爱华网给数据中心供电和制冷所耗费的巨额成本促使科技公司不遗余力地提高能效
距离冰岛首都雷克雅未克以南35分钟车程的地方，座落着一个名叫格林达维克的小渔村。1月里的一天，克里斯蒂恩·哈夫利奥森从城里驱车几分钟来到一片伸向大西洋的被大雪覆盖的广袤火山岩。他从车里钻出来，投入到一场看似不可能的营销活动中，因为他希望说服美国和欧洲的企业把业务迁至此处。他说：“很多公司都对此表达了它们的兴趣。”
这可不是在开玩笑。哈夫利奥森供职于冰岛投资局（InvestinIceland）这家政府机构。他说格林达维克附近的这块荒凉之地很适合充当企业的数据中心。这些占地面积巨大的数据中心里往往塞满了技术公司用以处理海量数据信息的计算机。 这一举动凸显了各公司在运营数据中心时所面临的挑战，Google、雅虎和微软都曾到这个偏远的地区考察过。（虽然目前还没有哪家公司做出承诺。）其原因是，冰岛拥有得天独厚的各项条件：闲置的土地、廉价的地热能源以及寒冷的气候，这使得数据中心的制冷成本几乎为零。 科技行业正面临一场能源危机。美国政府的数据显示，在2000年到2006年间，数据中心的能源消耗成本翻了一番，达到45亿美元，并且到2011年有可能再翻一番。随着能源价格的高企，如何解决科技界这些庞然大物的供电及制冷问题已成为各公司和公用事业部门的主要挑战。负责提高能效的美国能源部副部长安迪·卡斯纳说：“数字经济已无处不在，计算需求将呈几何级数增长，但电力消耗不可能无限制地增长。” 各公司竞相提出创造性解决方案，并且正在全球搜寻新技术和具有优势的地理区域。冰岛的气候可能最理想，而沙特阿拉伯的能源成本可能最低。业内企业都在想方设法削减成本，希望成为数字时代的低成本制造商。 哪里是突破口？公用事业公司、建筑公司以及技术公司都在研究这一问题。IBM位于苏黎世的实验室研究人员布鲁诺·米歇尔正在开发将人体的生物学原理应用到计算机冷却系统中去的方法。太平洋天然气和电力公司(PacificGas&Electric)首席程序经理马克·布拉姆菲特正在试验能控制能源使用总量的激励方法。只要每台计算机能省几瓦电就行了。一个高效的数据中心比普通的数据中心能节省约25%的电能。如果是中等规模的数据中心的话，每年节省的费用可达450万美元。 国家机密 现代的数据中心就像一个巨大的冷库，成百上千甚至成千上万个烤箱在里面持续工作着。机房里整齐地排列着许多6英尺高的金属架，上面堆满了比萨饼盒大小的计算机、存储设备以及网络路由器。从“冷气走廊”地板通风口出来的冷气吹拂着设备。从机柜背部吹出的热气汇入“热气走廊”，最终被抽出、排放到建筑物外。在中心内部，大量气体在管道、通风口和计算机间横冲直撞，产生巨大的闷响。 科技公司间降低数据处理成本的竞争是如此激烈，以至于一些公司把它们的能源使用信息当作国家机密来对待。当几年前Google公司沿俄勒冈州哥伦比亚河建设数据中心时，它通过第三方购买了土地以隐藏自己的身份，而且第三方的经理还必须签署一份保密协议。在北卡罗来纳州，州立的阳光法案迫使该州公布其吸引Google到这里设立数据中心的优惠条件，但Google的能源消耗计划却被认为是商业秘密。也许这没什么大惊小怪的，未来Google和微软公司在Web搜索业务上的竞争输赢不仅取决于哪家公司能编出最好的搜索算法，还取决于数据中心的节能情况。 不妨把数据中心看作是信息经济的工厂吧。每天，在美国内陆成千上万座普通建筑物里或写字楼的地下室里，以0和1组成的上万亿海量信息在网上传输、存储并转化成新的信息形式。那些电子包既有数以百万计的电子邮件、Facebook网页、博客条目以及YouTube视频、海量的电子交易信息，也包括需要存储、分割、分离以及分析的不断膨胀的数据海洋。科技市场研究机构IDC估计，每年数字世界产生的信息量是有史以来所有书籍所包含信息量的300万倍。 人们通常认为信息是看不见摸不着的东西，但运算的实质却是物理的过程。当以比特为单位的数据以微电荷的形式在半导体芯片电路间移动时，数以百万计的晶体管不断开合，它们会受制于电阻。克服电阻需要能量并且产生热量。（如果它们运转得太快，芯片虽然不会着火，但是也会像一台过热的发动机组一样爆裂。）要传输足够多比特的数据，用来给设备供电和制冷的成本将会相当可观，美国的这项开支在2006年达到了45亿美元，相当于580万户美国家庭的电费开支。 在过去的几年里，能源消耗已成为数据中心的重大难题。数据中心经理人协会AFCOM1月份对其成员所作的调查显示，88.5%的成员认为能源消耗是一个严重或非常严重的问题，这一数字比5年前上升了36.1%。电信业巨头Verizon公司在全美拥有18个数据中心，该公司负责数据中心运营的副总裁萨尔·塞法卢说：“人们已经意识到电力成本的问题，并正在寻找手段来降低成本，但目前能耗成本还在一路上扬。”如今，每年在数据中心计算机设备上每投入1美元，就要另外花费50美分用于供电及制冷。空调耗费了约一半的电力。 热能图 3年前，微软公司开始急切地处理能耗问题。首席执行官史蒂夫·鲍尔默和其他公司高层决定大规模地拓展通过互联网向消费者和企业提供的各项服务以应对来自Google的威胁，其中包括电子邮件和即时信息。一个约20人组成的小组聚集在华盛顿州雷德蒙德的萨利什酒店（SalishLodge）召开异地会议，伴着窗外的瀑布美景，他们开始了对数据中心市场需求量的预测。数据中心服务高级主管迈克尔·马诺斯说：“我们决定采取最积极、最大胆的措施，但回过头来看，我们还是太过于保守了。” 之后，微软斥资20多亿美元在芝加哥、都柏林、圣地亚哥和华盛顿州的昆西修建了4个巨大的数据中心。现在，它正把目光投向海外，其中包括冰岛和西伯利亚。在过去3年中，其计算需求每年都翻一番，而且微软预计，在可预见的未来它们每年还将继续翻番。 能耗在微软公司的规划中是一个重要因素。该公司出炉了所谓的全球“热能图”，在地点选择上考虑了35个因素，其中包括成本和能源的可获得性。一个科学家团队研究了数据中心在设计和计算节能上的最新进展。马诺斯还在寻找可以加以利用的当地资源，例如用污水处理系统的净化水为圣安东尼奥新建数据中心里的计算机降温。通过所有这些努力，马诺斯相信他的20个数据中心的能耗会比行业平均水平低约30%到50%。 要想解决科技能源危机绝非易事。最大的数据中心的建造成本可能会超过2亿美元，如果要进行升级以应用最新的节能技术的话则要付出高昂代价。 然而，还是能找到一些相对快捷的解决办法。在任一特定时间，大多数服务器只使用了约10%的运算能力，因此数据中心正使用软件在服务器间分配计算任务，以充分利用它们的运算能力。在闲置时，新的电源管理系统会自动关闭服务器以及其他设备。而且大多数计算机公司都拥有绿色环保理念，它们宣称自己的最新设备是超级节能的。 问题在于并不存在一个被广泛认可的标准用以比较两台服务器中的哪台更加环保。对服务器或者数据中心来说，没有与汽车的每加仑汽油可行驶里程数相当的标准。美国环境保护局（EnvironmentalProtectionAgency）和美国能源部（EnergyDept.）正与行业协会携手共同制定标准。 虽然还需要进一步努力，但数据中心在节能方面已经取得了重要进展。其中每一项进展都是科学家和其他人敢于挑战行业传统思维的结果。 以芯片本身的设计为例。10年前，芯片行业追求的目标非常单一：提高芯片处理信息的速度。但是Sun电子计算机公司的一位顶级科学家马克·特伦布利发现，这种战略存在一个致命缺陷。芯片运转速度越快就会变得越热，最终它们会因过热而无法正常工作。因此他设计出了一种所谓的多核芯片，即在一个单一硅片上有几个处理器。比起一个要独自完成所有同等工作量的处理器，多核芯片的每个磁芯的运转速度更慢，温度也更低。 彻底改变 半导体技术的复杂性使特伦布利的创新花了将近10年时间才得以推向市场。自从两年前Sun电子计算机公司基于特伦布利的设计推出的服务器计算机上市以来，公司已扭转颓势，且能耗也大幅降低。这些服务器里的每个芯片只消耗70瓦的电能，约为普通微处理器所需能量的1/3。
即使是向来行动迟缓的公用事业公司也显现出了令人惊讶的变化迹象。拿太平洋天然气和电力公司来说吧。两年前，在布拉姆菲特接手了为北加利福尼亚州的科技公司设计节能方案后，他提出了一个创造性的解决方法。他决定为那些愿意使用所谓虚拟软件的公司提供财务上的激励。如果没有使用这种软件，一台服务器计算机在一个时间段里通常只能处理一个程序，而且只使用一小部分运算能力。使用了虚拟软件后，一台计算机就可以同时运行多个程序。 这么做的结果是经理们可以把更多的程序加载到每台服务器上，这样会降低电力的消耗，并且减少所需的计算机数量。在布拉姆菲特的激励项目下，太平洋天然气和电力公司将其使用这种软件所节省下来的每度电都回馈给了消费者。 布拉姆菲特的项目是商务模式的创新，但大多数数据中心的节能措施可能更多地要依赖技术进步。IBM公司的研究人员米歇尔正专注于生物学和物理学的交叉学科，这是一个鲜有人涉足的领域。米歇尔从苏黎世大学(UniversityofZurich)获得了生物化学博士学位，他正在研发一些设备，希望有一天能够模仿人体学原理来冷却芯片。服务器计算机中的处理器通常用空气来冷却，而这些芯片却可以通过一种类似人体毛细血管的系统传送的液体来冷却。米歇尔的一个发明是安装在处理器上的一个金属盖，利用5万个喷嘴将水注入到嵌在金属里的细小管道中。液体可以在这些管道中高效循环，从而大大减少了泵水所需能量。 虽然已经取得了一些显著的进步，但从科技到公用事业公司的所有部门都需要进一步进行创新。将数据中心设在冰岛或西伯利亚会发挥一些作用，但单靠这些仍不足以解决科技行业的能源危机问题。 作者：史蒂夫·哈姆（SteveHamm），与克里·卡佩尔（KerryCapell）于冰岛格林达维克 翻译：夏芳
