綠色數據中心建設是一項系統工程，隨著對數據中心能耗產生機制認識的逐步深入，針對數據中心能耗產生的各個單元，發展出一系列節能技術。本文分析了數
據中心能耗產生機理及對節能技術的需求，在此基礎上對各領域節能技術發展情況進行了綜述，并對綠色數據中心建設成功經驗進行了探討和總結。
一、引言
黨的二十大報告提出，要加快構建新發展格局，著力推動高質量發展，加快建設數字中國。作為支撐數字中國建設的關鍵基礎設施，應用先進節能技術建設綠色數據中心已成為必然趨勢。隨著對數據中心能耗產生機制認識的逐步深入，針對數據中心能耗產生的各個單元，發展出一系列節能技術。
二、數據中心能耗產生機理及對節能技術的需求
在常規風冷型數據中心具體能耗構成上，信息設備約占60%~80%，冷卻系統約占20%~30%，供配電系統占7%~10%，其他輔助系統占3%~5%。其能耗具體產生機理是：信息設備運行時所耗電能基本均轉換為熱量，大量信息設備一起運行時所產生熱量如不能得到及時處理，將使信息設備運行環境溫度升高直至超出信
息設備運行溫度要求，導致設備宕機或損壞。為此數據中心需配備冷卻系統，冷卻系統的運行模式是制冷設備（也稱為冷源）制取的冷量，通過水、制冷劑、或者空氣等作為冷媒輸送進機房內部，然后以冷風的形式釋放出來，對信息設備進行冷卻，并將帶走的熱量通過熱交換的方式送回冷源，完成一個冷卻循環，從而實現控制信息設備運行環境溫度的目的。供配電系統一般包括變電設備、UPS系統、配電回路等，大型數據中心還配有柴油發電機等應急備用電源，核心目的是保證信息設備獲得穩定供電，但供配電過程中存在升降壓、交直流轉換過程，相關過程存在能耗轉換。其他輔助系統包括照明、消防、安防、運維管理等，在數據中心運行過程中會消耗一部分電能。降低各單元各環節無效損耗成為技術發展趨勢。
三、數據中心先進節能技術發展情況
隨著對數據中心能耗產生機制認識的逐步深入，各單元均發展出一系列節能技術。本文重點對高效軟件系統、高效信息設備、高效冷源技術、高效冷卻/散熱
技術、智能控制及運維管理技術的發展情況進行探討分析。
（一）高效軟件系統發展情況
在軟件系統領域，云計算技術由于可以有效提高信息設備利用效率得到快速發展，由此發展出云原生的概念。在使用云原生技術后，開發者無需考慮底層的技
術實現，可以充分發揮云平臺的彈性和分布式優勢，實現快速部署、按需伸縮、不停機交付等。基于云計算技術，發展出基礎設施即服務(IaaS)、平臺即服務
(PaaS)、軟件即服務(SaaS)等多種服務方式。
（二）高效信息設備發展情況
在信息設備領域，圍繞數據處理具體需求發展專用化設備的趨勢得到廣泛重視。如在運算設備領域發展出基于GPU異構加速的服務器等技術，在存儲領域發展出磁光一體化存儲等技術。基于GPU異構加速的服務器是采用高速互聯技術，
實現CPU/GPU硬件解耦，按需動態分配。在無人駕駛、語言處理等多并行計算在線加速和離線訓練業務場景，相比純CPU構型服務器功耗降低7%以上。磁光一體化存儲依托于數據“冷”、“熱”分層的技術理念，將數據按照熱度分別存儲在磁盤和光盤庫上，且數據可隨熱度的變化在磁盤和光盤庫之間智能化遷移。通過
混合存儲基礎架構、存儲管理軟件和分層存儲算法，實現對熱數據、冷數據的智能分層存儲管理。相較于磁電存儲設備，單位容量節能約90%。
（三）高效冷源技術相關發展情況
在制冷設備（冷源）領域，提高制冷設備自身能效以及實現對自然冷源的充分利用成為重要技術發展方向，由此發展出磁懸浮離心冷水機組、自然冷卻風冷螺桿冷水機組等一系列技術。磁懸浮離心冷水機組由磁懸浮壓縮機、降膜式蒸發器、冷凝器和節流裝置組成。磁懸浮壓縮機采用永磁電機和磁懸浮軸承技術，消除軸承由于機械接觸產生的摩擦損失而導致的能量損失，具有良好的節能效果。自然冷卻風冷螺桿冷水機組搭載了自然冷卻功能，利用室外環境的低溫空氣，對末端的循環水進行預冷，降低回水溫度，從而降低壓縮機的負荷。與傳統水冷機組相比年節電可達36%。
（四）高效冷卻/散熱技術相關發展情況
在冷卻/散熱過程領域，近端送風設計以及帶有變頻功能的高效通風機得到廣泛應用，同時具有更高冷卻能力的液冷技術得到快速發展。通風機用于為空氣的流動提供動力。通過葉輪流場優化、電機效率提升、智能調整轉速技術的應用，使風機能耗降低30%以上。根據工況采用智能電子控制的方式調整轉速，有效避免了其他傳統電機與調速裝置在使用過程中產生的電磁噪聲和整流噪聲，降低風機噪聲3~5分貝。液冷技術是利用液體直接或間接帶走熱量的冷卻方式，并發展出多種技術路線。以噴冷液冷技術為例，低溫冷卻液送入服務器精準噴淋芯片等發熱單元帶走熱量，噴淋后的高溫冷卻液返回冷卻液分配單元（CDU）與冷卻水換熱處理為低溫冷卻液后再次進入服務器噴淋。年均電能利用效率（PUE）值可低于1.1。
（五）數據中心智能控制及運維管理技術相關發展情況
在運維管理方面，圍繞各系統的高效運行以及各系統的合理匹配、高效利用發展出一系列智能化運維管理技術。如數據中心基礎設施（DCIM）智能管理系統可以對數據中心基礎設施及各個子系統模塊進行管理配置，實現365×24小時的全面集中管理，提供能效管理、容量管理、資產管理、可用性管理等增值業務，結合人工智能及機器人技術，提升數據中心的整體運維管理水平。
四、結語
數據中心的設計、建設和運維管理需結合數據中心所在地的氣候條件以及數據中心承擔的具體數據處理業務需求，因地制宜選擇合適的技術方案，方可有效提高數據中心能效水平。數據中心的設計、建設和運維管理是一項具有較高技術含量的工作，在此需求以及相關管理政策推動下，綠色數據中心先進節能技術仍在不斷發展過程中，相信在未來會涌現出更多更好的節能技術。
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