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資料中心熱過頭 北歐荒原找新家

資料中心熱過頭 北歐荒原找新家

徐上恩

職場

588期

2008-03-27 11:29

當耗電費用在六年內成長一倍,科技業資料處理中心面臨供電和冷卻所需的龐大能源成本,於是,能提供低廉地熱與天然冷卻的北國,成了熱門地點。

葛林達維克(Grindavik)這座小漁村,位於冰島首都雷克雅維克的南側,約三十五分鐘車程的距離。

哈佛李歐森(Kristinn Haflioason)將車開往村外不遠處,一塊濱臨大西洋、被白雪覆蓋的龐大火山岩。他爬上這塊巨岩,準備展開不可能的任務——說服歐美企業在這裡設立營運中心。

「已經有好幾十家公司表達興趣了,」他表示,這可不是開玩笑。哈佛李歐森替「投資冰島」(Invest in Iceland)這個政府機構工作,他的職責是要鼓吹企業,把這個小漁村外鳥不生蛋的荒原,當作設立資料處理中心的地點,因為許多科技產業為了要處理大量的數位資料,不得不擴充其資料中心,才足以容納日益增生的電腦設備。


 
節能散熱的完全解決方案

企業在資料中心的營運上,的確遭遇到了極大的挑戰,這點從Google、雅虎和微軟都曾經來探勘過這個地點就得到了證明(雖然它們都還沒有做出最後決定)。原因是:冰島難得地結合了空曠土地、低廉地熱能源和寒冷氣候這幾個可以讓冷卻資料中心的成本幾乎免費的因素。

科技業正面臨著能源危機。根據美國政府的統計,企業資料中心的耗電成本在二○○○年到○六年之間成長了一倍,達到了四十五億美元,而且到了二○一一年還可能再增加一倍。隨著能源價格飆漲,這些資料中心的供電和冷卻問題就成了企業界莫大的挑戰。「數位經濟已經無所不在,」美國副能源部長凱斯納(Andy Karsner)表示,「對運算的需求會呈倍數成長,但是耗電量不能同樣成長。」

有鑑於此,企業開始在全球各地拚命尋找能減少資訊中心耗電的新興科技和有利地點。舉例來說,冰島可能擁有最理想的氣候;沙烏地阿拉伯可能有最低的電力成本。人人莫不絞盡腦汁撙節支出,希望能成為數位時代裡頭的低成本供應商。

而創新的科技要從哪裡來呢?公用事業、營建業者和科技廠商都致力於提供可行的解決方案。IBM蘇黎世研究室的研究員米丘(Bruno Michel)正在研究把人體生物學應用在電腦冷卻系統上的方法。太平洋天然氣與電氣(Pacific Gas & Electric)的主要專案經理布倫菲特(Mark Bramfitt),則實驗如何透過誘因來抑制企業能源使用量。
 
每台電腦只要能節省幾瓦就可達到積沙成塔的效果,能源使用有效率的資料中心,可比一般的資料中心節省將近二五%的耗電。對於中等規模的同類設施來說,相當於每年節省四百五十萬美元的成本。

 
國家機密級的能源策略

現代的資料中心就像一座放著成百上千個烤箱的超大型冷凍庫,成排六呎高的金屬機架上,疊放著披薩盒大小的電腦、儲存裝置和網路路由器。冷卻空氣透過「冷通道」,也就是地板上的出風口到這些機架;熱空氣則從機架背後送到「熱通道」,然後被排出建築之外。因此資料中心裡頭總是因為大量空氣的吹送流動而轟隆作響。

科技業在降低處理資料成本上的競爭激烈異常,以至於有些業者甚至把能源使用資訊視為最高機密般對待。當Google數年前在奧勒岡州的哥倫比亞河畔興建資料中心時,就透過第三方購買土地,以掩飾其意圖,當時市政府處理土地買賣事宜的經辦人還必須簽下保密協定。
 
在北卡羅萊納州,雖然該州陽光法案規定必須揭露其吸引Google在當地興建資料中心的優惠方案,但是Google的電力使用計畫卻被允許列為商業機密。這也難怪,因為或許在未來,Google和微軟在網路搜尋業務上的競爭受資料中心能源效率的影響,可能不亞於哪家公司寫出了最佳的搜尋運算公式。

 
耗電量相當五八○萬個家庭

資料中心就像是資訊經濟裡的工廠,每天有數以兆計的資訊片段在這些工廠裡被移動、儲存和重組。這些電子封包包括數以百萬計的電子郵件、Facebook網頁、部落格入口、YouTube的影片,大量的電子交易,和許許多多需要被儲存、切割和分析的數據資料。根據科技市場研究機構IDC的估計,每年數位世界所創造的新資訊,要比有史以來所有書籍內容,還要多上三百萬倍。

一般人通常不認為資訊是有形的存在,但是運算的本質卻是如此。當數據以微小的電荷形式於半導體晶片電路當中移動,並導致數以百萬計的電晶體通電和斷電時,會產生電阻。電荷克服電阻則需要能量,並會產生熱量。如果資料中心所需移動的位元夠多的話,供電與冷卻設備的帳單就會相當驚人:○六年美國資料中心電費總計約為四十五億美元,相當於五八○萬美國家庭一年的電費。

資料中心的耗能成本在過去兩年間開始形成一個棘手的問題。資料中心經理人協會AFCOM今年一月針對成員所做的調查顯示,八八.五%的成員認為,電力消耗是一個嚴重或非常嚴重的問題,五年前這個比率只有三六.一%。
 
「你開始了解能源成本到底有多高,也開始尋找降低成本的方式,不過現在的成本卻節節高升,」電信巨擘Verizon的資料中心營運副總賽佛魯(Sal Cefalu)表示。Verizon在全美各地共有十八座資料中心。現在企業在資料中心的運算設備上每投資一美元,就要再花○.五美元在供電和冷卻上,而所耗的電力當中有一半是花在空調系統上。

 
按「熱能地圖」索驥

三年前,微軟開始認真因應能源的問題,執行長包爾默(Steve Ballmer)和公司高層決定,透過網路拓展對消費者和企業的服務,以對抗來自Google的威脅。「我們決定採取討論結果當中,最積極瘋狂的計畫,」資料中心服務資深總監曼諾斯(Michael Manos)說道,「現在看起來,我們當時還算太保守了。」

從那時開始,微軟就花了超過二十億美元在美國各地興建超大型資料中心,現在它把目標指向海外的地點,包括冰島和西伯利亞在內。過去三年來,微軟的運算需求每年都成長一倍,預計在可見的未來內會持續如此。

耗電問題在微軟的規畫中是一個重要議題,所以它建立了全球「熱能地圖」,納入選擇地點時所須考量的三十五個因素,包括電力成本。另外還有一群科學家,專門研究資料中心設計和運算效能的最新科技;曼諾斯則尋找可利用的當地資源,例如位於聖安東尼奧的新資料中心,就利用廢水處理系統的水來冷卻電腦。曼諾斯相信,他手下的二十座資料中心,能比業界平均減少三到五成的耗電量。

 
從產品設計到經營都拚減能

要找到科技界能源危機的解決方案並不容易。業界最大的資料中心建造成本超過兩億美元,要升級到最新的節能科技成本也會非常高昂。不過也有些比較快的紓解之道。大部分的伺服器電腦在任一時點,只會用到約一成的生產力,所以,資料中心也開始使用能將工作在伺服器間移轉的軟體,以將產能做最有效率的應用。新的電源管理系統,也能關閉閒置伺服器與其他設備的電源,達到節能的效果。

另外,晶片的設計理念也因此而改變。過去產業都只專注於讓晶片的處理速度不斷加快,但是昇陽電腦的科學家川柏萊(Marc Tremblay)卻發現,這個策略的缺點是忽略了晶片速度越快,溫度就會越高,使得晶片無法正常運作的問題。所以他設計了所謂的多核心晶片,在單一矽片上放上了數個處理器,讓每個核心處理器的速度較慢、溫度較低,但也能完成同等數量的工作。

由於半導體科技的複雜性,川柏萊花了將近十年才將產品上市。在根據此技術設計的昇陽新產品上市之後,昇陽的業績大有起色,同時也大幅減少了產品多達三分之二的耗電量。

即使是傳統的公用事業,也出現了驚人的改變。太平洋天然氣與電氣的布倫菲特,提供財務誘因給決定使用虛擬化軟體的客戶。透過虛擬化軟體,原本只負責一種應用軟體的伺服器,現在可以同時運作許多個軟體,進而減少了所需電腦的數量與耗電量。

布倫菲特的減能計畫是在經營模式上的創新,但是大部分的資料中心節能還是來自於科技上的進步。IBM研究員米丘結合了生物學和物理學,將人體的循環系統原理應用在電腦的冷卻系統設計上。
 
傳統的冷卻系統使用的是空氣,但是他的設計卻是以類似人體毛細血管的液體系統,來冷卻資料中心的電腦。透過裝在處理器上的金屬蓋,能將透過五萬個噴嘴,將水噴入蝕刻在金屬上的顯微管道。這些管道會有效地循環液體,減少汲水所需的能源。

雖然在這方面已經看到了長足的進展,但是真正要解決資料中心耗能的問題,還必須要看到更多不同領域的創新。雖然把資料中心設置在冰島或西伯利亞會有幫助,但是單單如此,還不足以完全解決科技界的能源危機。
 
(By Steve Hamm)
 

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