王宇杰 黃紅 北京交通大學(xué)信息中心 100044

IT設(shè)備節(jié)能技術(shù)及其在高校中心機(jī)房的應(yīng)用

王宇杰 黃紅 北京交通大學(xué)信息中心 100044

節(jié)能減排是國(guó)家的戰(zhàn)略方針，對(duì)于高校，也必須思考IT設(shè)備在性能不斷提升的同時(shí)更節(jié)能。本文從服務(wù)器節(jié)能，顯示設(shè)備節(jié)能，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備節(jié)能三方面探討高校網(wǎng)絡(luò)中心機(jī)房IT節(jié)能的技術(shù)，并重點(diǎn)探討服務(wù)器節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用。

IT設(shè)備；節(jié)能；服務(wù)器；高校

引言

節(jié)能減排是國(guó)家的戰(zhàn)略方針，對(duì)于高校，也必須思考網(wǎng)絡(luò)中心機(jī)房中IT設(shè)備在性能不斷提升的同時(shí)更節(jié)能。本文從服務(wù)器節(jié)能，顯示設(shè)備節(jié)能，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備節(jié)能三方面探討高校網(wǎng)絡(luò)中心機(jī)房IT節(jié)能的技術(shù)，并重點(diǎn)探討服務(wù)器節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用。

1.服務(wù)器節(jié)能

1）選擇服務(wù)器時(shí)，在性能相近的情況下盡可能考慮更節(jié)能的服務(wù)器

電源轉(zhuǎn)換率較高的電源更節(jié)能，選用2.5吋硬盤(pán)也比3.5吋硬盤(pán)更節(jié)能，優(yōu)選低電壓處理器與內(nèi)存也能更節(jié)能、加強(qiáng)風(fēng)扇管理，很多方面多管齊下，能讓設(shè)備在確保性能的情況下更節(jié)能。

低功耗節(jié)能處理器已成廠商關(guān)注的重點(diǎn)。英特爾在服務(wù)器平臺(tái)推出Nehalem-EP（至強(qiáng)5500）核心處理器，和主流的Xeon 5400系列至強(qiáng)處理器相比，在主頻和功耗上并沒(méi)有提升的情況下，能效比卻大大提升。 AMD的皓龍?zhí)幚砥鞑捎昧硕囗?xiàng)AMD獨(dú)有的最新的創(chuàng)新節(jié)能技術(shù)。如通過(guò)使用AMD CoolCore技術(shù)處理器可動(dòng)態(tài)關(guān)閉其非工作的電路塊來(lái)降低能耗，獨(dú)立動(dòng)態(tài)核心技術(shù)使每個(gè)核心可以根據(jù)其應(yīng)用的特定性能需求來(lái)調(diào)整時(shí)鐘頻率等。

硬盤(pán)方面服務(wù)器一般可以支持2.5英寸或者3.5英寸硬盤(pán)。優(yōu)先選用低功耗產(chǎn)品或2.5英寸產(chǎn)品，無(wú)疑更節(jié)能。很多低功耗的硬盤(pán)產(chǎn)品功耗已能做到很低，在滿載、空閑時(shí)的功耗都可控制在數(shù)W內(nèi)，對(duì)于采用多硬盤(pán)的服務(wù)器，長(zhǎng)期運(yùn)行下來(lái)更節(jié)能。

相對(duì)于傳統(tǒng)的機(jī)架服務(wù)器，刀片服務(wù)器的功耗要低得多。因?yàn)榈镀?wù)器上每個(gè)刀片模組共用電源、散熱、網(wǎng)絡(luò)等功能，相較于使用一般機(jī)架式服務(wù)器可以節(jié)省空間與電力成本。如果能將老式的塔式服務(wù)器或機(jī)架式服務(wù)器換為更先進(jìn)的刀片服務(wù)器，在節(jié)能效果上也更佳。

2）根據(jù)需要選擇合適性能的服務(wù)器

服務(wù)器不能一味追求高性能，因?yàn)楦咝阅芤话憔鸵馕吨吣芎摹，F(xiàn)在很多高校機(jī)房的服務(wù)器負(fù)載很低，卻選擇了性能非常高的服務(wù)器。針對(duì)系統(tǒng)的負(fù)載來(lái)選擇夠用的服務(wù)器，是一個(gè)節(jié)能的好辦法。網(wǎng)站建設(shè)在考慮性能的可擴(kuò)充性同時(shí)，選擇夠用的服務(wù)器是個(gè)更明智的選擇。

3）提升服務(wù)器的使用效率

第三，盡量提升服務(wù)器的使用效率。方法一是合并應(yīng)用提高服務(wù)器工作效率，方法二是做服務(wù)的虛擬化。

毫無(wú)疑問(wèn)，如能將服務(wù)器、儲(chǔ)存、網(wǎng)絡(luò)等設(shè)備進(jìn)行必要的虛擬化作業(yè)，能大大提高設(shè)備利用率，減少機(jī)房物理設(shè)備數(shù)量，減少占地面積與不必要的電力損耗。比如，利用VMware虛擬技術(shù)可將每個(gè)服務(wù)器的平均利用率從7%提高到60%～80%，從而便可降低機(jī)房空間、機(jī)柜、網(wǎng)線，耗電量，冷氣空調(diào)和人力成本等。

另外，硬件輔助虛擬化正成為虛擬化發(fā)展的主要方向。主流的廠商都將虛擬化技術(shù)看成近兩年來(lái)服務(wù)器技術(shù)革新的重點(diǎn)。英特爾推出了I n t e l V T（Virtualization Technology）、AMD推出了AMD-V等硬件輔助虛擬化技術(shù)。這讓傳統(tǒng)的純軟件虛擬化應(yīng)用變得更高效。

英特爾提供了包含處理器（VT-x或VT-i）、芯片組（V T-d）、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（VT-c）三套相輔相成技術(shù)在內(nèi)的整套服務(wù)器硬件虛擬化解決方案。其中VT-d技術(shù)做為一種基于主板芯片組的硬件輔助虛擬化技術(shù)，通過(guò)在北橋中內(nèi)置提供DMA虛擬化和IRQ虛擬化硬件，可實(shí)現(xiàn)新型的芯片級(jí)別的I/O虛擬化方式，在虛擬環(huán)境中大大地提升I/O的可靠性、靈活性與效能。

AMD推出的AMD Virtualization（AMD-V）硬件輔助虛擬化技術(shù)通過(guò)直接互聯(lián)架構(gòu)（D i r e c t C o n n e c t Architecture）和在處理器和內(nèi)存控制器中引入一個(gè)新模型和功能來(lái)提高CPU的虛擬應(yīng)用性能。它能提供直接的CPU到內(nèi)存、CPU到I/O和CPU到CPU的連接，這些虛擬化技術(shù)可通過(guò)提高虛擬化解決方案的可靠性、支持性來(lái)改進(jìn)現(xiàn)有的純軟件虛擬化解決方案。

虛擬化技術(shù)能集中并共享資源，實(shí)現(xiàn)降低成本、優(yōu)化利用率，已成為服務(wù)器發(fā)展的大勢(shì)所趨?！皩W(xué)校越大，機(jī)房越小”，這是高校機(jī)房應(yīng)該追求的目標(biāo)。

2.顯示設(shè)備節(jié)能

在機(jī)房顯示設(shè)備方面，傳統(tǒng)的CRT顯示設(shè)備正被L C D顯示設(shè)備替代。而L C D還不是最節(jié)能的顯示設(shè)備，比如LED和OLED就比其更節(jié)能，OLED顯示技術(shù)無(wú)需背光燈，采用非常薄的有機(jī)材料涂層和玻璃基板，當(dāng)有電流通過(guò)時(shí)，這些有機(jī)材料就會(huì)發(fā)光。因此，OLED顯示屏耗電量可做到LCD的1/6，機(jī)房如能采用這樣的顯示器無(wú)疑能更綠色。

另外，目前的高校機(jī)房基本在每個(gè)機(jī)柜都安裝了一個(gè)顯示器和一個(gè)KVM設(shè)備。服務(wù)器由于其特殊性，一般安裝配置好后無(wú)需本地操作。因此，整個(gè)機(jī)房準(zhǔn)備2～3臺(tái)移動(dòng)工作車(chē)（包括顯示器，鍵盤(pán)，鼠標(biāo)）供臨時(shí)使用。這樣無(wú)論在硬件投資，設(shè)備能耗和機(jī)柜利用率這些方面都有其優(yōu)勢(shì)。

3.網(wǎng)絡(luò)設(shè)備節(jié)能

選擇網(wǎng)絡(luò)設(shè)備時(shí)，環(huán)保節(jié)能要作為一個(gè)重要指標(biāo)。目前主流的交換機(jī)廠商均已通過(guò)RoHS標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證，在環(huán)保方面有一定的保證。此外在同等條件下，選擇能效高的交換機(jī)，能耗轉(zhuǎn)發(fā)效率可以用bps/W來(lái)衡量。

在配置機(jī)箱式網(wǎng)絡(luò)設(shè)備時(shí)，要根據(jù)線卡功率及來(lái)適當(dāng)配置電源功率，避免浪費(fèi)。當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的核心設(shè)備電源動(dòng)輒1.x千瓦，但一般都有幾級(jí)電源供選擇，根據(jù)線卡選擇夠用的冗余電源即可，另外配置3電源或遠(yuǎn)高于需求的電源完全沒(méi)有必要。

另外，選用帶端口自動(dòng)節(jié)能功能的交換機(jī)（綠色以太網(wǎng)技術(shù)Green Ethernet）將對(duì)節(jié)能有很大幫助?，F(xiàn)在高校機(jī)房中很多的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備端口利用率并不高。綠色以太網(wǎng)技術(shù)可以通過(guò)端口狀態(tài)和網(wǎng)線長(zhǎng)度來(lái)自動(dòng)調(diào)節(jié)端口功率，從而讓交換機(jī)不是在什么狀態(tài)下都是以最大功率來(lái)運(yùn)行的，由此可以達(dá)到節(jié)能的目的。目前，華為和D-link都為電信運(yùn)營(yíng)商提供了具備該功能的設(shè)備。

最后，接入設(shè)備盡量選擇低功耗，無(wú)風(fēng)扇，體積小的交換機(jī)。低功耗:接入交換機(jī)不僅僅存在于網(wǎng)絡(luò)中心機(jī)房，在校園網(wǎng)內(nèi)部應(yīng)用廣泛。比如北京交通大學(xué)僅接入交換機(jī)就有近1000臺(tái)。如果一臺(tái)接入節(jié)約10w，那一年僅用電就節(jié)約近9萬(wàn)度，近5萬(wàn)元。無(wú)風(fēng)扇就沒(méi)有噪音，不存在擾民問(wèn)題，同時(shí)降低了設(shè)備故障率（我們的經(jīng)驗(yàn)，一般的交換機(jī)風(fēng)扇用超過(guò)5年開(kāi)始陸續(xù)損壞）；體積小便于維護(hù)安裝。

4.北京交通大學(xué)中心機(jī)房在IT設(shè)備節(jié)能方面的嘗試

北京交通大學(xué)在國(guó)家2008年下一代互聯(lián)網(wǎng)二期項(xiàng)目（C N G I 2）建設(shè)過(guò)程中，在I T設(shè)備性能功能相同的條件下，優(yōu)先考慮能效高的設(shè)備。服務(wù)器方面:分別定制了幾個(gè)檔次的服務(wù)器，用于不同級(jí)別的應(yīng)用，不是單純追求高性能。另外，通過(guò)應(yīng)用整合和虛擬服務(wù)器的方法盡可能提高服務(wù)器利用率。顯示設(shè)備節(jié)能方面，逐步取消每個(gè)機(jī)柜的顯示器和KVM設(shè)備，代之以移動(dòng)配置的顯示器和鍵盤(pán)鼠標(biāo)。

網(wǎng)絡(luò)設(shè)備選擇方面:核心交換機(jī)選擇時(shí)根據(jù)所配線卡配備合適電源模塊，另外在同等條件下，選擇低功耗，無(wú)風(fēng)扇，體積小的交換機(jī)。對(duì)于綠色以太網(wǎng)技術(shù)，C N G I 2入圍的交換設(shè)備均不具備，希望廠商今后對(duì)教育市場(chǎng)也推出具備該功能的設(shè)備。

[1] 如何打造更加節(jié)能的綠色機(jī)房.www.it168.com

[2] 從點(diǎn)滴入手看綠色機(jī)房的節(jié)能之道 .tech.sina.com.cn

10.3969/j.issn.1001-8972.2010.11.044

本論文受鐵道部項(xiàng)目《中國(guó)下一代互聯(lián)網(wǎng)示范工程CNGI示范網(wǎng)絡(luò)高校駐地網(wǎng)建設(shè)項(xiàng)目》(N09D00010)支持

王宇杰，男，1973，工程師，研究方向:網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與安全。

黃紅，女，1961，高工，研究方向:網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與系統(tǒng)。