隨著社會信息化水平的快速提升，政府以及經濟和社會領域的各個行業對信息系統的依賴程度越來越高，信息產業的能耗也越來越高。同時，近年來，計算設備和資源數量仍在持續快速增長，以滿足云計算、大數據等新興技術發展的需要，計算能耗以及IT產業對環境的影響日益突顯。以數據中心為例，其每年用電量可占到全社會用電量的1.8%左右，能源消耗巨大。因此，提升數據中心綠色發展水平，加快技術產品創新和應用，走高效、清潔、集約、循環的綠色發展道路，實現數據中心持續健康發展顯得尤為必要。以下就從IT系統、供配電系統、空調系統以及數據中心整體架構四個層面，分析計算過程中的節能技術。

1.動態電壓頻率調整。對于芯片的功耗，降低供電電壓是最有效的方法，但是降低電壓時，電路的翻轉速度將會降低，這意味著系統必須以較低的時鐘頻率運行，但是單純地降低工作頻率并不能降低能量消耗。因為對于一個給定任務，頻率和時間的乘積為定值，因此就出現了以同時降低供電電壓與時鐘頻率的方法降低功耗，這就是DVFS（動態電壓頻率調整）技術。

目前DVFS技術已經被主流處理器廠商推出的主流處理器支持。例如，英特爾推出的Speedstep和EIST技術；AMD推出的PowerNow技術和Cool&Quiet模式。

2.異構計算技術。計算單元可以分成通用計算單元（CPU）、專用計算單元（GPU/DSP）等，由一個或若干個通用計算單元加一個或若干個專用計算單元構建的系統就是異構計算系統，由兩者協同起來共同執行通用計算任務就是異構計算，目前在PC上最常見的組合就是CPU+GPU。CPU擅長處理不規則數據結構和不可預測的存取模式，計算通用性強，計算復雜度高，但計算性能一般。GPU擅長處理規則數據結構和可預測存取模式，如圖形處理計算，更適用于計算強度高、多并行的計算。異構計算APU的設計理念正是讓CPU和GPU完美合作，達到整體性能的最佳化，讓CPU的更多資源用于緩存，GPU的更多資源用于數據計算。CPU+GPU平臺是目前較成熟的異構平臺，除此之外還有CPU+MIC、CPU+FPGA等異構計算技術。目前英特爾、IBM都在進行異構計算開發，Face-book、微軟和百度等企業也通過異構計算來提升計算性能。

3.液冷服務器技術。液冷技術指的是將高比熱容的液體作為傳輸介質，液體傳熱冷卻技術。液冷技術由于成本問題，主要應用于高性能計算領域。目前常見的液冷服務器主要有三種，即沉浸式液冷服務器、冷板式液冷服務器、噴淋式液冷服務器。

目前，生產液冷服務器的廠商主要有中科曙光、華為、聯想、惠普、思科、3M、富士通等。據調研，液冷技術可以減少2/3容量的空調機設備投入，傳統風冷空調的高能耗問題，可以通過液冷服務器得到有效解決。

4.整機柜服務器技術。整機柜服務器是將原有機架+機器分離的架構進行融合，打包成為一個獨立的產品，以一個整機柜為最小顆粒度進行交付的服務器，其主要結構在于將原先單個服務器的電源和風扇整合為一體。

整機柜服務器的優勢主要體現在三個方面：一是在散熱方面，通過集中散熱，將每個服務器節點的散熱風扇移除，整合成一個散熱風扇墻，布局在整個機柜的后部，48個節點僅需18個風扇，數量減少93%以上，散熱功耗降低25%以上。

二是在電源方面，實行集中供電后，單個機柜僅需8個2400W電源模塊，即可滿足48個節點的供電，轉換效率高達94%，減少90%的電源數量，供電系統效率提升9%。

三是在空間利用方面，一個42U的標準機架，考慮交換機、散熱等必要外設，一般配置16臺1U服務器、一個42U的整機柜服務器，最低可保證32個節點部署密度，最多可布置80個節點，空間利用率可提升1~2倍。

5.市電直供+UPS/HVDC供電技術。幾十年來，為解決數據中心內IT設備的供電間斷和供電波動等電能質量問題，數據中心一直采用UPS+后備電池方案，這種方式在世界范圍內得到了廣泛應用。但實際項目中通常會根據不同可用性的需求，大量采用N+1或2N系統配置，因冗余度較高而導致實際負載率較低，直接導致了實際系統效率僅為80%~90%。

目前部分數據中心運營商開始嘗試采用1路市電+1路（AC）UPS同時供電的方案。隨著HVDC的逐步成熟，部分用戶也開始嘗試采用1路市電+1路HVDC同時供電的方案，這個方式將成為未來的發展趨勢。

6.背板空調制冷技術。背板空調由冷卻盤管、提供冷源的制冷機組和冷卻水系統三部分組成。首先，背板空調的冷卻盤管更貼近熱源，機柜內設備排風口的溫度更高，可通過提高冷熱溫差強化傳熱。其次，避免了局部熱點。背板空調由于緊挨著機柜，安裝在每個機柜的背面，可一對一地直接對局部熱點進行降溫，達到消除局部熱點的目的。最后，背板空調占用空間小，不需要放置空調，取消架空地板也節省了數據中心內部的空間。

7.氟泵雙循環空調系統技術。所謂的氟泵雙循環空調系統，是采用智能雙循環設計，在冬季或室外溫度較低時，利用制冷劑泵（氟泵）對制冷劑進行室外循環換熱，充分利用室外自然冷源；在夏季或室外溫度較高時，采用壓縮機對制冷劑進行壓縮循環換熱。此種智能雙循環設計能夠在全年一定時間內不必開啟壓縮機制冷，大大降低了空調能耗，也稱之為智能雙循環氟泵節能空調，依據其特點，簡稱為“氟泵空調”。雙冷源空調在北京地區的全年能效比AEER為7.37；普通空調運行壓縮機的全年能效比AEER為3.91；AEER計算滿負荷運行全年節能約46.9%，節能效果明顯。

來源: 人民郵電報

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總結

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