資料中心低效率的五大關鍵因素

▲圖1 資料中心功耗示意圖

儘管設備供應商提供一些可減少IT負載功耗的新型解決方案，例如「虛擬化技術」，以減少執行特定功能所需的IT設備。但是同時，IT系統將會以更高的單位功率消耗密度運作，其電力需求也會隨時間不斷變化。這使得資料中心的電源及冷卻系統的電力效率不斷降低。  

已有相關文獻提出各種建議，希望透過提高電源及冷卻系統的性能來減少資料中心的電力浪費。例如，直接在IT設備和直流配電系統上連接水管，藉以增強系統效率，但這些提議目前尚不可行。  

電力都用在哪些地方  

在這個範例中，資料中心消耗的電力實際上只有約30%用來為IT負載供電（圖1中稱之為有效電力），其餘電力均被電源、冷卻及照明設備所消耗（轉化為熱量），還有很小一部分電力被消防和物理安全系統所消耗，但圖中並沒有明細表列。  

如何讓資料中心顯著減少低效率運作，必須瞭解造成低效率的五大關鍵因素，包括電源設備的效率低、冷卻設備的效率低、照明系統的電力消耗、電源和冷卻系統過度規劃以及配置因素造成的低效率。雖然大多數使用者都知道電源、冷卻和照明設備效率低是一種浪費，但對於其他因素係造成低效率的情況卻還不是很清楚。

▲圖2 一個典型2N資料中心的電能利用情況

電源設備的低效率 

UPS、變壓器、轉換開關和配線等設備在工作時會消耗部分電力（表現為熱量）。雖然此類設備標榜的效率很高（90%或更高），但這些效率值卻有誤導性，其實不能將其用於計算設備在真實安裝環境中損耗的電力。當出於冗餘目的成倍配置設備或設備在遠遠低於其額定功率的情況下運行時，效率會明顯降低。而且，電源設備中這部分「浪費」能源產生的熱量還必須使用冷卻系統製冷，從而致使空調系統使用更多的電力。  

冷卻設備的低效率  

空氣處理器、冷卻器、冷卻塔、冷凝器、水泵和風幹冷卻器等設備在執行冷卻功能時會消耗部分電力（即輸入功率中會有部分以熱量形式散發出去，而不是完全用於冷卻的機械功）。事實上，冷卻設備的效率低下（廢熱）通常遠遠高於電源設備的效率低下（廢熱）。當出於冗餘目的成倍配置設備或設備在遠遠低於其額度功率運行時，效率會明顯降低。因此，提高冷卻設備的效率可直接增進整個系統的效率。  

照明系統的電力損耗  

照明會消耗電力並產生熱量，這些熱量又必須經製冷系統冷卻，並相應地增加空調系統消耗的電力，即使此時室外溫度很低。如果資料中心內沒有工作人員時或在資料中心的未用區域仍開啟照明設備，便會產生無用的功耗。因此，提高照明系統的效率或控制照明系統僅在需要的時間及地點開啟，可極大地增進整個系統的效率。  

過度規劃 

過度規劃是造成電力浪費的最大因素之一，但卻最難以為用戶所認知和評估。當電源和冷卻系統的設計值高於IT負載時，便會導致電源和冷卻設備過度規劃。下述因素的任意組合均可造成這種情況： ‧ 高估IT負載，並按照超大負載確定電源和冷卻系統規模。
‧ IT負載分階段部署，但卻按照將來更大的負載確定電源和冷卻系統規模 。
‧ 冷卻系統設計不當，致使須採用過度規劃的冷卻設備才能順利冷卻IT負載 。  

從投資角度來看，顯然安裝過多的電源和冷卻設備是種浪費。過度規劃還能極大地降低整體系統的電力效率，並導致過多的持續電力損耗，這一點卻並不容易發現。  

電源和冷卻設備過度規劃導致資料中心電力效率降低的原因在於，負載減少時，許多電源和冷卻設備的電力效率會大幅度下降。  

雖然某些電氣設備（如電氣線路）在低負載下效率更高，但大多數重要設備（如風扇、水泵、變壓器和變頻器）在低負載下的效率會下降（這是由固定損耗造成的，在IT負載為零時依然存在）。  

製造商的資料表格通常只報告最佳負載（通常為高負載）下的效率，因此很難從該表格中發現這種效率下降。

配置因素造成的低效率  

IT設備的物理配置會對冷卻系統的能耗產生極大影響。不當的配置不但會迫使冷卻系統超過IT設備的實際需要增加空氣流動，還會導致冷卻系統產生溫度低於IT設備實際需要的空氣。此外，物理配置可能會導致多種冷卻設備發生衝突（如某台設備正在進行除濕，而另一台卻在進行加濕），形成會極大降低系統效率但又難以診斷的典型情況。  

目前新資料中心及現有資料中心內電力密度不斷增加的趨勢，更加劇了這些低效率情況。當前，幾乎所有正在運行的資料中心都存在這些配置問題，並由此產生無謂的能源浪費。因此，對物理配置進行系統優化的架構可大大減少能源損耗。