機房節能未達止境 降低PUE仍待努力
- DIGITIMES企劃
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今時今日，不論已開發或開發中國家，都無可避免面臨氣候變遷的嚴峻考驗，為了克服隨之而來的自然、生態、經濟、社會、健康等諸多挑戰，也讓節能減碳成為至高無上的顯學；在此前提下，機房管理的先決任務，就在於節能！
根據美國能源部的數據顯示，資料中心(Data Center)的能耗，為同等面積辦公室的100倍之多。單就台灣而論，根據經濟部能源局所發布的「非生產性質行業能源查核年報」，電信機房的單位面積年用電量密度，始終高懸各大應用場域的第一位，動輒達到900度？平方公尺之上，超越量販店或百貨公司約300度？平方公尺甚多。
事實上，經由電信或IT機房所產生的全球二氧化碳排放量，現已衝高至8.6億頓以上，而伴隨科技應用日新月異，全球各國對於運算、資料儲存、網路通信的需求仍持續攀升，儘管有識之士已意識到此一問題的嚴重性，近幾年來致力提高IT設備、機房基礎設施，乃至資料中心的能源使用效率，但預估至2020年時，全球IT相關碳排放量仍將達15.4億噸，幾乎較當前水準翻了一倍。
因此，綠色資料中心已成為眾所矚目的熱門議題，以此為主題的研討會場次，近幾年來明顯激增，且不論議程或講師安排重疊與否，場場都猶如吸票機，吸引廣大IT從業人員聆聽取經。
說到這裡，難免有企業或機構備感委屈，直言其並非漠視節能減碳的重要性，也深知一昧放任用電量的增長，亦將導致營運成本飆高，簡直百害而無一利。
但不可否認，資料中心乃是企業營運的命脈，隨著使用者人數增多、應用服務型態趨於複雜，再加上資料量不斷擴增，分分秒秒都得仰賴資料中心之恆常運作，因此盱衡企業營運發展的永續性、機房能耗的節約，自認已權衡輕重採取必要措施，大舉採用高密度伺服器、甚至虛擬主機，冀望衝高每瓦運算效能，藉以抑制機房能耗的飆升。
但企業或機構對於機房節能的努力，若僅止於上述舉措，而罔顧其餘更應關切的面向，那麼無異是杯水車薪、於事無補。當企業致力提高每瓦運算效能，反倒可能見獵心喜，因而在相同機房或機櫃空間之內，部署更多伺服器，導致機房整體的電力及空調使用需求攀升，使得用電量不減反增，亦可能將基礎設備推向承載負荷的飽和點，危及現有IT設備的穩定性，更縮限了隨業務成長部署新設備的空間。
為何追求運算密度、每瓦效能的提升，未必能使機房能耗同步降低？如果仔細檢視能源使用效率(Power Usage Effectiveness；PUE)、資料中心基礎效率(Data Center Infrastructure Efficiency；DCiE)等指標的內涵，理應不難參透箇中玄機。
所謂PUE，乃是經由Green Grid提出、並為ASHRAE證明過的實用性指標，其計算公式為「機房總耗電量」除以「IT設備總耗電量」；此處所指的IT設備，不僅含括了運算、儲存、網路通訊等主要應用領域，也一併涵蓋KVM切換器等輔助設備。至於DCiE，基本上就是PUE倒數，兩者可謂殊途同歸，此處則不再對此細究。
至於機房總耗電量，理所當然囊括上述一干IT設備的能耗，除此之外，舉凡不斷電系統(UPS)、發電機、電動閥、開關、蓄電池等電力相關設備(連同配電損失)，諸如冰水機組、水泵、直膨箱型冷氣機CRAC、風機、冷卻水塔等攸關冷卻的相關設備，乃至於機房內部的照明，這些琳瑯滿目裝置所產生的功耗，全都得算在機房總耗電量之列。
教育部過去初步量測部分國立學校機房的PUE平均值，大抵落在2.99水準，若以此為論述基準，則意謂1台需要耗電500W的伺服器，伴隨其持續運轉，則前述眾多基礎設施就得它消耗近995W電力，如果某機房內有20台伺服器，那麼總耗電量即為29.9kW。
承前例，用戶若決定採行高密度伺服器與虛擬主機，假設可使單台伺服器平均功耗需求降至350W，看似大減了3成能耗，但也代表原有的機房或機櫃空間內，也會增加配置更多主機，好讓用戶更有效支應業務推展需求，縱使用戶以不擴增現有基礎設施容量為前提，將伺服器數量小增至28台，則此部分的總耗電量為9.8kW，連帶迫使基礎設施消耗19.51kW電力，此時粗估機房總耗電量為29.3kW，與上述數值相較，可說原地踏步。
由此可見，降至運算系統的單位能耗，固然是邁向機房節能的必要起點，但若未同步施展更多必要措施，還任由其他諸多「不節能」因子持續存在，那麼PUE並不會隨之下滑，耗電情況也一如往常。
按照Green Grid所頒布的標準，PUE小於1.25即是「白金級」，介於1.25？1.43是「黃金級」，介於1.43？1.67是「銀級」，介於1.67？2是「銅級」，介於2？2.5只能算是「一般」，超過2.5就判定為「不節能」；如果用戶的機房PUE達到2.99水準，象徵其能源使用效率嚴重不及格，亟需改善的環節所在多有，怎可能自以為是地冀望透過屈屈的有限作為，即能換取可觀的節能成效？
IT設備虛擬化與整併 僅是節能第一步
根據經濟部能源局所發布的「電信網路機房節能應用技術手冊」，台灣資訊機房PUE平均實際量測結果約為1.9以上，若取其中採用300噸以上之中央空調冰水主機系統資訊機房，雖然還未到LEED的基本申請門檻(PUE值1.52以下)，但至少不像前述2.99數值如此駭人聽聞，不過無論如何，一定有其改善空間。
PUE數值之所以會居高不下，在電信網路機房節能應用技術手冊之中，也歸納了多項常見因素。首先是IT設備無節能管理、無虛擬化與整併技術，造成負載常定之高耗能現象；第二是回風設計主要採無風管之直接回風，造成氣流短循環，氣流無法有效率地冷卻機櫃；第三是回風口與出風口太接近，造成氣流短循環，氣流無法有效率地冷卻機櫃。
第四是無冷熱通道之設計及短循環之回風，造成機房溫度場混亂，以致於造成空調箱之溫控感測點不易設置，空調箱及冰機控制失序，頻繁切換，並導致系統不穩定運轉及容易故障之風險；第五是冰機超量設計之現象，冰水進出口溫差小，起停頻繁；第六是使用濕盤管及低溫冰水，造成除濕過度及再加濕之能源浪費。
第七是冰水主機老舊及過大設計造成低效率運轉；第八是配線系統雜亂造成氣流受阻、系統更新不易；第九是不適當之高架地板開口造成氣流分配不均勻、氣流洩漏嚴重；第十是UPS及配電系統過大設計，造成電力系統低負載、低效率之運轉。
當然，可能導致PUE高檔盤旋的潛在原因，容或不僅止於前述10項，但這10個常見現象，一旦不加以解決，確實會讓該資訊機房與「綠色」二字相距甚遠，如何縮短其間差異、進而朝向Green Grid所定義的銀級、黃金級甚或白金級前進？
企業機構所需做足的基本功課，著實還有不少；最起碼，本文描述有企業採用高密度伺服器或虛擬主機，充其量只解決了10大難題當中的第一項，剩下的9項事，亦應通盤詳加檢視、謀求因應改善之道。
