从芯片开始 解决数据中心的"能源危机"

管理数据中心电力和制冷

优化数据中心的整体电源效率需要一个综合办法，要从技术和策略上，在基础设施的每一层同时最小化电力消耗和最大化电源效率，包括CPU芯片、电源、服务器、存储设备和网络设备，除了最大化硬件设备的电源效率外，还有软件策略需要考虑，如服务器虚拟化，通过服务器虚拟化可以极大地减少电力消耗。

CPU芯片

在一个给定的计算性能水平下，CPU芯片的基础架构可能对电力消耗有重大影响，例如，在CPU上集成内存控制器可以减少芯片集的整体功耗，许多服务器制造商为给定服务器模型提供了多种CPU选择，在产品选型和交易时可以考虑电源效率。每芯片的晶体管数量几何增长定律预计到2010年仍然会保持不变，每个芯片的电力和时钟频率保持水平增长。这些技术趋势促使芯片制造商转向多核芯片，以充分利用晶体管的密度，例如，双核CPU可以比单核CPU提供更好的性能，因为只需缩减大约15%-20%时钟频率就可减少约40%的电力消耗。

应用程序可以从多核芯片架构获得许多好处，包括多线程(如集群计算)，事务处理和多任务应用程序，对于这些应用程序，一个双核处理器比单核处理器在消耗相同电力的情况下，可以提供高于60%的性能，但单核处理器为I/O密集型，单线程应用程序提供更好的性能，因为多核需要争夺内存和I/O带宽。从性能和电力角度看，多核CPU的趋势将会驱动新应用程序多线程编程模型的优先级。

第二个提高电源效率的芯片级技术是动态时钟频率和电压调节(Clock Frequency and Voltage

Scaling，CFVS)，CFVS通过动态调整CPU的性能(通过时钟速率和电压)提供按需的性能以满足工作负载，使用CFVS时，CPU以最小时钟速率(和功率电平)运行，提供与当前工作负载完全匹配的计算能力，时钟频率和电压通过操作系统的电源管理工具调用行业标准"高级配置和电源接口(ACPI)"进行控制。

CFVS的好处见图2所描绘的内容，在左边的图中，显示了电力消耗和CPU利用率之间的关系，CFVS在空闲时可以提供高达75%的电力节省，在CPU利用率达到20%-80%范围时可节省40%-70%的电力消耗，在右边的图中，电源效率是以工作量/瓦特为单位的，因为CPU性能不是由CFVS降低的，相反，使用CFVS可能会使电源效率大大提高。

服务器

机架优化的服务器和刀片服务器可以共享大量的组件，包括更高效的电源供应和制冷子系统，与传统服务器比较，刀片服务器可以减少约20%-50%的电力消耗，同时也减少了设备的占地面积，结果是总体电力消耗减少了，但电力密度增加了，即"瓦特/机架"的数量上升了，电力密度越高(在大于12-15 kWh/rack范围内)对制冷的要求也越高，如刀片服务器机架的液体制冷。无论选择哪种服务器包装方式，服务器电力供应(以及数据中心所有设备的电力供应)都应该尽可能选择更高的电源转换效率(例如，转换效率超过80%，功率系数就接近1.0)。

服务器虚拟化

服务器虚拟化通过应用程序整合，减少物理服务器的数量，淘汰低利用率的服务器，减少服务器的数量最大可能节省50%的电力消耗。服务器虚拟化非常有吸引力，因为它可以部署在现有服务器上，使应用程序中断时间缩短到最小，除了省电外，它还具有其它方面的TCO好处。

存储

对于存储设备，电力主要是被主轴电机消耗的，这意味着电力消耗和磁盘容量完全没有关系，因此，存储的电源效率(单位GBytes/watt)可以通过部署高容量磁盘最大化，目前大容量磁盘(>500GB)主要用于要求较低的应用，如数据挖掘。对I/O性能要求较高的应用一般使用>100GB的磁盘，如数据库应用，存储虚拟化技术和大规模分级存储可以最大化电源效率。

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