前兩個月，資深貓奴A君在朋友圈PO了一個神器——自動喂食器，一次可儲存三四天的食水，還能用app隨時查看貓主子的進食狀況，并配合攝像頭一起“上云”。連擼貓都能如此，何況家里的其他設備?冰箱、空調(diào)、掃地機器人……A君說托物聯(lián)網(wǎng)的福，終于過上了擁有上帝視角的生活。
除了個人生活，開啟上帝視角的還有工廠的管理者們，隨著工業(yè)4.0概念的到來，從大型機械、到無人生產(chǎn)線，你能想到的所有過程——從實時收集、儲存、分析數(shù)據(jù)信息，到提出解決方案、再到傳遞指令的電器、機械，都將能實現(xiàn)一鍵上網(wǎng)，云端控制。
物聯(lián)網(wǎng)時代正在勢不可擋的到來，數(shù)據(jù)中心的建設也因而迎來了井噴。據(jù)預測，到2025年，全球數(shù)據(jù)總量將達到180萬億GB。大幕即將開啟，我們卻不禁擔心起來：電，還夠用嗎?
電力需求會是中國數(shù)據(jù)中心的阿喀琉斯之踵嗎?
圖片來源：施耐德電氣技術中心
中國經(jīng)濟的騰飛帶來了對電力的旺盛需求，多年來中國的電力需求長期存在缺口，到夏季尤為嚴重。2016年，全國全社會累計用電量已經(jīng)高達59198億千瓦時，但社會用電缺口仍高達87億千瓦時。而據(jù)預測，2018年全國用電量還將持續(xù)增加4.5%左右。
作為”耗電大戶“，數(shù)據(jù)中心的高速發(fā)展頗受電力專家的關注。近年來，數(shù)據(jù)中心的建設速度猶如搭上火箭。截至2016年底，中國數(shù)據(jù)中心保有量約為5.6萬個，總面積約為1650萬平方米。在國務院印發(fā)的《 “十三五 “國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》中，實施國家大數(shù)據(jù)戰(zhàn)略、發(fā)展人工智能都位列其中。隨著物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)、云計算等行業(yè)如火如荼的開展，數(shù)據(jù)中心的建設速度還將持續(xù)保持在高位，預計到2020年，中國數(shù)據(jù)中心保有量將超過8萬個，總面積將超過3000萬平方米。
而與此同時，其高能耗、高成本也成了一個令人頭疼的問題。據(jù)中國數(shù)據(jù)中心節(jié)能技術委員會秘書長呂天文透露，2016年中國數(shù)據(jù)中心總耗電量已超過1200億千瓦時，這個數(shù)字超過了三峽大壩2016年全年的總發(fā)電量(約1000億千瓦時)。而另據(jù)行業(yè)統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，2015年中國的數(shù)據(jù)中心占全球比例10%，而其總耗電量已經(jīng)占到了全社會用電量的1.5%，在第三產(chǎn)業(yè)中比例驚人。
與之相對應的正是我國數(shù)據(jù)中心對能源利用的粗獷。在實際運行中，PUE高達2甚至超過2的數(shù)據(jù)中心還大有存在。因整體能耗偏高，電力需求和成本控制成了套在企業(yè)頭上的 “緊箍咒” 。而超越企業(yè)成本控制和需求響應的限制，未來數(shù)據(jù)中心將面臨的則是更宏觀、更嚴苛的國家能源調(diào)控、能效控制之手。各發(fā)達地區(qū)和主管部門紛紛提高數(shù)據(jù)中心建筑和能耗標準，例如北京市經(jīng)信委就明確規(guī)定只有PUE值在1.5以下的云計算數(shù)據(jù)中心，才能獲批建設。
為了將PUE降下來，各大互聯(lián)網(wǎng)巨頭可謂絞盡腦汁。前有CenturyLink將數(shù)據(jù)中心架在水電站上，后有微軟提出要將數(shù)據(jù)中心設在水下，更別說北極南極這些天然極寒之地，早就被盯上了。在中國，受成本及政策的限制，有越來越多數(shù)據(jù)中心開始了 “西遷 “之路。Apple iCloud、騰訊、阿里云紛紛在貴州興建數(shù)據(jù)中心。
誰是高能效、低成本的學霸?
全球的數(shù)據(jù)中心都這么耗電嗎?2015年，美國的數(shù)據(jù)中心占全球比例的41%。而全美數(shù)據(jù)中心在2014年的電力消費僅占了全社會用電量的1.8%，且增速緩慢。
美國能源部支持勞倫斯伯克利國家實驗室針對全美的數(shù)據(jù)中心進行能耗調(diào)查，在2016年發(fā)布報告指出，全美數(shù)據(jù)中心這么優(yōu)異的表現(xiàn)，得益于大幅的能效提升。早在2010年全美數(shù)據(jù)中心還在數(shù)量級上快速增長時，能耗就已進入低速增長。從10年到14年，能源消耗僅增長了4%。勞倫斯伯克利實驗室還預測，到2020年，全美的數(shù)據(jù)中心數(shù)量將會增加40%，而電力消耗增速將控制在8%左右。
原來高能效、低成本的學霸還是存在的!比我們干得多，還比我們吃的少，他們是怎么做到的?
十年前，美國數(shù)據(jù)中心還不是這樣的學霸。從2000年到2005年，數(shù)據(jù)中心電力消耗增速是90%，盡管期間遭遇08年金融危機，05到10年間，全美數(shù)據(jù)中心還是掙扎著增加了24%的電力消耗。但通過大幅的能效提升后，到2020年將為全美的數(shù)據(jù)中心節(jié)省近6200億千瓦時的電力消耗，相當于節(jié)約了600億美元的電力成本。
成功秘笈是什么?
回溯全美數(shù)據(jù)中心能效提升的路徑，有幾項至關重要的技術突破是關鍵。
首先是2005年行業(yè)解決方案供應商開創(chuàng)的技術革新。其中令人矚目的是在冷卻系統(tǒng)方面，由施耐德電氣技術中心(SETC)率先提出的“熱量轉移”理念。制冷電耗一直都是數(shù)據(jù)中心的耗能大戶，數(shù)據(jù)中心的50%-70%的成本都是在支付“空調(diào)費“。 在SETC提出的“熱量轉移” 理念里，冷卻系統(tǒng)的核心不是制冷降溫，而是數(shù)據(jù)中心運營產(chǎn)生的熱能如何可以被高效的捕捉、交換和轉移。在這樣的理念下，通過集中熱量、封閉通道實現(xiàn)降低冷熱空氣混合，行級空調(diào)的研發(fā)實現(xiàn)了靠近熱源制冷，低能耗的自然冷卻等技術和標準操作被開發(fā)應用，制冷系統(tǒng)動態(tài)管理技術也得到了大規(guī)模應用。
第二個關鍵技術是電力供應的動態(tài)管理。事實上大部分的數(shù)據(jù)中心里，并不是每一臺服務器都在同時滿負荷運作的;在面臨突發(fā)的電耗增長或者設備故障時，也并不是每一臺UPS都需要滿負荷投入應急的，而傳統(tǒng)的電力供應并不能針對這樣不均衡的荷載進行分配。為了解決不平衡供應的問題，需要通過軟件應用來對所有服務器的荷載進行實施管理和分配，同時對整個供配電系統(tǒng)也進行全數(shù)字化、智能化的改進。數(shù)字中心供配電系統(tǒng)的升級在過去十幾年的時間里也完成了基于物聯(lián)網(wǎng)的互聯(lián)互通革命，從最初的由元器件，加傳感器，加儀表和控制面板組成的動態(tài)管理系統(tǒng)，轉變?yōu)橛蓛?nèi)置的斷路器，加傳感器加儀表到數(shù)字斷路器的智能動態(tài)管理，從運維管理安全到能效優(yōu)化都有了顯著提升。
這兩項關鍵技術的應用成效是驚人的。根據(jù)施耐德電氣技術中心的測算，遵循高效的”熱量轉移“理念因地制宜地設計制冷系統(tǒng)，并通過軟件對制冷和電力系統(tǒng)供應進行動態(tài)管理，能為數(shù)據(jù)中心減少50-60%的備用功率和制冷量需求。
第三個重要的技術突破，是如今最流行的“上云”技術，用以提升服務器運行效率。通過建設大型云端數(shù)據(jù)中心，對服務器進行共享，可以大幅地提高服務器運營效率，減少冗余減少不必要的能源消耗，再通過“云服務”實現(xiàn)更快捷精準的決策。比如施耐德電氣推出的EcoStruxure架構與平臺，依托架構在云端的應用和服務，能通過優(yōu)化數(shù)據(jù)和信息分析，以及遠程數(shù)據(jù)驅動來實現(xiàn)云端數(shù)字化服務，幫助企業(yè)管理者構建大數(shù)據(jù)時代下的決策分析體系。
除了這三個革新性關鍵技術以外，還有一些技術突破也促成了整體方案的優(yōu)化，例如鋰電池的大規(guī)模應用。施耐德電氣技術中心實測發(fā)現(xiàn)，鋰電池比鉛酸電池壽命增長一倍以上，而充電速度則四倍于鉛酸電池，且能減輕70%的重量。鋰電池在數(shù)據(jù)中心的應用，不僅可以支撐更直接快速的機房內(nèi)動態(tài)電力管理，還能配合外部電網(wǎng)電力供應波動，支持大區(qū)域智能電網(wǎng)基礎建設，同時利用峰谷電價為企業(yè)降低用電成本。
在能源領域里，能效提升通常被稱作第二能源，意思是說節(jié)省相當于創(chuàng)造。要擺脫“電“對數(shù)據(jù)中心發(fā)展的限制，核心還在提高能效，降低PUE值。而這考驗的并非單一技術，而是出具綜合解決方案的能力。萬物聯(lián)網(wǎng)近在眼前，未來的我們能否在空調(diào)房中愉快的“云擼貓”，依賴的就是這么一整套復雜運轉的系統(tǒng)。