绿色计算架构

  • Abel Avram
  • 张龙

2008 年 12 月 28 日

话题:微软架构DevOps

绿色计算正变得越来越重要。系统架构师需要考虑能量消耗并找到降低消耗的办法:系统虚拟化、服务器合并、数据中心中灵敏的个体位置等等。

The Architecture Journal最近讨论的议题就是绿色计算。微软平台架构组的主架构师 Lewis Curtis 将该主题分为以下 5 个领域:

物理性。Genome 研究项目(在 Wireless Sensor Network for Data Center Monitoring 中有所介绍)使用了无线传感器网络中的热导数据来优化数据中心设计和服务器供应以避免整个数据中心过低的温度。

操作系统。硬件资源通常根据最差情况(发生的概率很低)进行分配。这导致的结果就是有 90% 的资源没有得到充分利用。

可支撑的智能。能量使用图(Energy Usage Profile,即 EUP)是度量各个领域如硬件、操作系统、用户及应用等能量消耗的基本工具。

应用开发。当前讨论的绿色计算主要关注于平台、硬件和数据中心。然而,低效的应用如不理想的算法以及共享资源(会导致竞争)利用的不充分却是高 CPU 使用率的罪魁祸首,当然也就导致了能量消耗。

云。在这个范围内,这些模型 [云计算] 对组织起到了巩固的作用,它极有可能大大降低消耗,因为 Internet 范围内的数据中心(服务位于其中)可以高效使用共享资源(服务器、存储、冷却机制等等)。

在一篇名为“Green Maturity Model for Virtualization”的文章中,Kevin Francis 和 Peter Richardson 谈到了如何利用虚拟化来降低能量消耗。他们列举出了四类计算:本地、逻辑、数据中心和云计算,其中云计算提供了最高级的虚拟化形式,因此也代表了最棒的绿色计算:

云计算成就了计算领域中下一代重要的内容——有趣的架构、来自于货币方面的巨大潜力以及非常真实的方案以提供对环境更加友好的计算平台。

在转向虚拟化的过程中最小的收获在于测试、开发和其他不常使用的计算机。将这些机器迁移到单独的虚拟化环境中会降低内存的使用,也会降低单个服务器所消耗的热量和能量。

Rajesh Chheda、Dan Shookowsky、Steve Stefanovich 及 Joe Toscano 在其文章“Profiling Energy Usage for Efficient Consumption”中分析了每个硬件组件会消耗多少能量并计算了通过虚拟化、优化以及停止不必要的服务后能节省多少能量。单个 Dell PowerEdge M600 刀片服务器在空闲时大约会消耗 380W,在有负载时会消耗 450W。每年总的能量消耗大约为 $300,这相当于 7,700 磅的 CO2。考虑到一个公司会有一打,几百甚至上千个这样的服务器,因此能量的需求会变得越来越多,这样 CO2 的排放量也会变得很高。下面是降低能量消耗的几个步骤:

• 清楚你的硬件及其能量使用。

• 清楚你的操作系统及其能量使用。

• 清楚你的应用及其能量使用。

• 清楚你的应用的外在影响。

绿色计算的另一种方式是去分析数据中心会使用多少能量。通过分析数据中心的热成象,我们会清楚哪个单元会产生更多的热量,哪个不会那么热。然后可以安排这些单元以通过直接影响热量消耗来优化热量的生成及散发。这就是微软的数据中心 Genome 项目所做的事情。根据文章“Project Genome”所引用的一份 EPA 报告所述,“2006 年,光是美国数据中心自己就消耗了 610 亿 kWh——这些能量足够 580 万个中等家庭所用了”,而到 2011 年,消耗的能量将翻一番,因此我们可以理解为何要清楚并降低数据中心的能量消耗。

目前绿色计算已经变得很必要了,同时它将在未来变得越来越重要,因为能量消耗的增加会导致 CO2 排放量的增加,而根据很多科学家所述,这会导致全球变暖。计算机科学家将在绿色计算中扮演重要的角色,也会为获得地球上更美好的生活而做出积极的贡献。

查看英文原文:Architecting for Green Computing

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