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數據中心的節能減排之路

發表於:2021-10-25 09:49:13 作者: 來源:IT大佬 瀏覽次數:

近日,“限電令”席卷全國多個省份,在引發廣泛關注的同時,也讓民眾產生了諸多不解。

在00後的世界裏,電和空氣與水一樣,理應取之不盡,用之不竭。

“不解”背後,還有很多的“不知”。

在人們眼裏,電力的消耗似乎主要來自生活用電和鋼鐵等傳統第二產業,可全然不知的是,代表“更輕、更快、更綠色”的科技領域,正在成為電力消耗的主角。

以芯片製造企業台積電為例,其一年共耗電143.3億度,相當於深圳市1344萬常住居民一年的用電量。

同時有一個令人震驚的數字是,全球比特幣挖礦年耗電量約為1348.9億度,超過瑞典整個國家的用電總和,經換算後,可在全球國家耗電量中排名27位。

此外,各大互聯網巨頭的數據中心,也是名副其實的“電老虎”。

科技縱使為社會帶來了高效和便利,但在很多看不到的地方,存在著巨大的電力浪費。

“吃掉”三峽大壩和葛洲壩的數據中心

近年來,隨著雲計算、人工智能、大數據、物聯網和移動互聯網的深入發展,數據中心一方麵步入快速發展階段。

但是,另一方麵,數據中心又麵臨能耗過高的問題。

經調查,數據中心目前消耗了全球約2%的電力,到2030年可能上升到8%。

從國內看,全國數據中心的耗電量已連續8年超過12%的速度增長。2017年,國內數據中心總耗電量達到1200-1300億千瓦時,這個數字超過三峽大壩和葛洲壩電廠發電量之和(約1000億千瓦時)。預計2025年高達3842.2億千瓦時。

如果從一個單一產業的角度看,這是非常可怕的能耗。但是,數據中心並不是簡單的單一產業。它消耗的能源最後轉化為整個數字經濟的基礎,支撐著互聯網、通信、智能交通、智慧城市等等一係列的重要產業。

但是,在巨大耗電量的背後,實際上有著令人難以置信的浪費。

麥肯錫谘詢公司透露,數據中心的耗電量僅有6%~12%是被用於網站計算的,其餘均在維持服務器工作狀態時被無謂消耗。隨著互聯網高速發展,這種耗電情況近年來持續走高。

同時,“過度散熱”也是數據中心耗電巨大的重要原因。研究機構Uptime Institute曾對美國19個數據中心進行研究發現,數據中心的過度冷卻差不多達到實際所需要的2倍。

此外,由於可再生能源的利用率低下,數據中心運轉隻能不斷加大使用原始驅動力——電力,耗電量自然隻增不減。

居高不下的耗電量、溫室氣體的排放、大量的水資源消耗和設備報廢後的環境汙染……數據中心數量與規模的快速增長已經為資源與環境帶來巨大挑戰,綠色數據中心的建設迫在眉睫。

目前的節電手段——有效,但有限

麵對數據中心的耗電局麵,科技巨頭們各自支招。


比如,騰訊在貴州的貴安新區新建了一座數據中心——騰訊貴安七星數據中心,坐落於兩座山的山體中。利用冷空氣從主洞口進入,經過製冷模塊與IT設備熱回風進行間接換熱後,把熱風從豎井排出來實現可再生能源的利用率。

比如,Facebook將數據中心建在北極圈內,當地氣溫接近零下50度,外界的冷空氣被泵進中心大樓內,服務器產生的大量熱空氣和進來的冷空氣循環交換,形成自然冷卻的過程。

又比如,微軟將數據中心沉落海底。眾所周知,世界上深海海水一直很冷,它可以為微軟的數據中心提供隨時且免費的高效冷卻方式。

細心觀察不難發現:科技巨頭的種種措施都是為了利用自然冷源給數據中心提供更高的能效,減少製冷方麵能耗的損失。

雖然科技巨頭們加大利用自然冷源等思路是正確的,但是目前也隻能降低一小部分的消耗。

如果在這個基礎上,數據中心要“節能更大化”該何去何從?

“節能更大化”路在何方?


針對這個問題,主流的節能方法是“配電環節”和“製冷環節”,但這兩種環節的提升空間都有限。那有沒有一種更具成本效益的辦法來降低存儲能耗和碳排放?

有,冷數據磁帶存儲。

按照使用頻率劃分,數據分為冷數據、溫數據和熱數據。冷數據指被訪問頻次較低的數據,熱數據指經常被訪問的數據,而溫數據介於冷熱數據之間。其中,冷數據的數量十分龐大,可以占到數據總量的80%。麵對未來不斷攀升的數據存儲量,尤其是被調用機會非常少且數量龐大的冷數據,如上所訴,如果采用硬盤存儲方式,產生的運行和製冷能耗量是非常巨大的。

磁帶通過離線存儲數據,幾乎不消耗電量,無疑是海量冷數據的絕佳存儲倉庫。磁帶係統也可以作為近線或動態歸檔存儲層,這意味著數據可用於生產性使用,但不消耗處理能力,並且在不使用數據時幾乎不需要耗費環境資源。

根據IDC的預測,通過將數據的保存地點轉移到LTO磁帶上,可對環境產生驚人的積極影響,預計到2030年可累計削減43.7%、約6億6400萬噸碳排放。這個數量相當於1.44億輛乘用車一年的溫室氣體排放量或8000萬個家庭一年的能源使用量。

在利用成本上,IDC也給出了數據中心更換磁帶作為存儲介質帶來的成本變化。

磁帶?倒退?

磁帶存儲技術已經存在很長時間了,但該技術一直沒有停止發展,幾十年來其存儲性能一直在不斷改進,並取得了巨大的進步。富士膠片正是深耕這一技術的領先者。

今年9月7日,富士膠片推出了全新的“FUJIFILM LTO Ultrium 9數據流磁帶”。該產品不僅以富士膠片獨有的“BaFe磁性體”技術,實現了最大記錄容量45TB(未壓縮時18TB),比上一代產品增加了50%,還實現了快達1000MB/秒(未壓縮時400MB/秒)的高速數據傳輸,以及高品質的回讀信號和低錯誤率,確保了數據讀取的高便利性和可靠性。

同時,該產品還非常適合數據中心低成本、高安全地長期保存海量冷數據,實現節能存儲。數據顯示,使用該LTO磁帶存儲數據,相較HDD成本降低73%,能夠有效降低耗電,大幅度降低環境負擔;能在網絡隔離的狀態下保管數據,對於係統故障、病毒感染、網絡攻擊等造成的數據損壞、滅失的風險很低;且具有50年以上磁性穩定。

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