國際數(shù)據(jù)中心能效標準和法規(guī)概述

1、國際數(shù)據(jù)中心能效標準和法規(guī)概述丁蔚( 中國電子學會 節(jié)能工作推進委員會，北京 100036)摘 要: 在節(jié)能低碳發(fā)展的大形勢下，數(shù)據(jù)中心作為云計算重要支撐技術設施，不斷增長的能耗逐漸成為各國法規(guī)制訂者日益關注的問題。通過國際上數(shù)據(jù)中心能效標準和法規(guī)制訂情況的概要介紹，建議為了更好地推動節(jié)能技 術的廣泛共享和應用，全球數(shù)據(jù)中心能效標準和法規(guī)的制定者應當考慮技術標準的融合。關鍵詞: 數(shù)據(jù)中心; 能效; 法規(guī); 標準中圖分類號: tn919. 5文獻標識碼: a文章編號: 1005-3824( 2012) 05-0010-04在這種情況下，很多國家的政府和相關組織都在積極制訂數(shù)據(jù)中心能效相關標準和法

2、規(guī)，加強能 效管理。同時，鑒于氣候變化立法正在逐步加快腳步，將可能導致能源價 格 增 長 約 20% ，因 此 對 于 數(shù)據(jù)中心運營 者 而 言，在立法之前提高能 效，是一個 明智的選擇。引言0隨著 internet 技 術 的 迅 速 發(fā) 展，以 計 算 的 設 施化和集中化為特征的云計算已 經成為下一代計算 模式的核 心。云 計 算的基礎設施是承載著大量服 務器的數(shù)據(jù) 中 心，在云計算模式的支撐 下，數(shù)據(jù)中 心用于支持 應 用 程 序 運 行、提 供 海 量 信 息、同 時 實 現(xiàn)大量商 業(yè) 流 程 的 自 動 化。云計算的普及對于數(shù) 據(jù)中心容量的需求持續(xù)上升，數(shù)據(jù)中心的服務器運 行會消耗

3、大 量 電 力，造成運營成本上 升，導致全球 溫室氣體不斷增加。2007 年，美國環(huán)保部在向國會提 交 的服 務 器 和數(shù)據(jù)中心能效機遇的報告中估計全美國服務器 和數(shù)據(jù)于 2006 年共耗費 610 億度電，占全美電力消 耗的 1 5% ，共計 45 億美元; 作為發(fā)展迅速的行業(yè) 部門，到 2011 年服務器和數(shù)據(jù)中心的耗電量將可能 翻倍，將超過 1 000 億度，共 計 74 億 美 元。而 數(shù) 據(jù) 中心的能耗提升有很大的空間1。另據(jù)統(tǒng)計，中國 數(shù)據(jù)中心規(guī)模也呈快速增長趨勢，數(shù)據(jù)中心能耗也 隨之快速增加。2009 年，我國數(shù)據(jù)中心總耗電量約364 億度，占當年全國總電耗的 1% 。未來幾年，

4、我 國數(shù)據(jù)中心仍將快速發(fā)展，如果維持當前的低能效 水平，到 2015 年，僅全國的數(shù)據(jù)中心就將消耗掉三 峽電站 1 年的發(fā)電量2。1 國家層面數(shù)據(jù)中心能效標準和法規(guī)制訂1 1 美國環(huán)保部( epa) 能源之星項目能源之星項目是國際知名 的以推動節(jié)能為目 標的標準認 證 項 目，它通過制訂產品能效標 準，結 合實施能源之星標識，為用戶選擇高能效的產品提 供支持，在推動節(jié)能減排方面成績卓著。2007 年，epa 開始考慮拓展能效監(jiān)管范 圍，從 僅覆蓋產品級的能效法規(guī)，走向推動設施級能效提 高，在能源之星的體系下建立數(shù)據(jù)中心能效標準和法規(guī)。2010 年，通過一年多時間針對 120 個數(shù)據(jù)中心能耗數(shù)據(jù)

5、的收 集，基 于 業(yè)界廣泛認可的 pue( power usage effectiveness) 評 價 指 標，epa 建 立 了 一個交互式的能效管理評估工具，形成一個 1 100 的分數(shù)評價體系。在這個評價體系中，得分為 75 的數(shù)據(jù)中心是指比其他所有 75% 的數(shù)據(jù)中心能效更 高。如果某個 數(shù) 據(jù) 中心的能效水平能夠達到最高 的 25% ( 75 分) ，就可以獲得頒發(fā)的能源之星的認 證3。獲得能 源 之 星 認 證的數(shù)據(jù)中心可以得到更 收稿日期: 2012-09-20題策劃多的政策鼓勵和支持。1 2 美國國家數(shù)據(jù)中心能效信息項目美國環(huán)保部和能源部在制訂數(shù)據(jù)中心能效標 準和法規(guī)方面都有

6、明確的計劃，為了防止技術方向 上的矛盾和沖突，需要建立協(xié)調機制。為了協(xié)調美 國環(huán)保部能源之星項目( epa energy star program) 、 美國能源部 工 業(yè)技術項目立即節(jié)能倡 議 ( doe in-dustrial technologies program save energy now initia- tive) 和美國能源部聯(lián)邦能源管理項目( doe federal energy management program) 在數(shù)據(jù)中心能效標準上 的工作，美國環(huán)保部和能源部共同發(fā)起 了“國 家 數(shù) 據(jù)中心能效信息項目”。2010 年 1 月，在“國家數(shù)據(jù)中心能效信息項目” 框架下

7、，8 個領先的數(shù)據(jù)中心專業(yè)協(xié)會在美國華盛 頓召開了數(shù)據(jù)中心能效評價標準的會議，希望能夠 共同制訂數(shù)據(jù)中心能效評價標準，以便推動提高數(shù) 據(jù)中心能 效，減 少 能 源 消 耗。在 此 次 會 議 上，確 定 了數(shù)據(jù)中心能效標準的三大原則4，即1) pue 作為評價數(shù)據(jù)中心能效的基礎指標;2) 計算 pue 的時候，可以利用在 ups ( uninter- ruptible power supply) 輸出端測量的數(shù)據(jù); 鼓勵逐漸采 用更加科學的方法，在 it 設備處直接采集能耗數(shù)據(jù);3) pue 計算時的能耗應當包括數(shù)據(jù)中心使 用 的各種能源，以 及 各 種 耗 能 設 施，包 括 it 設 施、

8、制 冷、照明以及其他基礎設施。在以上原則之外，本項目還提出了如何測量專用數(shù)據(jù)中心和多用途數(shù)據(jù)中心 pue 值的方法5。不僅如此，“國家數(shù)據(jù)中心能效信息項目”還致 力于推動國家間數(shù)據(jù)中心能效標準合作。從 2010 年 2 月開始，項目定期召開會議，邀請來自美國、歐 洲和日本的數(shù)據(jù)中心專家，以協(xié)調統(tǒng)一數(shù)據(jù)中心能 效評價指標集合和 pue 測量方法，共同開發(fā)更合理 的能效評價指標6。在以上標準化工作的基礎上，美國能源部與勞倫 斯伯克利實驗室合作開展能效工程師的培訓和認證 工作，成立數(shù)據(jù)中心能源實踐者項目( data center en- ergy practitioner，dcep) 。項目的目的是

9、培養(yǎng)數(shù)據(jù)中 心能效專家。2011 年，項目計劃培養(yǎng)至少 200 個能效 工程師，獲證工程師必須通過考試，并且每 3 年重新 認證一次。通過該項目的人員必須具有以下能力。1) 能夠識別和評估數(shù)據(jù)中心提高能效的機會;2) 熟 練 應 用 doe 的 數(shù) 據(jù) 中心能效管理軟件 工具;3) 發(fā)現(xiàn)電 力 系 統(tǒng)、供 熱 通風與空氣調節(jié)、信 息 技術管理以及現(xiàn)場發(fā)電;4) 數(shù)據(jù)中心能效評估。1 3 歐盟數(shù)據(jù)中心行為規(guī)范歐盟在氣候變化立法方面是全球的領導者，大 型的碳排放設施已經被碳排放 限值和貿易規(guī)則所 限制，例如，英國已經將氣候變化制訂成正式法規(guī)。 據(jù)統(tǒng)計，數(shù)據(jù)中心能耗 占到英國電力使用的 3% 。 而

10、英國政府要求到 2050 年，全國溫室氣體排放減少80% 。因此，提高數(shù)據(jù)中心能效已經成為歐盟國家 緊迫的任務。歐盟數(shù)據(jù)中心行為規(guī)范7 是在歐盟主導下，由 包括英國計算機協(xié)會、amd、apc、dell、fujitsu、gart-ner、hp、ibm、intel 等公司共同發(fā)起以提高數(shù)據(jù)中心能效為目 的 項 目。歐盟數(shù)據(jù)中心行為規(guī)范項目主 要針對小型數(shù)據(jù)中心開發(fā)出減 少整體能耗和碳排 放的解決方案，要求遵循行為規(guī)范的數(shù)據(jù)中心必須 實施節(jié)能最 佳 實 踐 方 案、滿 足 采 購 標 準，同 時 每 年報告能耗8。對于數(shù)據(jù)中心的設備提供商，為了符 合行為規(guī)范，需要開發(fā)和使用高能效的服務器和低功耗的

11、cpu，從 而 保 證 在降低能耗的情況 下，具有 相同的處理能力。項目鼓勵必須采用軟件，特別是 虛擬化的方法來管理能耗、提高服務器的使用率。1 4 新加坡綠色數(shù)據(jù)中心標準2011 年 3 月，新加坡政府發(fā)布 了“新 加 坡 綠 色 數(shù)據(jù)中心 標 準能源與環(huán)境管理系統(tǒng)標準 ”，這 個 標準基于正在研制的國 際能源管理標準 iso50001，由新加 坡 國 家 標 準 化 局 spring 和 新 加 坡信息通 信 發(fā) 展 局 共 同 開 發(fā)。在標準發(fā)布的聲明 中，新加坡政府指出，調查顯示新加坡最大的 10 個 數(shù)據(jù)中心的耗電量相當于 13 萬家庭用戶的用電量， 而且據(jù) broadgroup 預

12、測，從 2010 年到 2015 年，新加 坡的數(shù)據(jù)中心數(shù)量將 會 增 長 50% 。而 本 標 準 將 有 利于緩解數(shù)據(jù)中心增長帶來的用電壓力9。2 國際標準化組織數(shù)據(jù)中心能效標準 協(xié)調項目2 1 iso / iec jtc1 數(shù)據(jù)中心能效研究組2009 年 10 月，國際標準化組織 iso / iec jtc1成立了數(shù) 據(jù) 中 心 能 效 研 究 組 ( jtc1 study group on 11 專題策劃energy efficiency of data centers，sg-eedc ) ，研 究 數(shù)據(jù)中心能效 的 市 場需求，并推動相關的討 論，為在 jtc1 中成立相關的標準工作

13、組提供 基 礎 材 料。研 究組的目標如下10:1) 開發(fā)數(shù)據(jù)中心能效相關的數(shù)據(jù)與定義;2) 開發(fā)評價數(shù)據(jù)中心能效并得到廣 泛 認 可 的 技術指標;3) 開發(fā)最佳實踐數(shù)據(jù)庫;4) 開發(fā)針對數(shù)據(jù)中心的能源管理標準。目前 sg-eedc 已經召開了多次會議，并已經發(fā) 布了相關研究成果。鑒于 jtc1 在國際信息技術標準化方面的影響力，在 jtc1 的框架下統(tǒng)一全球的數(shù)據(jù)中心能效標準是一個可能而且可行的方式。2 2 國際電信聯(lián)盟國際電信聯(lián)盟( itu-t sg5 ) 是 itu 中從事信息 通信技術的電磁環(huán)境影響以及 與氣候變化的關系 的標準化 工 作 組。在數(shù)據(jù)中心能效和環(huán)境影響方 面，itu-

14、t sg5 致力于研究能效評價指標、最佳實踐 和測量 方 法。作為一個國際標準 組 織，itu-t sg5 希望能夠把目前的標準化工作進行統(tǒng)一。同時，在歐洲地區(qū)性標準化組織中也發(fā)起了綠 色數(shù)據(jù) 中 心 協(xié) 調 項 目 工 作，例 如 cen / cenelec / etsi 綠色數(shù)據(jù)中心協(xié)調工作組 ( coordination groupon green data centers，cen / cenelec / etsi cg- gdc) 。mm) ，涉及電源、制冷、計算、存儲和網絡等方面，幫助用戶評估當前數(shù)據(jù)中心的能效和成熟度，并為下 一步提高能效，增強可持續(xù)性提供指導。為了加強與中國數(shù)據(jù)

15、中心設施廠商的聯(lián) 系，tgg 正在計劃建立中國辦公室。3 2 美國綠色建筑協(xié)會美國綠色 建 筑 協(xié) 會 ( u s green building coun- cil，usgbc) 是致力于倡導綠色建筑的企業(yè)協(xié)會，其 開發(fā)的 leed( leadership in energy and environmental design) 綠色建筑認證已經成為評估建筑節(jié)能的重 要指標。2010 年 11 月，usgbc 發(fā) 布 了 名 稱 為建 筑設計與建設的新版 leed 評估系統(tǒng)草案，其中包 括了對于數(shù)據(jù)中心的能源管理的要求。雖然數(shù)據(jù)中心與普通建筑有很大的差異，業(yè)界 對于 usgbc 涉足數(shù)據(jù)中心也有

16、不同的 看 法，但 是 leed 認證向數(shù)據(jù)中心的延伸將為數(shù)據(jù)中心節(jié)能帶來新的要求和挑戰(zhàn)。3 3 美國采暖、制冷與空調工程師學會美國采暖、制冷與空調工程師學會( american so- ciety of heating，refrigerating and air-conditioning engi- neers，ashrae) 是以促進建筑加熱、通風、空調和制 冷等方面科學技術的發(fā)展為目標的國際組織。作為 技術專家，ashra 于 2011 年 2 月發(fā)布了“數(shù)據(jù)中心 綠色技巧”，提供了節(jié)能和節(jié)水戰(zhàn)略技巧，為數(shù)據(jù)中心 的運營者、工程師和咨詢師提供幫助?！皵?shù)據(jù)中心綠 色技巧”雖然還不是標準，但

17、是為提供統(tǒng)一的工程、技 術規(guī)范、方法、過程和實踐提供很好的借鑒。3 4 歐洲 fit4green 組織作為歐盟第七框架計劃支持的項目，fit4green 組織倡導信息技術設備本身對能耗的敏感性，推動 采用虛擬化、集群以及自動化計劃提高數(shù)據(jù)中心的 靈活性，并提倡通過操作優(yōu)化提高數(shù)據(jù)中心能源效 率，同時 將環(huán)境影響作為 數(shù)據(jù)中心服務等級協(xié)議 ( service level agreements) 的重要指標。3 企業(yè)聯(lián)盟數(shù)據(jù)中心能效標準項目3 1 綠色網格組織在制訂數(shù)據(jù)中心能效標準方面，綠色網格組織 ( the green grid，tgg) 是一個最有影響的組織，很多 現(xiàn)存的標準 都 引 用 t

18、gg 開發(fā)出的技術指標。tgg 是一個由信息技術設備廠商組成的、以提高數(shù)據(jù)中 心能效為目的的協(xié)會。到目前為止，tgg 已經成功 地開發(fā)了包括 pue、數(shù)據(jù)中心架構效率( data center infrastructure efficiency，dcie) 、碳利用效率 ( carbon usage effectiveness，cue) 和水利用效率( water usage effectiveness，wue) 等多個廣泛使用的與數(shù)據(jù)中心 相關的效率指標，用以全方位支持數(shù)據(jù)中心擁有者 評價和比較效率，并為提高效率提供技術方案。在建立指標體系的基礎上，tgg 還開發(fā)了數(shù)據(jù) 中心 成 熟 度 模

19、 型 ( data center maturity model，dc-總結與建議以上概要介紹了國際上在數(shù)據(jù)中心能效標準 和法規(guī)制訂方面有一定影響的項目。目前在中國， 包括中國通信標準化協(xié)會、中國電子技術標準化研 究所以及中國標準化研究院等 單位都已經或正在 考慮開展相關的工作。4 12 digital communication /2012. 10專題策劃在云計算的時代，信息技術服務可以遍布世界的所有角落，支撐云計算的數(shù)據(jù)中心也可能分布在 世界上的不同國家，如果不同地區(qū)的標準和法規(guī)不 統(tǒng)一，數(shù)據(jù)中心的運營者需要考慮遵循不同國家對 于數(shù)據(jù)中心能效的標準和法規(guī)，增加了運營者的負 擔，影響云計算應用

20、的推廣。相反，如果全球數(shù)據(jù)中心能效標準和法規(guī)能夠在 指標和方法上更趨統(tǒng)一，這樣不僅可以方便數(shù)據(jù)中心 的運營者更好地遵循法規(guī)，推動基于云計算技術的信 息社會的進一步發(fā)展，同時也可以保證提高能效技術 的廣泛共享和應用，從而更好地促進全球的節(jié)能減 排，減少信息社會發(fā)展對于氣候變化的影響。ficiencyeb / ol ( 2011-05-17) 2012-09-08 http: www energystar gov / ia / partners / prod _ development / downloads / data_center_metrics_task_force_recommen- d

21、ations_v2 pdfthe united states of america，european union and japanreach agreement on guiding principles for data center energy efficiency metrics harmonizing global metrics for data center energy efficiencyeb / ol ( 2010-02-02 )62012-09-08http: www energystar gov / ia / part-ners / prod_development

22、/ downloads / harmonizing _global _metrics_for_data_center_energy_efficiency pdfeu code of conduct for data centreseb / ol 2012-09-08 http: re jrc ec europa eu / energyefficiency / html /standby_initiative_data_centers htmbridget b eu launches code of conduct for data cen- terseb / ol ( 2009-11-19)

23、2012-09-08 http: it- knowledgeexchange techtarget com / data-center-facili-ties / eu-launches-code-of-conduct-for-data-centers / johanna m singapore govt releases green data centrestandardeb / ol ( 2011-05-31) 2012-09-08 http: www futuregov asia / articles /2011 / mar /31 / singapore-govt-releases-g

24、reen-data-centre-standard / 7參考文獻:81energy star data center energy efficiency enitiativeseb /ol 2012-09-08 http: www energystar gov / index cfm? c = prod_development server_efficiency 中國數(shù)據(jù)中心能耗及能效水平研究eb / ol ( 2011-10-25) 2012-09-08 http: www lingzhong cn / showasp? id = 521energy star for data cente

25、rseb / ol ( 2010-06-07) 2012-09-08 http: www energystar gov / ia / partners / prod _ de- velopment / downloads / datacenterrating_general pdfdata center industry leaders reach agreement on guiding principles for energy efficiency metricseb / ol ( 2010-02-01) 2012-09-08 http: www energystar gov / ia

26、/partners / prod _ development / downloads / datacenters _ agreementguidingprinciples pdfversion 2-measuring pue for data centers recommen-dations for measuring and reporting overall data center ef-92310 raymond l，jennifer g jtc 1 study group on ener-gy efficiency of data centers ( eedc) eb / ol ( 2009-10) 2012-09-08 http: www jtc1eedc org / 4作者簡介:丁 蔚(