國際數(shù)據(jù)中心能效標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)概述

1、國際數(shù)據(jù)中心能效標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)概述丁蔚( 中國電子學(xué)會 節(jié)能工作推進(jìn)委員會，北京 100036)摘 要: 在節(jié)能低碳發(fā)展的大形勢下，數(shù)據(jù)中心作為云計(jì)算重要支撐技術(shù)設(shè)施，不斷增長的能耗逐漸成為各國法規(guī)制訂者日益關(guān)注的問題。通過國際上數(shù)據(jù)中心能效標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)制訂情況的概要介紹，建議為了更好地推動(dòng)節(jié)能技 術(shù)的廣泛共享和應(yīng)用，全球數(shù)據(jù)中心能效標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)的制定者應(yīng)當(dāng)考慮技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的融合。關(guān)鍵詞: 數(shù)據(jù)中心; 能效; 法規(guī); 標(biāo)準(zhǔn)中圖分類號: tn919. 5文獻(xiàn)標(biāo)識碼: a文章編號: 1005-3824( 2012) 05-0010-04在這種情況下，很多國家的政府和相關(guān)組織都在積極制訂數(shù)據(jù)中心能效相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和法

2、規(guī)，加強(qiáng)能 效管理。同時(shí)，鑒于氣候變化立法正在逐步加快腳步，將可能導(dǎo)致能源價(jià) 格 增 長 約 20% ，因 此 對 于 數(shù)據(jù)中心運(yùn)營 者 而 言，在立法之前提高能 效，是一個(gè) 明智的選擇。引言0隨著 internet 技 術(shù) 的 迅 速 發(fā) 展，以 計(jì) 算 的 設(shè) 施化和集中化為特征的云計(jì)算已 經(jīng)成為下一代計(jì)算 模式的核 心。云 計(jì) 算的基礎(chǔ)設(shè)施是承載著大量服 務(wù)器的數(shù)據(jù) 中 心，在云計(jì)算模式的支撐 下，數(shù)據(jù)中 心用于支持 應(yīng) 用 程 序 運(yùn) 行、提 供 海 量 信 息、同 時(shí) 實(shí) 現(xiàn)大量商 業(yè) 流 程 的 自 動(dòng) 化。云計(jì)算的普及對于數(shù) 據(jù)中心容量的需求持續(xù)上升，數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器運(yùn) 行會消耗

3、大 量 電 力，造成運(yùn)營成本上 升，導(dǎo)致全球 溫室氣體不斷增加。2007 年，美國環(huán)保部在向國會提 交 的服 務(wù) 器 和數(shù)據(jù)中心能效機(jī)遇的報(bào)告中估計(jì)全美國服務(wù)器 和數(shù)據(jù)于 2006 年共耗費(fèi) 610 億度電，占全美電力消 耗的 1 5% ，共計(jì) 45 億美元; 作為發(fā)展迅速的行業(yè) 部門，到 2011 年服務(wù)器和數(shù)據(jù)中心的耗電量將可能 翻倍，將超過 1 000 億度，共 計(jì) 74 億 美 元。而 數(shù) 據(jù) 中心的能耗提升有很大的空間1。另據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國 數(shù)據(jù)中心規(guī)模也呈快速增長趨勢，數(shù)據(jù)中心能耗也 隨之快速增加。2009 年，我國數(shù)據(jù)中心總耗電量約364 億度，占當(dāng)年全國總電耗的 1% 。未來幾年，

4、我 國數(shù)據(jù)中心仍將快速發(fā)展，如果維持當(dāng)前的低能效 水平，到 2015 年，僅全國的數(shù)據(jù)中心就將消耗掉三 峽電站 1 年的發(fā)電量2。1 國家層面數(shù)據(jù)中心能效標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)制訂1 1 美國環(huán)保部( epa) 能源之星項(xiàng)目能源之星項(xiàng)目是國際知名 的以推動(dòng)節(jié)能為目 標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)認(rèn) 證 項(xiàng) 目，它通過制訂產(chǎn)品能效標(biāo) 準(zhǔn)，結(jié) 合實(shí)施能源之星標(biāo)識，為用戶選擇高能效的產(chǎn)品提 供支持，在推動(dòng)節(jié)能減排方面成績卓著。2007 年，epa 開始考慮拓展能效監(jiān)管范 圍，從 僅覆蓋產(chǎn)品級的能效法規(guī)，走向推動(dòng)設(shè)施級能效提 高，在能源之星的體系下建立數(shù)據(jù)中心能效標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)。2010 年，通過一年多時(shí)間針對 120 個(gè)數(shù)據(jù)中心能耗數(shù)據(jù)

5、的收 集，基 于 業(yè)界廣泛認(rèn)可的 pue( power usage effectiveness) 評 價(jià) 指 標(biāo)，epa 建 立 了 一個(gè)交互式的能效管理評估工具，形成一個(gè) 1 100 的分?jǐn)?shù)評價(jià)體系。在這個(gè)評價(jià)體系中，得分為 75 的數(shù)據(jù)中心是指比其他所有 75% 的數(shù)據(jù)中心能效更 高。如果某個(gè) 數(shù) 據(jù) 中心的能效水平能夠達(dá)到最高 的 25% ( 75 分) ，就可以獲得頒發(fā)的能源之星的認(rèn) 證3。獲得能 源 之 星 認(rèn) 證的數(shù)據(jù)中心可以得到更 收稿日期: 2012-09-20題策劃多的政策鼓勵(lì)和支持。1 2 美國國家數(shù)據(jù)中心能效信息項(xiàng)目美國環(huán)保部和能源部在制訂數(shù)據(jù)中心能效標(biāo) 準(zhǔn)和法規(guī)方面都有

6、明確的計(jì)劃，為了防止技術(shù)方向 上的矛盾和沖突，需要建立協(xié)調(diào)機(jī)制。為了協(xié)調(diào)美 國環(huán)保部能源之星項(xiàng)目( epa energy star program) 、 美國能源部 工 業(yè)技術(shù)項(xiàng)目立即節(jié)能倡 議 ( doe in-dustrial technologies program save energy now initia- tive) 和美國能源部聯(lián)邦能源管理項(xiàng)目( doe federal energy management program) 在數(shù)據(jù)中心能效標(biāo)準(zhǔn)上 的工作，美國環(huán)保部和能源部共同發(fā)起 了“國 家 數(shù) 據(jù)中心能效信息項(xiàng)目”。2010 年 1 月，在“國家數(shù)據(jù)中心能效信息項(xiàng)目” 框架下

7、，8 個(gè)領(lǐng)先的數(shù)據(jù)中心專業(yè)協(xié)會在美國華盛 頓召開了數(shù)據(jù)中心能效評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的會議，希望能夠 共同制訂數(shù)據(jù)中心能效評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，以便推動(dòng)提高數(shù) 據(jù)中心能 效，減 少 能 源 消 耗。在 此 次 會 議 上，確 定 了數(shù)據(jù)中心能效標(biāo)準(zhǔn)的三大原則4，即1) pue 作為評價(jià)數(shù)據(jù)中心能效的基礎(chǔ)指標(biāo);2) 計(jì)算 pue 的時(shí)候，可以利用在 ups ( uninter- ruptible power supply) 輸出端測量的數(shù)據(jù); 鼓勵(lì)逐漸采 用更加科學(xué)的方法，在 it 設(shè)備處直接采集能耗數(shù)據(jù);3) pue 計(jì)算時(shí)的能耗應(yīng)當(dāng)包括數(shù)據(jù)中心使 用 的各種能源，以 及 各 種 耗 能 設(shè) 施，包 括 it 設(shè) 施、

8、制 冷、照明以及其他基礎(chǔ)設(shè)施。在以上原則之外，本項(xiàng)目還提出了如何測量專用數(shù)據(jù)中心和多用途數(shù)據(jù)中心 pue 值的方法5。不僅如此，“國家數(shù)據(jù)中心能效信息項(xiàng)目”還致 力于推動(dòng)國家間數(shù)據(jù)中心能效標(biāo)準(zhǔn)合作。從 2010 年 2 月開始，項(xiàng)目定期召開會議，邀請來自美國、歐 洲和日本的數(shù)據(jù)中心專家，以協(xié)調(diào)統(tǒng)一數(shù)據(jù)中心能 效評價(jià)指標(biāo)集合和 pue 測量方法，共同開發(fā)更合理 的能效評價(jià)指標(biāo)6。在以上標(biāo)準(zhǔn)化工作的基礎(chǔ)上，美國能源部與勞倫 斯伯克利實(shí)驗(yàn)室合作開展能效工程師的培訓(xùn)和認(rèn)證 工作，成立數(shù)據(jù)中心能源實(shí)踐者項(xiàng)目( data center en- ergy practitioner，dcep) 。項(xiàng)目的目的是

9、培養(yǎng)數(shù)據(jù)中 心能效專家。2011 年，項(xiàng)目計(jì)劃培養(yǎng)至少 200 個(gè)能效 工程師，獲證工程師必須通過考試，并且每 3 年重新 認(rèn)證一次。通過該項(xiàng)目的人員必須具有以下能力。1) 能夠識別和評估數(shù)據(jù)中心提高能效的機(jī)會;2) 熟 練 應(yīng) 用 doe 的 數(shù) 據(jù) 中心能效管理軟件 工具;3) 發(fā)現(xiàn)電 力 系 統(tǒng)、供 熱 通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)、信 息 技術(shù)管理以及現(xiàn)場發(fā)電;4) 數(shù)據(jù)中心能效評估。1 3 歐盟數(shù)據(jù)中心行為規(guī)范歐盟在氣候變化立法方面是全球的領(lǐng)導(dǎo)者，大 型的碳排放設(shè)施已經(jīng)被碳排放 限值和貿(mào)易規(guī)則所 限制，例如，英國已經(jīng)將氣候變化制訂成正式法規(guī)。 據(jù)統(tǒng)計(jì)，數(shù)據(jù)中心能耗 占到英國電力使用的 3% 。 而

10、英國政府要求到 2050 年，全國溫室氣體排放減少80% 。因此，提高數(shù)據(jù)中心能效已經(jīng)成為歐盟國家 緊迫的任務(wù)。歐盟數(shù)據(jù)中心行為規(guī)范7 是在歐盟主導(dǎo)下，由 包括英國計(jì)算機(jī)協(xié)會、amd、apc、dell、fujitsu、gart-ner、hp、ibm、intel 等公司共同發(fā)起以提高數(shù)據(jù)中心能效為目 的 項(xiàng) 目。歐盟數(shù)據(jù)中心行為規(guī)范項(xiàng)目主 要針對小型數(shù)據(jù)中心開發(fā)出減 少整體能耗和碳排 放的解決方案，要求遵循行為規(guī)范的數(shù)據(jù)中心必須 實(shí)施節(jié)能最 佳 實(shí) 踐 方 案、滿 足 采 購 標(biāo) 準(zhǔn)，同 時(shí) 每 年報(bào)告能耗8。對于數(shù)據(jù)中心的設(shè)備提供商，為了符 合行為規(guī)范，需要開發(fā)和使用高能效的服務(wù)器和低功耗的

11、cpu，從 而 保 證 在降低能耗的情況 下，具有 相同的處理能力。項(xiàng)目鼓勵(lì)必須采用軟件，特別是 虛擬化的方法來管理能耗、提高服務(wù)器的使用率。1 4 新加坡綠色數(shù)據(jù)中心標(biāo)準(zhǔn)2011 年 3 月，新加坡政府發(fā)布 了“新 加 坡 綠 色 數(shù)據(jù)中心 標(biāo) 準(zhǔn)能源與環(huán)境管理系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn) ”，這 個(gè) 標(biāo)準(zhǔn)基于正在研制的國 際能源管理標(biāo)準(zhǔn) iso50001，由新加 坡 國 家 標(biāo) 準(zhǔn) 化 局 spring 和 新 加 坡信息通 信 發(fā) 展 局 共 同 開 發(fā)。在標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布的聲明 中，新加坡政府指出，調(diào)查顯示新加坡最大的 10 個(gè) 數(shù)據(jù)中心的耗電量相當(dāng)于 13 萬家庭用戶的用電量， 而且據(jù) broadgroup 預(yù)

12、測，從 2010 年到 2015 年，新加 坡的數(shù)據(jù)中心數(shù)量將 會 增 長 50% 。而 本 標(biāo) 準(zhǔn) 將 有 利于緩解數(shù)據(jù)中心增長帶來的用電壓力9。2 國際標(biāo)準(zhǔn)化組織數(shù)據(jù)中心能效標(biāo)準(zhǔn) 協(xié)調(diào)項(xiàng)目2 1 iso / iec jtc1 數(shù)據(jù)中心能效研究組2009 年 10 月，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織 iso / iec jtc1成立了數(shù) 據(jù) 中 心 能 效 研 究 組 ( jtc1 study group on 11 專題策劃energy efficiency of data centers，sg-eedc ) ，研 究 數(shù)據(jù)中心能效 的 市 場需求，并推動(dòng)相關(guān)的討 論，為在 jtc1 中成立相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)工作

13、組提供 基 礎(chǔ) 材 料。研 究組的目標(biāo)如下10:1) 開發(fā)數(shù)據(jù)中心能效相關(guān)的數(shù)據(jù)與定義;2) 開發(fā)評價(jià)數(shù)據(jù)中心能效并得到廣 泛 認(rèn) 可 的 技術(shù)指標(biāo);3) 開發(fā)最佳實(shí)踐數(shù)據(jù)庫;4) 開發(fā)針對數(shù)據(jù)中心的能源管理標(biāo)準(zhǔn)。目前 sg-eedc 已經(jīng)召開了多次會議，并已經(jīng)發(fā) 布了相關(guān)研究成果。鑒于 jtc1 在國際信息技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化方面的影響力，在 jtc1 的框架下統(tǒng)一全球的數(shù)據(jù)中心能效標(biāo)準(zhǔn)是一個(gè)可能而且可行的方式。2 2 國際電信聯(lián)盟國際電信聯(lián)盟( itu-t sg5 ) 是 itu 中從事信息 通信技術(shù)的電磁環(huán)境影響以及 與氣候變化的關(guān)系 的標(biāo)準(zhǔn)化 工 作 組。在數(shù)據(jù)中心能效和環(huán)境影響方 面，itu-

14、t sg5 致力于研究能效評價(jià)指標(biāo)、最佳實(shí)踐 和測量 方 法。作為一個(gè)國際標(biāo)準(zhǔn) 組 織，itu-t sg5 希望能夠把目前的標(biāo)準(zhǔn)化工作進(jìn)行統(tǒng)一。同時(shí)，在歐洲地區(qū)性標(biāo)準(zhǔn)化組織中也發(fā)起了綠 色數(shù)據(jù) 中 心 協(xié) 調(diào) 項(xiàng) 目 工 作，例 如 cen / cenelec / etsi 綠色數(shù)據(jù)中心協(xié)調(diào)工作組 ( coordination groupon green data centers，cen / cenelec / etsi cg- gdc) 。mm) ，涉及電源、制冷、計(jì)算、存儲和網(wǎng)絡(luò)等方面，幫助用戶評估當(dāng)前數(shù)據(jù)中心的能效和成熟度，并為下 一步提高能效，增強(qiáng)可持續(xù)性提供指導(dǎo)。為了加強(qiáng)與中國數(shù)據(jù)

15、中心設(shè)施廠商的聯(lián) 系，tgg 正在計(jì)劃建立中國辦公室。3 2 美國綠色建筑協(xié)會美國綠色 建 筑 協(xié) 會 ( u s green building coun- cil，usgbc) 是致力于倡導(dǎo)綠色建筑的企業(yè)協(xié)會，其 開發(fā)的 leed( leadership in energy and environmental design) 綠色建筑認(rèn)證已經(jīng)成為評估建筑節(jié)能的重 要指標(biāo)。2010 年 11 月，usgbc 發(fā) 布 了 名 稱 為建 筑設(shè)計(jì)與建設(shè)的新版 leed 評估系統(tǒng)草案，其中包 括了對于數(shù)據(jù)中心的能源管理的要求。雖然數(shù)據(jù)中心與普通建筑有很大的差異，業(yè)界 對于 usgbc 涉足數(shù)據(jù)中心也有

16、不同的 看 法，但 是 leed 認(rèn)證向數(shù)據(jù)中心的延伸將為數(shù)據(jù)中心節(jié)能帶來新的要求和挑戰(zhàn)。3 3 美國采暖、制冷與空調(diào)工程師學(xué)會美國采暖、制冷與空調(diào)工程師學(xué)會( american so- ciety of heating，refrigerating and air-conditioning engi- neers，ashrae) 是以促進(jìn)建筑加熱、通風(fēng)、空調(diào)和制 冷等方面科學(xué)技術(shù)的發(fā)展為目標(biāo)的國際組織。作為 技術(shù)專家，ashra 于 2011 年 2 月發(fā)布了“數(shù)據(jù)中心 綠色技巧”，提供了節(jié)能和節(jié)水戰(zhàn)略技巧，為數(shù)據(jù)中心 的運(yùn)營者、工程師和咨詢師提供幫助?！皵?shù)據(jù)中心綠 色技巧”雖然還不是標(biāo)準(zhǔn)，但

17、是為提供統(tǒng)一的工程、技 術(shù)規(guī)范、方法、過程和實(shí)踐提供很好的借鑒。3 4 歐洲 fit4green 組織作為歐盟第七框架計(jì)劃支持的項(xiàng)目，fit4green 組織倡導(dǎo)信息技術(shù)設(shè)備本身對能耗的敏感性，推動(dòng) 采用虛擬化、集群以及自動(dòng)化計(jì)劃提高數(shù)據(jù)中心的 靈活性，并提倡通過操作優(yōu)化提高數(shù)據(jù)中心能源效 率，同時(shí) 將環(huán)境影響作為 數(shù)據(jù)中心服務(wù)等級協(xié)議 ( service level agreements) 的重要指標(biāo)。3 企業(yè)聯(lián)盟數(shù)據(jù)中心能效標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目3 1 綠色網(wǎng)格組織在制訂數(shù)據(jù)中心能效標(biāo)準(zhǔn)方面，綠色網(wǎng)格組織 ( the green grid，tgg) 是一個(gè)最有影響的組織，很多 現(xiàn)存的標(biāo)準(zhǔn) 都 引 用 t

18、gg 開發(fā)出的技術(shù)指標(biāo)。tgg 是一個(gè)由信息技術(shù)設(shè)備廠商組成的、以提高數(shù)據(jù)中 心能效為目的的協(xié)會。到目前為止，tgg 已經(jīng)成功 地開發(fā)了包括 pue、數(shù)據(jù)中心架構(gòu)效率( data center infrastructure efficiency，dcie) 、碳利用效率 ( carbon usage effectiveness，cue) 和水利用效率( water usage effectiveness，wue) 等多個(gè)廣泛使用的與數(shù)據(jù)中心 相關(guān)的效率指標(biāo)，用以全方位支持?jǐn)?shù)據(jù)中心擁有者 評價(jià)和比較效率，并為提高效率提供技術(shù)方案。在建立指標(biāo)體系的基礎(chǔ)上，tgg 還開發(fā)了數(shù)據(jù) 中心 成 熟 度 模

19、 型 ( data center maturity model，dc-總結(jié)與建議以上概要介紹了國際上在數(shù)據(jù)中心能效標(biāo)準(zhǔn) 和法規(guī)制訂方面有一定影響的項(xiàng)目。目前在中國， 包括中國通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會、中國電子技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研 究所以及中國標(biāo)準(zhǔn)化研究院等 單位都已經(jīng)或正在 考慮開展相關(guān)的工作。4 12 digital communication /2012. 10專題策劃在云計(jì)算的時(shí)代，信息技術(shù)服務(wù)可以遍布世界的所有角落，支撐云計(jì)算的數(shù)據(jù)中心也可能分布在 世界上的不同國家，如果不同地區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)不 統(tǒng)一，數(shù)據(jù)中心的運(yùn)營者需要考慮遵循不同國家對 于數(shù)據(jù)中心能效的標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)，增加了運(yùn)營者的負(fù) 擔(dān)，影響云計(jì)算應(yīng)用

20、的推廣。相反，如果全球數(shù)據(jù)中心能效標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)能夠在 指標(biāo)和方法上更趨統(tǒng)一，這樣不僅可以方便數(shù)據(jù)中心 的運(yùn)營者更好地遵循法規(guī)，推動(dòng)基于云計(jì)算技術(shù)的信 息社會的進(jìn)一步發(fā)展，同時(shí)也可以保證提高能效技術(shù) 的廣泛共享和應(yīng)用，從而更好地促進(jìn)全球的節(jié)能減 排，減少信息社會發(fā)展對于氣候變化的影響。ficiencyeb / ol ( 2011-05-17) 2012-09-08 http: www energystar gov / ia / partners / prod _ development / downloads / data_center_metrics_task_force_recommen- d

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