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绿色数据中心

【发布时间:2009-06-02】

传统数据中心面临着异构网络、静态资源、复杂管理、高能耗等多方面的挑战。针对这些问题,一体化、虚拟化、自动化、绿色成为新一代数据中心发展的必然趋势。为适应这种趋势,数据中心在整体构建思路上,会趋向于通过整合数据、计算、存储三张异构网络,实现数据中心网络一体化;通过计算、存储和网络的虚拟化,实现数据中心虚拟化;通过动态调配网络资源和流程化的管理,实现管理的自动化。H3C希望借助统一交换架构能够为用户提供一个简洁、绿色的新一代数据中心。

绿色数据中心 

由于企业信息系统整合和数据集中的不断深化,当前国内企业数据中心建设进入热点期。企业数据中心由早期对数据存储、访问的基本需求逐步过渡到深度处理、信息挖掘的高级应用阶段,数据从静态存储转向面向多业务的动态处理和交换,从而使得数据量大幅增长、衍生应用种类不断增加,计算量、存储量、吞吐能力、传输能力快速增长,使得数据中心服务器、存储、网络规模不断扩大,对基础设施、整体运营提出了严格挑战。

而数据中心是企业IT构件中对资金、人力、运行投入最高的领域,是主要的能耗和成本消耗部门。目前,以节能减排为核心理念的绿色数据中心建设成为企业IT行为的主要关注内容。

1 H3C绿色数据中心的关注内容

“The Green Grid”组织定义了两种测量数据中心能耗的方法:Power Usage Effectiveness(电源使用效率,PUE)和Data Center Infrastructure Efficiency(数据中心基础架构功效,DCIE),计算公式如下:

PUE = 数据中心总设备能耗/IT设备能耗(网络设备、服务器、存储等)

【PUE是一个比率,基准是2,越接近1表明数据中心的能效水平越好。】

DCiE = IT设备能耗/数据中心总设备能耗×100

【DCiE是一个百分比值,数值越大表明数据中心的能效水平越好。】

测量数据中心中IT设备能耗/电耗的最有效方法是测量机房PDU(power distribution units)的输出电量,这个数值代表了数据中心向服务器机柜、网络机柜等输送的总电力,所以PDU的输出功率基本上就是IT设备的总能耗。

目前,PUE是国际上比较常用的数据中心电力使用效率衡量指标。据统计,国外先进的机房PUE值可以达到1.7,而我国的PUE平均值则在2.5 以上,这意味着IT设备每耗一度电,就有多达1.5度的电被机房设施消耗掉了,而在机房设施中空调所耗电量已占机房总耗电的近50%。特别是中小规模数据中心机房PUE值更高,测量数值普遍在3左右,这说明有大量的电实际都被电源、制冷、散热设备所消耗,而用于IT设备中的电能却很少。

因此,如何做好数据中心能耗规划和基础设施规划实现绿色创新和绿色IT,成为新一代数据中心建设的关注重点。H3C围绕数据中心IT系统的绿色目标,已经全面展开总体规划、最佳实践方案设计、设备绿色功能管理等各方面面向绿色IT的深化创新。

2 以虚拟化为核心的规划理念

数据中心的持续高效运行离不开长远有效的规划设计,H3C基于统一交换网络安全架构、统一存储架构的数据中心基础架构全IP化规划,提供了模块化、结构化、标准化的数据中心建设思路。围绕绿色数据中心经济性目标,优化基础架构对上层应用的运行支撑,降低实施与后期运行的成本。

企业应用主要业务架构以C/S、B/S的分层架构为主,传统数据中心建设中出于扩展性、安全性考虑,不同应用系统分离建设,逐步形成数据中心密集的服务器、存储与网络环境,而总体系统的利用率并不高。因此企业数据集中到一定程度,逐步开始虚拟化数据中心资源,而规划作用在数据中心重构和建设过程中的重要性是不言而喻的。

绿色数据中心实现的最关键技术是虚拟化,包括服务器、网络、存储整个IT架构的虚拟化规划布局。H3C的基础架构规划,在于解决上层应用的虚拟化整合可能引起的潜在问题,如虚拟应用在物理环境的分布、后续扩展性,虚拟环境下的能耗与性能规划、预测,机房IT部件的部署,基础网络的虚拟化支撑以便于上层应用的迁移、计算资源和存储资源的动态调度,虚拟化存储的规划整合、数据连续性保护、数据在广域范围的迁移,容灾恢复演练规划等。

数据中心基础架构的规划是一个系统工程,而基于全IP的标准化原则,使得我们在总体规划上更能接近当前应用IP化的客户需求现实,提供从市场、售后、研发持续的服务能力。

图1 H3C数据中心基础架构规划服务

3 基础架构最佳方案实践

H3C在数据中心提供网络安全与存储容灾全面的绿色基础架构实践方案。

高性能网络安全集成解决方案

数据中心对网络性能有着极高的要求,高密的应用集中、浪涌式的突发业务流量,数据中心基础网络已经从千兆逐步过渡到万兆并即将步入100G时代。出于数据中心对上层应用的高速转发、应用优化、高级功能卸载与加速、加密的需求,数据中心的基础网络常常会挂接大量的安全和应用优化设备,使得整体网络结构非常复杂、布局紊乱,同时对电源设计、系统布线、机柜空间、空调制冷也产生额外的要求,并且在设备插接和电源转换之间产生更多能耗。

因此H3C在高性能的数据中心交换平台基础上,将各种安全与应用优化业务处理模块设计成交换架构中的一个集成业务单元,直接面向交换背板提供相应功能,并实现与独立的防火墙、负载均衡、深度防御等完全一致的功能。由于直接面向交换背板,高速的业务模块可达到近乎万兆的性能。

图2 网络安全集成方案

集成式的数据中心基础网络大量减少了物理设备数量,提升了运行管理效率,同时,在交换平台不变的功耗要求下实现了更多的业务处理需求,降低了总体能耗。由于业务连线全部迁移到交换接口上、供电由交换机背板提供,大量减少布线需求和电源插接与转换需求,进一步降低能源损耗。集成化的最佳实践部署实现了数据中心网络结构的充分简捷化和绿色运行。

基于TIA942标准的散热方案

遵循TIA942标准关于数据中心通信基础设施中有关冷热通道的定义进行规划能够帮助企业有效降低能耗。TIA942标准中对于冷热通道的设计有助于对相对集中的设备进行散热和促进整个数据中心的气流循环(图3)。

图3 基于TIA942标准的冷热通道设计

将机柜采用“面对面、背对背”式隔离交错排列,形成间隔的冷通道和热通道。这样,在设备面对面的通道(冷通道)中,冷空气从机柜前面的架空地板的散出孔出来后,经过机柜和设备的内部运行后变成热空气,再从机柜背面排出;在背对背的通道(热通道)中,热空气上升,从天花板的排气口溢出。这种方法使冷热空气形成更强的对流循环,增强了机柜冷却效果,相对于传统的单排机柜部署降低了空调系统能耗。

H3C高端以太网交换机在研制开发过程中始终贯彻绿色节能的设计思想,除了采用新一代低功耗器件和智能电源管理技术以降低设备功耗外,还针对数据中心机房冷热通道标准,采用竖插框结构和独特的风道设计,使交换机单板系统风道和电源散热风道相互分开,互不干扰,进一步提高了散热效率。

此外,H3C还结合TIA942机构化布线标准,推出了适应于数据中心冷热通道设计的网络拓扑方案,如图4。

图4 H3C网络拓扑方案

当数据中心服务器区采用交换机TOR(Top of Rack)或刀片交换机在刀片服务器中部署时,由于接入交换机部署在服务器机柜中,因此每个机柜组(即两排背靠背的机柜,形成冷热通道以利于空气对流)可以不设置水平配线区(HDA),此时汇聚层交换机和核心层交换机都安装到主配线区(MDA)。当数据中心服务器区采用交换机EOR(End of Row)部署时,每个机柜组中应当设置水平配线区,用于安装汇聚层交换机,而将核心层交换机安装到主配线区。上述部署符合数据中心结构化布线要求,体现了绿色节能思想在网络设计中的应用。

IP存储虚拟化与共享容灾解决方案

虚拟化技术也是绿色存储实现的重要技术手段,存储虚拟化能力和数据管理功能,全面解决了传统IT系统建设中存在的“设备异构化严重、资源利用效率低、管理维护复杂、难以适应业务持续发展”等问题,满足持续投资保护,延续了原有存储系统使用寿命。同时,虚拟化数据管理使得存储不必按照业务最高要求配置存储容量,而根据业务运行需求动态扩展容量,因此减少了前期投资和过冗阵列系统的能源消耗。

数据容灾是企业业务持续保证的关键需求,基于IP SAN架构的统一共享容灾平台,提供了一种革新的企业级数据容灾保护模式,即企业无需自己建设数据容灾系统,通过ISP提供的共享容灾平台,实现自己的容灾需求,不仅减少企业的IT投资,也大幅降低因容灾建设而产生的能耗。

图4 H3C共享容灾方案

4 设备绿色功能管理

设备层面的绿色监控与管理设计,有助于数据中心整体绿色规划和管理。

数据中心设备的电源系统需要完备灵活的电源管理。灵活的电源管理系统不仅能够自测发热量、工作时间和负载响应情况,还可以控制系统中单板电源的停止和启动顺序,隔离故障单板和完全没有业务配置的单板,从而降低通信设备的功耗。

系统的电源管理不仅支持系统一次电源的智能监控,各单板还配置专用MBUS(Maintenance Bus:维护管理总线)模块以支持单板的电源开关和监控,可以支持单板顺序上电(降低单板同时上电带来的电源冲击,提高设备寿命,降低电磁辐射),控制单板下电,隔离故障/空闲单板,降低系统功耗。

5 结束语

绿色数据中心建设是企业IT持续关注的重要问题,绿色战略最终将是一个最佳方案实践的过程,要取得好的效果,需要将绿色理念贯穿到数据中心的规划、实施、运行管理的整个生命周期活动中,从这个意义上,H3C的下一代数据中心是一条绿色之路。