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華為助力騰訊優化數據中心供電架構,通過創新科技實現數據中心的節能減排,守護綠水青山。
文/王銀花 華為城域路由器解決方案專家
隨著工業經濟的發展,世界氣候面臨越來越嚴重的挑戰,二氧化碳的大量排放帶來溫室效應,使地球遭受著嚴重威脅。比較近50年南極洲的Google Earth地圖,不難發現,大量的冰川正逐漸融化消失。來自聯合國的科學研究表示,如果要避免氣候變化帶來的嚴重影響,必須將全球的溫度上升幅度限制在1.5攝氏度以內,《巴黎協定》的目標需要進一步向前推進。“1.5攝氏度”的目標對于全球經濟體都是巨大挑戰,需要各國政府、各行業共同努力。
動動手指,照片就輕松上傳到雲相冊;叫外賣、逛網店、打游戲、移動支付……中國8.54億網民隨時隨地通過網絡享受著一個個數據中心的服務,它們就像不冒煙的鋼廠,在創造經濟價值的同時也帶來高能耗,在海量數據的背後是驚人的耗電量。數據中心耗電巨大的特點使其被普遍作為“高耗能產業”對待。
據統計,截至2019年年底,我國各類在用數據中心總量已經達到7.4萬個,佔全球數據中心總量的23%,全年耗電量超過2045億千瓦時,約佔我國全社會用電量的2.7%。隨著5G時代來臨,數據中心耗電量將持續增長,數據中心的節能減排已經迫在眉睫,綠色數據中心呼之欲出。
中國信息通信研究院聯合開放數據中心委員會發布的《數據中心白皮書》對數據中心的建設給予了指導,數據中心的供電架構需要逐步簡化。傳統數據中心供電以不間斷電源 (UPS) 為主,產業鏈成熟但轉換效率較低。隨著產業規模快速增長,數據中心建設成本和能耗激增,可靠性高、成本低的高壓直流(HVDC)成為數據中心供電系統的新選擇。采用“HVDC+市電直供”相結合的模式,供電效率可提升到 94%~95%。目前,HVDC 已在 BAT 等大型互聯網公司得到了廣泛應用。
騰訊第三代數據中心供電系統即采用“市電直供+240V高壓直流”系統架構。該架構開啟節能休眠模式後的供電效率高達近98%,比雙路高壓直流系統節能2%以上,比傳統UPS節能6%以上,總系統節能高達10%以上,這還沒算電源系統散熱能耗降低帶來的額外節能收益。從基礎設施方面看,采用高壓直流供電的數據中心可靠性要高于采用UPS供電的數據中心。從設備投資成本及運營維護等其他方面看,“市電直供+240V高壓直流”系統較傳統的數據中心供電架構也有很大優勢,值得更多用戶借鑒采用。
華為路由器產品線全系列產品電源供電支持HVDC供電,通過磁鐵產生的磁場和尖狀格柵,減少電弧強度,快速導流放電,從而防止電弧(火花)的產生,一個備份模塊保護多個主用模塊,提升設備供電能力,達到N:N到N:1的目的,空間節省45%,端到端提升電源模塊轉發效率。2016年,路由器電源模塊的轉換效率為83%。通過換器件、摳細節、換拓撲、換架構、換總線,不斷提升打磨,到2019年,華為電源模塊轉換效率提升至88%,處于業界領先水平。
隨著路由器容量的快速提升,整機功耗也在不斷提升。根據數據中心托管服務提供商Colocation America的調查,2008年數據中心單一機櫃機架功率密度約在6kW左右,到了2016年已然達到了12kW,預計到2020年,數據中心單一機櫃機架功率密度將有可能達到16.5 kW。現在IP設備的整機功耗正在不斷突破單機櫃的極限,華為路由器不斷突破容量極限,同時致力于降低設備的功耗,降低客戶的建設成本。
華為城域路由器產品的每Gb能耗最低可達0.3W,相比上一代產品能耗降低50%以上,芯片采用SuperCooling散熱技術,可使芯片溫度降低10攝氏度以上,單板可靠性提升20%。業界獨有的VC液冷散熱器,冷凝過程在真空腔內快速循環,實現高效氣體與液體兩相散熱,比傳統散熱器導熱率提升100倍。業界首個碳納米導熱,將無規律散熱轉換為定向散熱,相對傳統 脂導熱墊熱導率提升6倍。設計、制作出高復雜工藝的散熱器是華為20年的散熱經驗積累和持續創新的結果。
數據中心高能耗背後,電費並非全部花在核心組件運行上。就像電腦和手機用久了會發燙一樣,數據中心里有千億數量級別的芯片,其發燙程度要遠高于電腦和手機。為了保證設備的正常運行,大量的電力被用于制冷散熱上。
根據2007年美國Green Grid發布的數據中心節能指南顯示,只有35%的電力供給了IT通信設備,而36%的電力用來冷卻,9%的電力供給了空調系統。日漸提升的功率密度遠遠超過大部分機櫃的處理能力,以往在設計數據中心的冷卻空調時,會以假設IT的工作負載是平均且分散的情況,但實際的運行環境卻不是如此,尤其在某些高密度機櫃中,企業發現制冷量遠遠不足,無法解決單點散熱問題,相比非密集機櫃,存在大量的冷熱不均導致的電力浪費問題。華為與國際知名風機公司合作,聯合開發業界首創的混流風扇,使整機散熱能力達到業界的3倍,降低了機房的散熱要求,同時獨有的磁導率馬達可使靜音導流環噪音降低6dB。
綠色環保不能僅僅停留于理念層面,而需要全面融入到各個國家、各個企業,甚至每個人的具體行動當中。華為在產品和解決方案的綠色環保方面持續努力的同時,還呼吁ICT產業上下游共同加入到碳中和的行動中來,通過持續的綠色ICT技術創新,全面使能千行百業的綠色發展。
互聯網如一條長河,潤物無聲、聯接萬物。華為和騰訊積極響應時代的召喚,讓每個人真正成為環境保護的踐行者,為子孫後代創造一個“同在藍天下”的世界。基于責任擔當,騰訊實現了全平台、全產品資源打通,以數字化的綜合解決方案投入綠色運營、綠色社區建設、綠色伙伴關系三大領域,與政府、公眾和公益組織一道,為我們生活的地球共繪綠水青山。