利用基礎(chǔ)架構(gòu)轉(zhuǎn)型，實(shí)現(xiàn)綠色計(jì)算

侯淼,IBM全球副總裁、大中華區(qū)系統(tǒng)部總經(jīng)理

隨著AI、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等新興技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用,傳統(tǒng)行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型、產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的加速,作為核心底層基礎(chǔ)設(shè)施的數(shù)據(jù)中心數(shù)量正在迅速增長,在新基建的大背景下,預(yù)計(jì)企業(yè)的IT基礎(chǔ)設(shè)施投入和數(shù)據(jù)中心建設(shè)也會(huì)迎來新一波增長。中國電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究院的統(tǒng)計(jì)顯示,2019年中國數(shù)據(jù)中心數(shù)量約為7.4萬個(gè),約占全球數(shù)據(jù)中心總量的四分之一,而規(guī)劃在建的數(shù)據(jù)中心達(dá)到320個(gè),其中有36.1%為超大型和大型數(shù)據(jù)中心。

但數(shù)據(jù)中心能耗巨大,也在引發(fā)日益廣泛的關(guān)注。大多數(shù)數(shù)據(jù)中心能耗是典型商業(yè)寫字樓的10-50倍,2018年中國數(shù)據(jù)中心總用電量已經(jīng)超過上海市全社會(huì)用電量,國家和地方相關(guān)部門也出臺(tái)了眾多文件,對新建和擴(kuò)建數(shù)據(jù)中心能耗標(biāo)準(zhǔn)提出具體要求,有越來越多的企業(yè)更加重視數(shù)據(jù)中心和企業(yè)IT基礎(chǔ)設(shè)施的綠色發(fā)展。

從另一方面看,我們也迎來一個(gè)新的契機(jī),企業(yè)完全可以利用新基建帶來的數(shù)字化建設(shè)、基礎(chǔ)設(shè)施升級(jí)的機(jī)遇,加速自身基礎(chǔ)架構(gòu)的轉(zhuǎn)型,推進(jìn)綠色計(jì)算,在實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排、綠色合規(guī)的同時(shí),也能為企業(yè)自身降本增效,簡化IT管理,甚至有效支持業(yè)務(wù)創(chuàng)新,實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

綠色計(jì)算意味集約與可持續(xù)

綠色計(jì)算/綠色數(shù)據(jù)中心建設(shè)是一個(gè)系統(tǒng)工程,離不開軟硬件、供電系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)等全面的考量和設(shè)計(jì),各類企業(yè)都從自身優(yōu)勢出發(fā)做了很多嘗試,包括利用自然條件制冷等等。

我們認(rèn)為,集約、可持續(xù)的IT架構(gòu)更能實(shí)現(xiàn)綠色計(jì)算。企業(yè)可以依托科技創(chuàng)新,通過基礎(chǔ)設(shè)施的高性能、高密度部署,通過集約和整合的架構(gòu)來實(shí)現(xiàn)計(jì)算本身的“綠色”。

一是集約化。作為IT基礎(chǔ)設(shè)施核心組成部分的服務(wù)器、存儲(chǔ)等產(chǎn)品本身具備高密度計(jì)算能力和存儲(chǔ)能力,可以以一頂百、乃至以一頂千,以同樣的面積實(shí)現(xiàn)更密集的工作負(fù)載整合、更集約的數(shù)據(jù)中心,緩解機(jī)房空間、電力的壓力,實(shí)現(xiàn)能耗與碳排量的降低。

如果要用一個(gè)比喻的話,相比于動(dòng)輒成千上萬臺(tái)服務(wù)器的分布式計(jì)算架構(gòu),集約的計(jì)算架構(gòu)相當(dāng)于把一個(gè)平面的停車場變成了立體的停車樓,集約的計(jì)算帶來更少的空間和電力消耗,同時(shí)也可以大大減少運(yùn)維和管理的壓力。

二是可持續(xù)。不以短期效益犧牲長遠(yuǎn)利益。正如過去數(shù)年許多企業(yè)采用x86架構(gòu)的企業(yè),現(xiàn)在開始面臨x86及其配套設(shè)備數(shù)量劇增帶來的新問題和壓力,包括機(jī)房空間,配電用電,運(yùn)維管理復(fù)雜度的不斷提升等等,這些問題對IT架構(gòu)的可持續(xù)發(fā)展帶來了明顯的挑戰(zhàn)。

與之形成鮮明對比的是,采用高密度計(jì)算和存儲(chǔ)解決方案的大型銀行,在20多年時(shí)間里,在交易規(guī)模增長高達(dá)數(shù)十倍的情況下,依然無需增加服務(wù)器數(shù)量,無需增加機(jī)房占地空間和配電用電需求,始終保持精簡架構(gòu)簡化運(yùn)維,同時(shí)又有足夠的可擴(kuò)展處理能力應(yīng)對未來業(yè)務(wù)的進(jìn)一步增長。這種靈活的計(jì)算能力提供了一種靈活的方法來部署計(jì)算資源,可以讓各種規(guī)模的企業(yè)按需配置資源,也可以在需要的時(shí)候重新配置這些資源以滿足特定需求。

為什么選擇綠色計(jì)算?

具體而言,集約和可持續(xù)的綠色計(jì)算可以為企業(yè)帶來以下幾個(gè)方面的價(jià)值:

一是降低綜合成本,簡化IT管理。無論是大公司還是小公司,都在尋求簡化IT運(yùn)維和降低綜合成本的解決方案,在經(jīng)歷了新冠疫情影響之后,這種需求也更加迫切。將工作負(fù)載合并到更密集、集中的計(jì)算平臺(tái)上,是降本增效的有效方法,這樣不僅可以直接減少包括內(nèi)核許可在內(nèi)的軟件成本,也能降低許多隱形的間接成本。

調(diào)查顯示,在政府、金融、保險(xiǎn)和銀行等行業(yè),軟硬件和存儲(chǔ)成本之外的間接成本,甚至可以占到IT部門總成本的一半。當(dāng)數(shù)百臺(tái)服務(wù)器變成幾臺(tái)服務(wù)器,機(jī)房或數(shù)據(jù)中心樓面空間成本、電力需求隨之也會(huì)大幅降低,軟硬件維護(hù)、網(wǎng)絡(luò)管理等運(yùn)維工作也可以大幅簡化。因此,企業(yè)整體運(yùn)營成本也將大幅降低。

二是綠色合規(guī),承擔(dān)環(huán)保責(zé)任。為控制不斷增長的數(shù)據(jù)中心能耗,國家和地方已經(jīng)出臺(tái)了眾多政策文件,提出更具體的能耗要求,比如去年2月出臺(tái)的《關(guān)于加強(qiáng)綠色數(shù)據(jù)中心建設(shè)的指導(dǎo)意見》要求在2020年數(shù)據(jù)中心能源使用效率(PUE)基本達(dá)到1.4以下,上海市甚至要求新建數(shù)據(jù)中心達(dá)到1.3以下。

而市場研究機(jī)構(gòu)IDC發(fā)布的《2019中國企業(yè)綠色計(jì)算與可持續(xù)發(fā)展研究報(bào)告》顯示,目前85%的企業(yè)數(shù)據(jù)中心的能源使用效率還在1.5-2.0之間。合規(guī)的企業(yè)少之又少。

采用更集約的綠色計(jì)算意味著,同樣的工作負(fù)載只需要更少的服務(wù)器和配套軟件、網(wǎng)絡(luò)支撐,由此提升機(jī)房和數(shù)據(jù)中心PUE,減少計(jì)算碳足跡,實(shí)現(xiàn)合規(guī)的同時(shí),也承擔(dān)了企業(yè)應(yīng)有的環(huán)保責(zé)任。

三是支持業(yè)務(wù)創(chuàng)新。采用高性能、高密度、高資源利用率的架構(gòu),可以支持企業(yè)在現(xiàn)有架構(gòu)的基礎(chǔ)上靈活擴(kuò)展,充分利用服務(wù)器的資源,因此最大程度上支持業(yè)務(wù)快速創(chuàng)新。

尤其是有些傳統(tǒng)企業(yè),可以同時(shí)兼顧既有資產(chǎn)和未來創(chuàng)新。這些企業(yè)可以將原有服務(wù)器上的資產(chǎn)快速分裝,通過API等方式,提供給前端應(yīng)用。而且企業(yè)也可以通過在支持紅帽O(jiān)penShift平臺(tái)的主機(jī)上直接運(yùn)行云原生應(yīng)用,將大量新技術(shù)引入主機(jī),跨云隨時(shí)隨地開發(fā)與部署新的應(yīng)用,提供新的服務(wù),并實(shí)現(xiàn)一致的管理、編排和自動(dòng)化,從而快速響應(yīng)市場要求和展開業(yè)務(wù)創(chuàng)新。

如何實(shí)現(xiàn)綠色計(jì)算?

綠色數(shù)據(jù)中心的設(shè)計(jì)旨在解決影響碳排放的所有因素,其中涵蓋IT硬件、供暖、通風(fēng)和空調(diào)設(shè)備到其物理布局和構(gòu)造等方方面面。針對于此,我們有一些具體的建議。

·選擇高效的軟硬件產(chǎn)品。企業(yè)可以選擇本身需要較少物理系統(tǒng)、比較節(jié)能的服務(wù)器硬件和系統(tǒng),同時(shí)選擇能夠充分利用系統(tǒng)資源的軟件,這類軟件僅在必要的共享需求下(比如云計(jì)算)時(shí)啟用虛擬化來利用目標(biāo)資源,也可以減少不必要的數(shù)據(jù)傳輸和算力轉(zhuǎn)移。

·采用穩(wěn)敏兼?zhèn)涞募s架構(gòu)。這樣的架構(gòu)可以在每個(gè)系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)高計(jì)算性能、高資源利用率和高存儲(chǔ)密度,以減少服務(wù)器擴(kuò)展需求。通過高密部署,實(shí)現(xiàn)資源的充分復(fù)用,帶來更高的投資回報(bào)率,并幫助大幅優(yōu)化整個(gè)技術(shù)堆棧各個(gè)層面的綜合成本。

·保持系統(tǒng)更新到最新一代,因?yàn)閱挝还ぷ髫?fù)載的低能耗通常是通過技術(shù)進(jìn)步實(shí)現(xiàn)的。更新一代的產(chǎn)品往往配備更先進(jìn)的技術(shù),比如IBM最新發(fā)布的z15提供智能配電單元(IntelligentPowerDistributionUnit,iPDU),可以進(jìn)一步降低輻射冷卻系統(tǒng)的功耗。與z14相比,部署在新的IBMz15服務(wù)器上可以減少14%的能源消耗;從z13更新到z15,能源成本可以降低51%。

·采用減少制冷能耗的數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)。冷卻是僅次于IT負(fù)載之外的最大的耗電來源,這也是很多企業(yè)想方設(shè)法減少制冷成本的原因。IBM也建議企業(yè)在數(shù)據(jù)中心的設(shè)計(jì)上采用一些特別的設(shè)計(jì),比如采用冷熱流分離,提升冷卻系統(tǒng)效率;對數(shù)據(jù)中心熱能變化進(jìn)行監(jiān)測,在保障制冷效率的情況下,盡量提高機(jī)房溫度,以減少能源消耗等等。

可以來看一個(gè)具體的例子,為了遵守荷蘭最高法院做出的一項(xiàng)決議,即到2020年底將溫室氣體排放在1990年水平上減少25%,當(dāng)?shù)匾患艺畽C(jī)構(gòu)用IBMLinuxONE替換了其IT基礎(chǔ)設(shè)施中的部分x86服務(wù)器。通過將其Linux應(yīng)用程序從47臺(tái)x86刀片服務(wù)器遷移到一臺(tái)LinuxONE的11個(gè)IFL(IntegratedFacilityforLinux)處理器上,該組織的能源消耗預(yù)計(jì)將減少80%,從而在五年內(nèi)減少946公噸的二氧化碳排放。

在亞太地區(qū),一家大型保險(xiǎn)公司正在經(jīng)歷IT支出快速增長的挑戰(zhàn)。隨著其x86數(shù)據(jù)中心的發(fā)展,物理空間費(fèi)用和硬件成本水漲船高,能源賬單快速飆升,IT員工也愈發(fā)難以應(yīng)對服務(wù)器管理的復(fù)雜性。這家公司啟動(dòng)了對其當(dāng)前業(yè)務(wù)的評估,想要尋找一種更有效的擴(kuò)展方式,以支持持續(xù)增長的新工作負(fù)載。

分析發(fā)現(xiàn),如果將其運(yùn)行在55個(gè)x86服務(wù)器上的工作負(fù)載合并到一個(gè)IBMLinuxONE系統(tǒng)中,可以減少86%機(jī)房建筑面積,同時(shí)每年的能源消耗也能減少62%。這樣,這家企業(yè)就可以通過更密集的工作負(fù)載整合、更小的數(shù)據(jù)中心和更簡單的員工管理來應(yīng)對快速增長的挑戰(zhàn)。

IT架構(gòu)的發(fā)展是一個(gè)交替演進(jìn)的歷史。過去十多年時(shí)間,x86架構(gòu)為IT建設(shè)的發(fā)展起到了很大的作用。隨著數(shù)字化轉(zhuǎn)型的推進(jìn),這種單純依靠橫向擴(kuò)展的模式給企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展帶來越來越大的壓力。高密度部署可以做到“以一頂百”,提高投資回報(bào)率,優(yōu)化綜合成本,不僅有助于實(shí)現(xiàn)綠色計(jì)算,還能幫助更多企業(yè)以更為可持續(xù)、更低風(fēng)險(xiǎn)的方式實(shí)現(xiàn)IT架構(gòu)的穩(wěn)健轉(zhuǎn)型。