量，大量信息設(shè)備一起運(yùn)行時(shí)所產(chǎn)生熱量如不能得到及時(shí)處理，將使信息設(shè)備運(yùn)行環(huán)境溫度升高直至超出信
息設(shè)備運(yùn)行溫度要求，導(dǎo)致設(shè)備宕機(jī)或損壞。為此數(shù)據(jù)中心需配備冷卻系統(tǒng)，冷卻系統(tǒng)的運(yùn)行模式是制冷設(shè)備（也稱為冷源）制取的冷量，通過(guò)水、制冷劑、或者空氣等作為冷媒輸送進(jìn)機(jī)房?jī)?nèi)部，然后以冷風(fēng)的形式釋放出來(lái)，對(duì)信息設(shè)備進(jìn)行冷卻，并將帶走的熱量通過(guò)熱交換的方式送回冷源，完成一個(gè)冷卻循環(huán)，從而實(shí)現(xiàn)控制信息設(shè)備運(yùn)行環(huán)境溫度的目的。供配電系統(tǒng)一般包括變電設(shè)備、UPS系統(tǒng)、配電回路等，大型數(shù)據(jù)中心還配有柴油發(fā)電機(jī)等應(yīng)急備用電源，核心目的是保證信息設(shè)備獲得穩(wěn)定供電，但供配電過(guò)程中存在升降壓、交直流轉(zhuǎn)換過(guò)程，相關(guān)過(guò)程存在能耗轉(zhuǎn)換。其他輔助系統(tǒng)包括照明、消防、安防、運(yùn)維管理等，在數(shù)據(jù)中心運(yùn)行過(guò)程中會(huì)消耗一部分電能。降低各單元各環(huán)節(jié)無(wú)效損耗成為技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)。
三、數(shù)據(jù)中心先進(jìn)節(jié)能技術(shù)發(fā)展情況
隨著對(duì)數(shù)據(jù)中心能耗產(chǎn)生機(jī)制認(rèn)識(shí)的逐步深入，各單元均發(fā)展出一系列節(jié)能技術(shù)。本文重點(diǎn)對(duì)高效軟件系統(tǒng)、高效信息設(shè)備、高效冷源技術(shù)、高效冷卻/散熱
技術(shù)、智能控制及運(yùn)維管理技術(shù)的發(fā)展情況進(jìn)行探討分析。
（一）高效軟件系統(tǒng)發(fā)展情況
在軟件系統(tǒng)領(lǐng)域，云計(jì)算技術(shù)由于可以有效提高信息設(shè)備利用效率得到快速發(fā)展，由此發(fā)展出云原生的概念。在使用云原生技術(shù)后，開發(fā)者無(wú)需考慮底層的技
術(shù)實(shí)現(xiàn)，可以充分發(fā)揮云平臺(tái)的彈性和分布式優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)快速部署、按需伸縮、不停機(jī)交付等。基于云計(jì)算技術(shù)，發(fā)展出基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)(IaaS)、平臺(tái)即服務(wù)
(PaaS)、軟件即服務(wù)(SaaS)等多種服務(wù)方式。
（二）高效信息設(shè)備發(fā)展情況
在信息設(shè)備領(lǐng)域，圍繞數(shù)據(jù)處理具體需求發(fā)展專用化設(shè)備的趨勢(shì)得到廣泛重視。如在運(yùn)算設(shè)備領(lǐng)域發(fā)展出基于GPU異構(gòu)加速的服務(wù)器等技術(shù)，在存儲(chǔ)領(lǐng)域發(fā)展出磁光一體化存儲(chǔ)等技術(shù)。基于GPU異構(gòu)加速的服務(wù)器是采用高速互聯(lián)技術(shù)，
實(shí)現(xiàn)CPU/GPU硬件解耦，按需動(dòng)態(tài)分配。在無(wú)人駕駛、語(yǔ)言處理等多并行計(jì)算在線加速和離線訓(xùn)練業(yè)務(wù)場(chǎng)景，相比純CPU構(gòu)型服務(wù)器功耗降低7%以上。磁光一體化存儲(chǔ)依托于數(shù)據(jù)“冷”、“熱”分層的技術(shù)理念，將數(shù)據(jù)按照熱度分別存儲(chǔ)在磁盤和光盤庫(kù)上，且數(shù)據(jù)可隨熱度的變化在磁盤和光盤庫(kù)之間智能化遷移。通過(guò)
混合存儲(chǔ)基礎(chǔ)架構(gòu)、存儲(chǔ)管理軟件和分層存儲(chǔ)算法，實(shí)現(xiàn)對(duì)熱數(shù)據(jù)、冷數(shù)據(jù)的智能分層存儲(chǔ)管理。相較于磁電存儲(chǔ)設(shè)備，單位容量節(jié)能約90%。
（三）高效冷源技術(shù)相關(guān)發(fā)展情況
在制冷設(shè)備（冷源）領(lǐng)域，提高制冷設(shè)備自身能效以及實(shí)現(xiàn)對(duì)自然冷源的充分利用成為重要技術(shù)發(fā)展方向，由此發(fā)展出磁懸浮離心冷水機(jī)組、自然冷卻風(fēng)冷螺桿冷水機(jī)組等一系列技術(shù)。磁懸浮離心冷水機(jī)組由磁懸浮壓縮機(jī)、降膜式蒸發(fā)器、冷凝器和節(jié)流裝置組成。磁懸浮壓縮機(jī)采用永磁電機(jī)和磁懸浮軸承技術(shù)，消除軸承由于機(jī)械接觸產(chǎn)生的摩擦損失而導(dǎo)致的能量損失，具有良好的節(jié)能效果。自然冷卻風(fēng)冷螺桿冷水機(jī)組搭載了自然冷卻功能，利用室外環(huán)境的低溫空氣，對(duì)末端的循環(huán)水進(jìn)行預(yù)冷，降低回水溫度，從而降低壓縮機(jī)的負(fù)荷。與傳統(tǒng)水冷機(jī)組相比年節(jié)電可達(dá)36%。
（四）高效冷卻/散熱技術(shù)相關(guān)發(fā)展情況
在冷卻/散熱過(guò)程領(lǐng)域，近端送風(fēng)設(shè)計(jì)以及帶有變頻功能的高效通風(fēng)機(jī)得到廣泛應(yīng)用，同時(shí)具有更高冷卻能力的液冷技術(shù)得到快速發(fā)展。通風(fēng)機(jī)用于為空氣的流動(dòng)提供動(dòng)力。通過(guò)葉輪流場(chǎng)優(yōu)化、電機(jī)效率提升、智能調(diào)整轉(zhuǎn)速技術(shù)的應(yīng)用，使風(fēng)機(jī)能耗降低30%以上。根據(jù)工況采用智能電子控制的方式調(diào)整轉(zhuǎn)速，有效避免了其他傳統(tǒng)電機(jī)與調(diào)速裝置在使用過(guò)程中產(chǎn)生的電磁噪聲和整流噪聲，降低風(fēng)機(jī)噪聲3~5分貝。液冷技術(shù)是利用液體直接或間接帶走熱量的冷卻方式，并發(fā)展出多種技術(shù)路線。以噴冷液冷技術(shù)為例，低溫冷卻液送入服務(wù)器精準(zhǔn)噴淋芯片等發(fā)熱單元帶走熱量，噴淋后的高溫冷卻液返回冷卻液分配單元（CDU）與冷卻水換熱處理為低溫冷卻液后再次進(jìn)入服務(wù)器噴淋。年均電能利用效率（PUE）值可低于1.1。
（五）數(shù)據(jù)中心智能控制及運(yùn)維管理技術(shù)相關(guān)發(fā)展情況
在運(yùn)維管理方面，圍繞各系統(tǒng)的高效運(yùn)行以及各系統(tǒng)的合理匹配、高效利用發(fā)展出一系列智能化運(yùn)維管理技術(shù)。如數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施（DCIM）智能管理系統(tǒng)可以對(duì)數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施及各個(gè)子系統(tǒng)模塊進(jìn)行管理配置，實(shí)現(xiàn)365×24小時(shí)的全面集中管理，提供能效管理、容量管理、資產(chǎn)管理、可用性管理等增值業(yè)務(wù)，結(jié)合人工智能及機(jī)器人技術(shù)，提升數(shù)據(jù)中心的整體運(yùn)維管理水平。
四、結(jié)語(yǔ)
數(shù)據(jù)中心的設(shè)計(jì)、建設(shè)和運(yùn)維管理需結(jié)合數(shù)據(jù)中心所在地的氣候條件以及數(shù)據(jù)中心承擔(dān)的具體數(shù)據(jù)處理業(yè)務(wù)需求，因地制宜選擇合適的技術(shù)方案，方可有效提高數(shù)據(jù)中心能效水平。數(shù)據(jù)中心的設(shè)計(jì)、建設(shè)和運(yùn)維管理是一項(xiàng)具有較高技術(shù)含量的工作，在此需求以及相關(guān)管理政策推動(dòng)下，綠色數(shù)據(jù)中心先進(jìn)節(jié)能技術(shù)仍在不斷發(fā)展過(guò)程中，相信在未來(lái)會(huì)涌現(xiàn)出更多更好的節(jié)能技術(shù)。
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