593
根据Synergy Research Group的数据显示，以关键IT负载衡量，美国占数据中心容量的49%，中国是仅次于美国的超大规模数据中心容量地，占总量的15%，剩余容量分布在亚太地区的其他国家（13%）、欧洲、中东和非洲地区（19%），以及加拿大/拉丁美洲（4%）。
另根据中国数据中心工作组（China Data Center Committee，CDCC）的数据与预测，2019年，中国在线运行服务器的数量和数据中心用电量分别为1200万台和810亿度，美国则为1700万台和1150亿度。
结合上述两组数据，我们可以得到两个结论，中国数据中心的平均容量低于美国，但每容量的耗电量高于美国。
图 | 康普北亚区技术总监 吴健
事实上，数据中心一直是高耗能行业，以年为计的电费动辄上亿元，通常被称为电老虎。对此，康普北亚区技术总监吴健在2021年的CDCC上表示，“数据中心本身局部耗能正呈现越来越高的趋势，物理密度也越来越大，很多年前，一个普通机架的配电需求大约为3-4kW，而现在需要8-10 kW。从某种程度上来看，数据中心运维过程中的成本大部分是交电费，用电成本可能会占据一个数据中心运营成本的60%-70%。所以随着数据中心本身的能耗不断提升，对能源的依赖性就会变得愈加严重，节能减排于是被提上主旨日程。”
关于如何节能减排，在具体的操作层面，前些年采取的是从配电优化和制冷优化的角度去降低PUE，该值是指基础设施为IT设备供能和IT设备本身耗能的比值，比值越小越好。但过去我们将PUE值已经从1.5降到1.35，再到1.3，已经进入瓶颈期。所以站在今天的维度，跳出固有思维，下面将和大家分享一下关于数据中心减碳的两个新维度。
数据中心减碳的两个新维度
- 不再纠结于PUE，从IT设备本身入手降低能耗
首先我们要明白一个道理，我们的IT设备在运行时需要一些辅助设备，比如散热风扇等等，这些辅助设备也是要耗电的，所以整体耗电量除以IT设备的本身耗电量这个值一定是大于1的，哪怕完全自然冷还是会有其他供电。而基于现有的技术，1.3目前来看已经降到很低了，所以我们不妨从“1”本身入手，降低IT设备本身的功耗。
吴健举例解释道：“IT设备目前在中国的数据中心行业存在利用率问题，比如1个机房可能有1000个机架，部署了10000个服务器，但它们是不是都在使用？机房里空置了1/3面积，机架里又空置了1/3服务器不在使用，这是不是空耗？另外，绿色节能也和连接器也有关联，我们能不能把接口功耗再降低？所以，“1”本身是有问题的，就是IT本身的资产利用率并不够高。”
- 延长国内数据中心的生命周期
图 | 布线系统的生命周期
除了降低IT设备本身的功耗外，我们在深挖一步，能否延长数据中心的使用寿命？众所周知，在建设数据中心的过程中，需要非常多的工业原料，比如钢铁、塑料、芯片、制冷剂等，生产这些原料都会带来碳排放，是一个连锁反应，所以延长数据中心的使用寿命，本身就是在节能减排。
说到数据中心的生命周期，我国很多数据中心的生命周期太短，基本三五年就要翻新了。这意味着所有的IT资产以及基础设施都会被废弃，而后再重建一个更大规模、更高效、更高速率的数据中心。与之形成鲜明对比的是，国外大型互联网公司现在建数据中心的设计理念、采用的材料都是需要考虑使用十五年、二十年，甚至是二十五年，事实也是如此。因此，如何延长国内数据中心的生命周期将成为数据中心节能减排的重点。
采用优化的网络架构、更低功耗的连接器，降低数据中心功耗
“从行业角度来讲，康普可以做的就是提高数据中心的有效性，数据中心无非是IT设备互联， IT设备互联就涉及网络架构问题。说到网络架构，现在的趋势就是云架构，用的Leaf-Spine构架或者Fabric架构，这种架构就能够提升数据中心内部的计算交换、存储的性能，降低延时，并提高可靠性。此外，高速以太网的发展可以进一步提升数据中心的网络效率。” 吴健如是说。
当我们聚焦在连接方面，如何才能降低接口功耗，比如更多地采用成本和功耗更低的多模光纤，从而降低IT设备本身功耗。
众所周知，单模光纤需要的是激光光源，多模光线采用的是VCSEL光源，VCSEL光源本身能耗是要大大低于激光光源的。从光源波长角度看，多模是850 nm，单模是1310 nm以上，大部分是1550-1650 nm之间，所以单模需要更长的波长，支持的距离更远，需要的功率更高。如果从布线的角度来看，这两者的制造成本和能耗没有太大的区别，但是从设备收发器来讲，在同样端口数应用下，单模设备耗能大概是多模设备的两到三倍。
图 | 服务器的演进速度
不过，虽然多模光纤比单模要节能，但是多模存在连接距离太短的局限性。随着网络应用从40G演变到400G，多模光纤的传输距离慢慢缩减至一百米以内，但是如果连一百米都支持不了，在大一点的数据中心应用中，从交换机到服务器的距离如果超过一百米，多模就会有问题，就必须要换成单模，如此谈何节能呢？
“因此，在过去3-4年中，康普引领了OM5标准，这是一个更高等级的多模光纤。根据多模光纤发展历程，我们可以将其标准进行排布：OM1、OM2、OM3、OM4、OM5。而OM5是基于多模技术演进，能够进一步提升速率，进一步延展传输距离和多模生命力的一种技术标准”， 吴健解释道，“所以OM5的出现是的多模无需急于升级到单模，这也是一种节能思路。”
采用智能管理平台，避免盲目的升级和改造
“康普有一款产品叫imVision®智能化布线系统，行业缩写为自动化基础设施管理（AIM），它是一款布线的智能管理平台。通过该平台，可了解整个IT资产连接有多少个端口在用，有多少个端口是空闲的，资产利用率是多少，以及每个端口的属性，比如连接对端是什么应用，链路距离有多远，速率多高，这些都可以在系统里进行管理、记录、报告，使得用户对包括IT资产、连接的布线资源都有清楚的了解。”从吴健的表述中，我们可以明确一点，那就是了解清楚这些参数意味着不会盲目地升级和改造。
也许现在的容量是足够未来三到五年甚至十年的应用，那就无需扩容了，如此一来可以进一步提高资产利用率。比如，原来端口有1000个，现在用到了500个，未来十年内可能只会用到800个端口，就无需重新部署新资源了。如果不了解资产利用率，可能会因为新业务要重新购置、部署机架、交换机、布线系统等。
图 | 智能基础设施管理
此外，智能化管理平台还可将以太网供电（Power over Ethernet，PoE）应用纳入管理，以太网供电是把数据线缆当成一个供电线缆来对待。摄像头或IP电话本身既要供电又要通信，用PoE就可实现供电和通信合二为一，但这相当于给交换机多一重任务，原本交换机只用于收发信号，不用于供电。现在交换机用于供电后，它的耗电情况也可通过该平台管理。
从操作层面如何来实现这种实时的动态监控呢？事实上，布线行业的数据采集相对比其他行业（如人脸识别、智能摄像）不太一样，传统的连接线都是无源器件，而布线系统是在A和B两个有源设备间建立连接，所以我们需要在这些连接和连接器件之间加入传感器，再将配线架电子化，就是IoT的概念。
吴健表示，“光纤收发器的耗能基本是固定的，比如启动后就是在稳定提供3-5瓦的功率，那么基本就可以计算出它的总耗能是多少。铜缆则更复杂，尤其是智能楼宇里的铜缆，如果有PoE应用则更为复杂。”
以太网有一个特别有趣的现象，比如把某个IP设备插到一个交换机上，首先要协商两件事情。
首先它们之间会协商到一个速率。如果一个是百兆设备，另一个是千兆设备，最后就协商成百兆了。如果一个是千兆，另一个也是千兆，最后可能就协商成千兆了。协商就意味着它是变化的，你不知道它是什么速率，这从交换机管理的角度可以看得到，但它是变化的。
另外一个协商是提供能源。普通以太网终端就是提供数据信号，并不提供能源。但若是一个POE摄像头，可能就会协商，这个摄像头向它申请需要30W的功率，交换机是否能够提供取决于其能力，可能只能提供15W而非30W；但若有60W的能力，则可提供30W。若要60W功率，交换机就要提供60W。这样提供能耗的过程是动态的，动态能耗需要监测，这种监测可以从智能平台里获得，从而可得知总能耗是多少。
所以说，这种平台型的智能管理可以加强对设备能耗和布线设计布局等方面的优化，从而实现节能减排的最终目的。
写在最后
关于数据中心的通信网络何时升级至800G，吴健告诉笔者，“就像家里装修，走水走电肯定在买家电之前。布线作为基础设施，对于技术前瞻性比网络设备要早，400G、800G技术在布线方面其实在过去三五年里就已经准备好了。准备好的标志就是高性能的光纤和高密集的连接器件，MPO连接器件很早就出现了，比如16芯、24芯标准，这其实就是为400G、800G服务的，从这一点来看布线已经准备好了。”
“但这个产业是不是到了成熟时期，并不取决于布线，而是取决于光芯片和光电芯片的产业成熟度。这个产业成熟度的标志是两个重要指标，一是成本降低，二是能耗优化。尽管效率高，但高速的收发器比低速的耗能要高。比如速率提高了四倍，耗能只提高一倍，看起来不错，但用户不能接受。所以，要解决好产业中光电芯片的成本和能耗问题，当然其中也包含散热问题。上述两个基本问题一旦解决了，这个产业商业化的速率肯定就能提高。”
