今日，“TGG(中國)2016年高峰論壇”在京召開，TGG(中國)理事長，微軟-數(shù)據(jù)中心戰(zhàn)略規(guī)劃-首席基礎(chǔ)設(shè)施工程師汪剛博士在會上做主題為“美國數(shù)據(jù)中心能耗——綠色的進(jìn)步和挑戰(zhàn)”的演講。以下是演講實(shí)錄：
今天和大家分享一個(gè)信息，美國能源部今年發(fā)布的一個(gè)對美國數(shù)據(jù)中心行業(yè)能耗進(jìn)行全面評測和進(jìn)行分析，回顧了過去也對將來做了一個(gè)展望。大家可以看到數(shù)據(jù)中心第一耗電量非常大，第二我們已經(jīng)做了很多的努力，把數(shù)據(jù)中心的能耗控制在了一個(gè)可持續(xù)性的范圍之內(nèi)。當(dāng)然如果大家看一個(gè)絕對的數(shù)值，這個(gè)數(shù)值還是很大的。
TGG(中國)理事長，微軟-數(shù)據(jù)中心戰(zhàn)略規(guī)劃-首席基礎(chǔ)設(shè)施工程師，汪剛博士
在2006年的時(shí)候，美國也做了一個(gè)同樣的全國性的評測，把數(shù)據(jù)中心整個(gè)的能耗做了一個(gè)評測，2006年全年用于數(shù)據(jù)中心的電耗是610億度電。在那個(gè)時(shí)間段他做了一個(gè)預(yù)測，如果說按照現(xiàn)在這樣的發(fā)展趨勢，十年以后會是怎么樣，如果說我在技術(shù)上進(jìn)行改進(jìn)以后又是怎么樣。右邊的虛線是在各種場景下，他在預(yù)測說今后會是怎么樣的，已經(jīng)過了十年了，我們來看看現(xiàn)在又是怎么樣的。這十年中發(fā)生了什么樣的變化，我們目前所經(jīng)歷的又是什么樣的，這些數(shù)字是什么，90%，我們現(xiàn)在仍為所有數(shù)據(jù)的90%是在兩年之內(nèi)積累的，從人類有記錄開始到2014年，只不過是我們所有數(shù)據(jù)量的10%。0.5%是我們現(xiàn)在所收集的所有的數(shù)據(jù)里面，只有0.5%我們進(jìn)行了初步的分析，如果把這0.5%增加到1%或者10%，我們需要的計(jì)算量需要增加多少，我們需要的數(shù)據(jù)中心又是多少，我們需要的能耗又會是多少。谷歌搜索，每秒鐘全球谷歌搜索55000條，如果你在谷歌搜索里面打進(jìn)去，我們現(xiàn)在所有的數(shù)據(jù)量有多少，它在0.4秒鐘之內(nèi)可以給你回復(fù)出11億條信息，速度之快，搜索的范圍之廣，這里面的計(jì)算量、存儲量、數(shù)據(jù)中心數(shù)量、功耗能耗，大家可想而知。每天我們?nèi)蛩a(chǎn)生的郵件，每秒鐘250萬條，4億是什么，如果說現(xiàn)在大家都在講的很熱鬧的東西IoT物聯(lián)網(wǎng)，如果說預(yù)測到2020年，按照目前的設(shè)想，我們所有的物聯(lián)網(wǎng)，把物聯(lián)網(wǎng)所采集到的數(shù)據(jù)，需要進(jìn)行我們所預(yù)想到的可以分析的手段，全球需要4億臺服務(wù)器，4億臺服務(wù)器很粗略估算一下，就是1萬億度電，剛才看到2006年是610億度電，到了那個(gè)時(shí)候，你需要1萬億度電，我們整個(gè)的供電，我們整個(gè)的能源是不是能夠支撐這樣一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)的需求，所以面對整個(gè)行業(yè)的挑戰(zhàn)是非常巨大的。云計(jì)算的發(fā)展，公有云整個(gè)全年的大家花費(fèi)在上面的費(fèi)用，五年之內(nèi)會增加一倍多。這個(gè)就給大家一個(gè)概念，數(shù)據(jù)中心從2006年在美國的數(shù)據(jù)中心作為一個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)，我們已經(jīng)經(jīng)歷了十年了，我們還要往前走，我們所面臨的挑戰(zhàn)是非常巨大的。
今年出版了第二次美國能源部對全美的數(shù)據(jù)中心行業(yè)能耗的分析，拿2014年做一個(gè)截止點(diǎn)，2006年是610億度電，2014年是700億度電，這個(gè)增長，剛才講到我們需求的增長非�？�，但是數(shù)據(jù)中心的能耗在美國這樣一個(gè)地域范圍里面增長是相當(dāng)有限，增長的幅度大家可以看一下，從2000年到2006年增長90%，然后慢慢減緩，最近從2010年到2014年只增長了4%，我們預(yù)計(jì)在今后的四年時(shí)間我們還能保持在4%的增長，是根據(jù)我們對需求的預(yù)測以及我們所能夠采用的技術(shù)，當(dāng)然這個(gè)路還是很長，現(xiàn)在整個(gè)IT行業(yè)的發(fā)展變化的速度很快，這個(gè)里面有很多的不確定因素，所以我們不能滿足于數(shù)據(jù)中心能耗只增長4%。怎么樣才能夠讓我們從原來的610億度電到今天這樣700億度，再按照4%的增長，需要各個(gè)技術(shù)領(lǐng)域、各個(gè)層面有創(chuàng)新，需要有節(jié)能的措施。大家可以看到各種各樣的虛線代表了不同的場景下你的技術(shù)的革新步伐有多快，服務(wù)器也好，網(wǎng)絡(luò)也好，基礎(chǔ)設(shè)施也好，都會有不同的變化。如果我們對未來預(yù)測基本準(zhǔn)確，也許我們會按4%的增長率到全美數(shù)據(jù)中心總能耗700億度電，如果說按照最理想的節(jié)能技術(shù)發(fā)展的情況，我們是有可能把能耗控制在更低的水準(zhǔn)。
講回到PUE，這個(gè)報(bào)告里說了，PUE在不同的數(shù)據(jù)中心規(guī)模里會是怎樣的情況，超大規(guī)模的數(shù)據(jù)中心的PUE明顯要比企業(yè)級的或者其他的數(shù)據(jù)中心要高一籌，比如網(wǎng)上的公開信息表示微軟、谷歌，F(xiàn)acebook的PUE都達(dá)到了1.07、1.06這樣的水平。從服務(wù)器占比，在企業(yè)級數(shù)據(jù)中心還是超大規(guī)模的數(shù)據(jù)中心里面，這個(gè)占比大家可以看到，到2020年，在超大規(guī)模的數(shù)據(jù)中心里面的服務(wù)器的占比相當(dāng)高。剛才講到的4%的發(fā)展也是考慮到對云計(jì)算這樣一個(gè)大環(huán)境下，服務(wù)器巨大的IT設(shè)備的數(shù)量都是在超大數(shù)據(jù)中心里，超大數(shù)據(jù)中心又是能夠達(dá)到1.2或者更低的PUE，所以說這個(gè)耗量量的增長是根據(jù)這樣的預(yù)測來推出。
能耗數(shù)據(jù)分析，如果你把服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)、儲存和基礎(chǔ)設(shè)施分一下，大家可以看到在過去2000年的時(shí)候，PUE平均是1.9，到了2020年，全美國的平均值差不多在1.3左右。這個(gè)大家已經(jīng)很熟悉，在基礎(chǔ)設(shè)施上，特別是在冷卻和供電這個(gè)部分，我們到底采用了一些什么樣的措施，可以讓我們的PUE降低，這個(gè)是不同的階段我們所采用不同的技術(shù)手段來把我們的數(shù)據(jù)中心的能耗壓到最低。
接下來看一下PUE驅(qū)動微軟怎么把效率來提高，大家可以看到演變的過程。PUE概念非常簡單，大家可能因?yàn)橹v得太多，聽得太多，把PUE最初的初衷是什么，可能很多人已經(jīng)模糊了。綠色網(wǎng)格第一次提出PUE的時(shí)候，明確提出PUE使用的一個(gè)要點(diǎn)，那就是不要把一個(gè)企業(yè)的數(shù)據(jù)中心的PUE和另外一個(gè)企業(yè)的數(shù)據(jù)中心PUE進(jìn)行比較。PUE是為一個(gè)企業(yè)做自我衡量評估，你自己作為一個(gè)企業(yè)，我來衡量一下我自己的數(shù)據(jù)中心今天的基準(zhǔn)線在哪里，然后采取了提高數(shù)據(jù)中心能效的一些措施，明年、后年，五年以后我再來平衡一下，看看我的PUE是不是降低了。
數(shù)據(jù)中心是為了支撐行業(yè)企業(yè)的商業(yè)行為，一家銀行的數(shù)據(jù)中心跟互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心完全沒有可比性，或者說你一家建在挪威的數(shù)據(jù)中心跟一家建在新加坡的數(shù)據(jù)中心，也沒有可比性，因?yàn)榈赜虿灰粯�，氣候環(huán)境不一樣，或者說商務(wù)用途不一樣，所以這個(gè)比是沒有意義的。
整個(gè)行業(yè)可以說谷歌是走在最前面的，這邊花俏的圖是用AI管理PUE的結(jié)果，他在做什么，把所有和PUE相關(guān)的東西包括軟件的運(yùn)行，包括地域環(huán)境，包括外界氣候，包括你采用的制冷，供電配電的方法，做一個(gè)這樣機(jī)器學(xué)習(xí)的過程。因?yàn)樗能浖�、他的搜索，他的工作�?fù)荷可以從一個(gè)地區(qū)轉(zhuǎn)到另外一個(gè)地區(qū)，比如這個(gè)地區(qū)今天特別熱，他就可以自動把這一部分的工作量轉(zhuǎn)到另外一個(gè)區(qū)域去，就不用在這個(gè)區(qū)域里面打開機(jī)械制冷，就可以使用另外一個(gè)區(qū)域的自然制冷，從而把PUE控制在最低。右邊這個(gè)圖，藍(lán)線是模型所預(yù)測的，如果說這樣做了以后PUE會怎么樣，黃線是實(shí)測的PUE數(shù)字。如果說你是一個(gè)企業(yè)，你是一個(gè)銀行，你能做到這樣嗎，你有多少個(gè)數(shù)據(jù)中心可以這樣來切換，你的速度能趕上嗎。谷歌可以做的你不一定可以做，但是谷歌給大家提供了一個(gè)這樣的概念，讓機(jī)器學(xué)習(xí)來看你為了滿足你的商務(wù)需求的情況下，你有什么可以做，怎么樣利用現(xiàn)在最新的技術(shù)，AI也好，或者其他的冷卻技術(shù)也好，怎么在你的大框架下怎么樣達(dá)到最有效的利用能耗。
這個(gè)是Facebook，上面1.06是實(shí)時(shí)的PUE，下面1.09是全年平均的PUE。對Facebook很有意義，今天1.06，明天如果說到了1.1的話，可以看一下到底是什么原因造成的，是外界的氣溫升高了還是由于其他的原因。這個(gè)是對他有直接的影響。
大家一直在講PUE，左邊是2007年美國能源部的一個(gè)報(bào)告，PUE提到了10次，今年提到了50次。雖然大家都知道PUE是一個(gè)不完善的提法，有很多缺陷或者說應(yīng)用上如果應(yīng)用不當(dāng)會有誤導(dǎo)，但是總體來說是需要我們的用戶對PUE有一個(gè)深刻的理解，怎么樣有效的使用它，來幫助我們提高能效。
革命尚未成功，綠色尚未成功，任重道遠(yuǎn)，未來幾年大家可以猜測一下云計(jì)算會是怎么樣的情況，但是我估計(jì)沒有人能夠明確說今后會是怎么樣，這個(gè)技術(shù)發(fā)展實(shí)在太大。我們作為一個(gè)行業(yè)里面大家對綠色關(guān)心的這樣一群同行，怎么樣來想辦法把這個(gè)工作做好，不能完全依賴以前成功的經(jīng)驗(yàn)，要往前看。
一開始的時(shí)候我講到，PUE這樣一個(gè)東西或者說能效這樣一個(gè)成果，像一棵樹上結(jié)的果子，這個(gè)果子在比較低的地方容易被人踩掉的地方，已經(jīng)踩得差不多了，接下來的任務(wù)很艱難。今年我們綠色網(wǎng)格在全球論壇上，有一個(gè)白皮書，在歐盟地區(qū)他做了一個(gè)測試，他挑選了幾百家企業(yè)，對他們進(jìn)行詢問，說你們企業(yè)有沒有把數(shù)據(jù)中心節(jié)能作為一個(gè)任務(wù)或考核指標(biāo)，50%被詢問企業(yè)回答說“沒有”，這是一個(gè)巨大的數(shù)字。就問了，節(jié)能對環(huán)境有好處，第二對你的企業(yè)，可以省錢為什么他們對節(jié)能不感興趣？這就讓我們綠色網(wǎng)格對這個(gè)做了一個(gè)深深的反省。第一，大家要想到，一個(gè)企業(yè)建造一個(gè)數(shù)據(jù)中心，目的是什么，他的目的不是為了節(jié)能，沒有一個(gè)企業(yè)說我去建造一個(gè)數(shù)據(jù)中心是為了節(jié)能，建造數(shù)據(jù)中心是為了支撐企業(yè)的業(yè)務(wù)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析也好，做財(cái)務(wù)報(bào)表也好。讓數(shù)據(jù)中心負(fù)責(zé)人晚上睡不著覺的是什么，數(shù)據(jù)中心的安全，有沒有擴(kuò)容能力，我明天要增加10個(gè)機(jī)柜，我這個(gè)數(shù)據(jù)中心里面供電夠不夠，供冷夠不夠，可持續(xù)性、省電也是一個(gè)很重要的東西，大家同意這個(gè)觀點(diǎn)，這個(gè)省電肯定不是最高的要求，你不會因?yàn)闆]有省電而被你老板干掉，這是一個(gè)很現(xiàn)實(shí)的問題。怎么樣把企業(yè)對數(shù)據(jù)中心真正關(guān)注的東西，我們把它跟節(jié)能聯(lián)合起來，只有這樣聯(lián)合起來，我們作為綠色網(wǎng)格，我們的宗旨就是要節(jié)能，在數(shù)據(jù)中心里面怎么樣把所有資源的利用率提高到最好，我們要做的就是怎么樣來把數(shù)據(jù)中心最關(guān)心的事跟節(jié)能聯(lián)合起來。
這個(gè)是綠色網(wǎng)格最近發(fā)表的一篇白皮書，等一下張粲總會跟大家做一個(gè)更詳細(xì)的介紹。這里簡單說一下，以前我們要提高PUE，今天的PUE我們是在1.5，明天到了1.4，那我們就成功了。這個(gè)是什么意思，它給你一個(gè)方法論，如果說我對我的數(shù)據(jù)中心進(jìn)行一定的改造，讓它的能效提高了，PUE從1.6，如果說我換了一個(gè)制冷設(shè)備，或者說利用了外面的新風(fēng)，或者水側(cè)自然冷卻，我預(yù)計(jì)我的PUE降低了。在降低的同時(shí)，我是不是影響其他兩個(gè)維度呢，對我的擴(kuò)容性有沒有影響，這是一個(gè)更全面的。我們有銀行，或者大家跟金融行業(yè)打過交道的，就很清楚，你幫我省錢沒用，你怎么幫助我提高我的可用性、在線率、可擴(kuò)容性，如果能把這幾個(gè)問題解決，再來談能效，他就愿意來接受這個(gè)談法。這個(gè)方法論給大家提出的是怎么樣來把一個(gè)數(shù)據(jù)中心跟制冷相關(guān)的東西，怎么樣來全面衡量，或者說我要提高在線率，在線率提高以后我對PUE的影響是什么，在我執(zhí)行之前需要有一個(gè)概念，我是把PUE變高了還是變低了，這個(gè)工具給大家提供這樣一個(gè)方法論，對數(shù)據(jù)中心牽涉到冷卻的做一個(gè)全面的評估。第一，你可以說我的基線在哪，第二，我今后如果說做某些方面的改進(jìn)也好，或者說機(jī)柜增加也好，對這三個(gè)維度的影響是什么，而不是說盲目對機(jī)房加了設(shè)備、減了設(shè)備或者進(jìn)行一些改進(jìn)，這樣我們對整個(gè)的數(shù)據(jù)中心綜合性的評估，最終可以讓我們PUE的值變得更低。
剛才講了，一開始我們的關(guān)注點(diǎn)就是PUE，剛才一個(gè)三角，把運(yùn)維這方面的東西也引進(jìn)來。還一個(gè)基礎(chǔ)設(shè)施，基礎(chǔ)設(shè)施里面大家所熟悉的，比如說在講到數(shù)據(jù)中心的等級，是一級的二級的三級的四級的，所謂講到四級，我們現(xiàn)在只是講四級，而不是說在線率是四個(gè)9還是五個(gè)9。其實(shí)真正要講的是我這個(gè)數(shù)據(jù)中心建造的時(shí)候需要它的在線率是多少，在線率是目的，這么實(shí)施是手段。由于數(shù)據(jù)中心等級已經(jīng)使用了很長時(shí)間，從90年代就開始的東西，我們已經(jīng)本末倒置了，我們不說目的而只說手段了。應(yīng)該換位思考，其實(shí)我要的是五個(gè)9還是六個(gè)9還是四個(gè)9，至于我用什么樣的手段并不重要，可以用的手段很多。一個(gè)數(shù)據(jù)中心，把手段和目的等同起來，現(xiàn)在有很多新的技術(shù)，太陽能也好，風(fēng)能也好，燃料電池也好，自然冷卻也好，各個(gè)方面的技術(shù)，我們沒有辦法用現(xiàn)有的等級標(biāo)準(zhǔn)對我們的數(shù)據(jù)中心做一個(gè)在線率的評判，它沒有辦法做。綠色網(wǎng)格現(xiàn)在做一個(gè)OSDA，開放性的開放標(biāo)準(zhǔn)，就是說要把數(shù)據(jù)中心的在線率變成一個(gè)公開的平臺，給你提供一個(gè)工具，比如我要用燃料電池了，我把燃料電池相關(guān)的數(shù)據(jù)輸入進(jìn)去，最后輸出是幾個(gè)9，或者這幾個(gè)9跟我數(shù)據(jù)中心的能效有什么關(guān)系，對數(shù)據(jù)中心做一個(gè)綜合的評估，而不是單獨(dú)的說我的供電是到了多少。
OSDA的一個(gè)目的是怎么樣來推動這個(gè)行業(yè)大膽的創(chuàng)新，大膽的采用新技術(shù)，而不是很盲目的。你要去采用新技術(shù)，你對你的領(lǐng)導(dǎo)說，我要采用這個(gè)新技術(shù)，領(lǐng)導(dǎo)說你這個(gè)是uptime幾級，uptime沒有辦法評，領(lǐng)導(dǎo)肯定不讓你做，所以說這個(gè)就是對新技術(shù)的開發(fā)、新技術(shù)的應(yīng)用變成一個(gè)障礙，我們就是要把障礙給去掉。
這是一個(gè)很簡單的，用燃料電池雙路供電，做一個(gè)小小的修改，整個(gè)數(shù)據(jù)中心供電這一塊從五個(gè)9變到了六個(gè)9，在這之前我們是沒有辦法做這個(gè)事。
我們現(xiàn)在在做白皮書也好，在做一個(gè)工具也好，這是一個(gè)很初步的時(shí)間線。我們非常希望大家來積極參與，如果您對這方面有興趣，不要等到游戲規(guī)則出來了我來接受這個(gè)游戲規(guī)則，如果說您的企業(yè)是一個(gè)很大的企業(yè)，有影響力的，您來加入制定游戲規(guī)則的行列，十把跟您企業(yè)有直接關(guān)系的產(chǎn)品也好、應(yīng)用也好，有直接關(guān)系的，把您關(guān)心的東西加入到這個(gè)里面。希望大家積極參與。
回到原來的話題，面臨的挑戰(zhàn)很多，如果說要考慮到2020年有4億臺服務(wù)器的話，我們該怎么辦，還有很多的路要走，希望我們大家共同努力，來讓我們這條線變得越來越平穩(wěn)或者降低。
謝謝大家。
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本文標(biāo)題：美國數(shù)據(jù)中心能耗——綠色的進(jìn)步和挑戰(zhàn)
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