恢宏壮观的数据中心是如何节省能耗的

先让我们走进恢宏壮观而神秘的数据中心。

一排排机柜整齐排列，服务器和网络设备层层堆叠，设备不停的运转，无数个风扇发出嗡嗡作响声。

突然，有机柜发出了更响亮的嗡嗡声，这是服务器的风扇正在全速运转。

随后，传来了告警声，这是服务器没有得到足够的制冷而发出的求救信号。

不一会，最糟糕的事情发生了，服务器过热保护，自动关闭运行，这或将导致大量的用户无法访问服务器。

与家用空调不同，机房设备更需高效、可靠的呵护。一个数据中心动辄数千台服务器，大量的设备所消耗的电能几乎都会变成废热，为了让每台设备保持在恒定的温度下正常运转，数据中心配置了如冷水机组、冷却塔、末端空调等设备的大型的制冷系统来吸入热空气、排出冷空气。

可你知道吗？为了排放废热，这些制冷系统是数据中心的耗电大户，降低数据中心的能耗（降低PUE值）一直是业界关注的焦点。

一个大型数据中心的电费占据了约70%的运营成本，全球数据中心每年电力消耗相当于8个三峡水电站的发电量。例如PUE为2的数据中心，在总能耗中，IT设备能耗占了一半，制冷系统能耗占约30%，这就是PUE居高不下的原因。

近年来，随着移动互联网、云计算技术的蓬勃发展，数据中心已成为现代信息生活不可或缺的ICT基础设施。面向5G万物互联时代，数据流量急剧增长，数据中心必将进一步向大型化和高密化发展。

但海量数据处理产生的热量随之增加，为保障设备稳定运行，制冷系统能耗也将持续走高。

如何让数据中心更节能、更高效？业界为此绞尽了脑汁…

比如，Facebook在瑞典北部，靠近北极圈的地方建数据中心，以利用自然低温为数据中心散热，降低能耗。

微软在苏格兰奥克尼群岛海岸附近建“水下数据中心”，利用寒冷的海水散热。

Facebook和微软将数据中心建在北极和海下，目的是通过“免费”获取冷源的自然冷却技术来降低能耗。

但是， Facebook和微软采用的自然环境冷却方式受地域限制，你不可能把所有数据中心都搬到遥远的北极或沉到海底，未来5G时代的低时延应用更需就近部署。

所以，我们还得把目光转回来，看看如何降低制冷系统本身的能耗。总的来讲，当下制冷系统向高效化和智能化趋势发展，方法可谓是“软硬兼施”，以获得更低的PUE。

大型数据中心一般采用冷冻水制冷系统。制冷系统主要由冷水机组、冷却塔、水泵和末端空调等组成，通常冷水机组、末端及水系统组件是能耗关注的重点。

过去以来，为了提升制冷系统能效，在冷源侧，从风冷向水冷、自然冷却发展；在空调末端侧，从房间级制冷发展到行级制冷、顶置制冷和机柜级制冷，以更加靠近热源，减少冷媒输送能耗，提升冷却效率。

随后，由于数据中心内设备众多，设备发热量动态变化，智能化的制冷系统开始应用于数据中心，使能根据变化随时随地的提供动态调节制冷方案，比如变频空调、变容量压缩机、风量智能调节技术等。

但是，由于传统制冷系统中精密空调、水泵、冷水机组、冷却塔来源不同厂家，各自独立运行，少有对整个制冷系统进行系统性的效率优化。

要系统性的提升制冷效率，需要实现从冷冻站、空调末端到IT负载的端到端协同管理和精细控制来智能化降低制冷系统的功耗。

最近在HUAWEI CONNECT 2018上，华为发布了基于AI的iCooling解决方案，正是这种智能化方向的代表。

基于AI的iCooling数据中心能效优化解决方案，针对数据中心制冷效率提升瓶颈，通过机器深度学习，对大量的历史数据进行业务分析，探索影响能耗的关键因素，获取PUE的预测模型。基于PUE的预测模型，获取与PUE敏感的特征值，利用特征值，进行业务训练，输出业务的预测模型。最后利用系统可调整的参数作为输入，将PUE预测模型、业务预测模型作为约束，利用寻优算法，获取调优参数组，下发到控制系统，实现制冷系统的控制。最终通过规范化的实践引导和目标导向评测，不断调整优化，获取均衡PUE。

在华为廊坊数据中心，实测环境为1500柜，单柜密度4kW/柜，43%IT负载率，2N供电系统，N+1冷冻水系统，采用iCooling智能温控技术后，冷冻站总能耗降低325.6kW，冷冻站COP提升8.2，全年PUE由1.42降为1.304，每年可节省电费372万元，实现了从“制冷”向“智冷”转变，为未来降低数据中心能耗奠定了新方向。

其实，试图用AI优化制冷的并不只有华为，Google已宣布通过旗下DeepMind公司的AI技术来降低数据中心能耗，其原理与iCooling类似，在制冷系统中安装数千个传感器收集并发送数据到深度神经网络，再作出最优决策建议。

不过，Google开发的技术目前只针对自己的数据中心，未对外，不具有普适性。而华为iCooling作为对外发布的解决方案，为各家数据中心提供了最优解决方案。

基于软件化的AI解决方案是趋势，同样，在硬件效率的提升上业界也一直不遗余力。

各厂家在硬件上常选用更节能的压缩机和风机来提升空调末端效率，并有持续的投入，使得在这两部分上技术和性能都差异不大。但加湿系统的能耗往往容易被忽视。

通信机房要求湿度必须控制在50%±5%。以北方数据中心为例，空调系统全年耗电约有2%~3%的比例消耗在加湿系统上；如果数据中心制冷系统年耗电在1000万kwh，那么10年生命周期将有200~300万kwh的电费消耗在加湿系统上。

因此，数据中心除了在不间断使用的的制冷系统上进行节能减排措施外，也需要在加湿等温湿度及环境控制辅助耗电单元上进行优化设计，进一步降低日趋膨胀的数据中心能源消耗。

目前常用的内置式加湿有：红外加湿、电极加湿、湿膜加湿。

湿膜加湿的大致原理是，通过循环水泵将水箱中的水送到湿膜顶部布水器，水向下渗透，均匀地湿润湿膜表面，通过水蒸发增加空气的湿度。整个过程不需要耗费额外功率。

与红外加湿和电极加湿相比，湿膜加湿不必将热量转化为水蒸气，在改变空气湿度的同时还能降低温度，可大幅降低功耗，且维护方便，无需额外水处理设备。

湿膜加湿可以多节能？让我们来看一组统计数据。

这同样是来自华为的数据，在目前内置式加湿中，华为采用独有湿模式加湿技术，相比传统的加湿方式节能95%。

以上提到了2个华为的案例，也许有点出乎你的意料，都说华为的电信设备和手机做得好，在数据中心制冷系统领域，难道华为也是佼佼者？

答案是：Yes.

华为于2008年成立网络能源产品线，开始数据中心温控产品研发。十年来，华为温控产品线每年将销售收入的15%投入研发，已在全球设立三大空调研发中心，分别位于中国西安、深圳以及德国纽伦堡，现有温控研发工程师超过150人，提供全系列的自研数据中心温控解决方案。

根据ICTresearch的研报， 2016年和2017年华为行级温控在中国市场份额蝉联第一。

数据来源：ICTresearch 2018

不久前，中国移动2018年山西等五省新型空调末端系统集成补充采购项目结果揭晓，华为以33.32%的份额中标。

不断研发投入和技术创新以降低数据中心能耗，是华为的坚持，也是行业一致的追求。一直以来，业界都在不懈努力使得PUE值尽可能接近1。随着数据流量爆发，数据中心需求持续增长，提升能耗效率越来重要，相信行业将会带来更多的惊喜。