探索现代节能数据中心的关键属性

我们对数据中心的依赖程度在不断上升，尽管这一点常常被掩盖，但却毋庸置疑。分析公司 IDC 在其《数据时代 2025》报告中预测，四年内，社会每年将产生 175 ZB 的数据量，大约是当前速度的两到三倍。报告还指出，届时将有 60 亿联网用户，每个用户每天将与数据中心交互近 5,000 次，是现在的 3 倍、2015 年的 10 倍。

基于云的服务不断增加，特别是通过移动设备和数十亿物联网节点，而这进一步加剧了对数据中心的依赖。过去，数据中心主要用于存储数据，访问时间并不重要。但如今，低延迟运行已成为支持语音助手和视频流等高要求应用和功能的“规范”。随着数据环境的快速变化，现代数据中心的关键属性也有了新的定义，其中灵活性、适应性、可扩展性和可靠性都成为了最重要的属性。所有这些都突出了对效率的追求。

随着数据中心的能耗不可避免地增加，数据中心的效率不仅是锦上添花，更是重中之重。2018 年 11 月，国际能源机构在其题为《数字化与能源》的报告中提到，数据中心估计消耗了全球 1-1.5% 的能源。虽然提高效率可以确保即使数据量攀升，能源使用量也不会以相同比例增加，但显然，在不久的将来，数据中心有可能成为更重要的能源使用者。

自建或依靠合作伙伴建设数据中心的组织正面临着前所未有的能源相关挑战。许多组织正在采取一系列措施来定期监测其数据中心的能效表现，其中 PUE（电力使用效率）这一指标得到了普遍采用。这可以衡量总耗电量中有多少用于为 IT 设备供电、有多少用于其他基础设施，包括电池管理、不间断电源 (UPS) 和冷却。从根本上说，PUE 要求数据中心在不增加价值的活动中尽可能少地使用能源。 

设计和管理数据中心，以满足客户不断增长的数据需求，同时兼顾环保和利润回报，是一项具有挑战性的多方面工作。关键决策之一是数据中心的选址，要考虑到多种因素，包括当地经济、与客户的距离、平价可靠又充足的电力供应、令人满意的网络连接以及税收情况等等。从环境和 PUE 的角度来看，地理位置的重要性比许多人想象的要高。

地理位置将在很大程度上决定能源成本，并在一定程度上决定是否可以使用可再生能源。它还将决定所需能源的成本——要知道，能源成本通常在数据中心的终生成本中占很大比例，而且还在不断上升。考虑到数据中心落户当地对当地经济的益处，精明的运营商通常会在两个地点之间进行斟酌，以最终获得最佳条件。

不过，地理位置也可以用来降低运行成本。服务器产生的热量可以用来很好地衡量损耗，发热会导致运行效率低下，因此需要减少废热。在凉爽的气候条件下，一年中的大部分时间都可以通过过滤室外的环境空气，并使其经过热交换器来实现冷却，从而节省空调运行的不菲费用。美国采暖、制冷和空调工程师学会 (ASHRAE) 发布的热能指南说明了世界上哪些地方可以获得“免费冷却”，以及每年可获得多长时间的“免费冷却”。沿海数据中心使用的海水，则是另一种“免费”冷却方式。

利用环境因素（部分或全部）冷却数据中心非常有吸引力，但不可避免的是，湿气和其他污染物会进入数据中心，从而影响低质量组件的性能。此外，在采用环境辅助冷却的数据中心中，为其提供所需的数据和电力传输的许多连接器，都需要最高级别的电镀处理，并通过全面的测试和鉴定，以确保它们能够在这种条件下有效运行。

在欧洲，英国伦敦是最大的数据中心枢纽，拥有 495 兆瓦的数据中心供电能力，超过了巴黎、法兰克福和阿姆斯特丹。伦敦还拥有完善而丰富的光纤网络，许多主机托管和云计算提供商都在伦敦建立了自己的数据中心，以便靠近金融中心。然而，不断上涨的房地产价格和高昂的能源成本，使得超大规模运营商（Facebook、Microsoft、Amazon）更青睐税收、土地和能源价格较低的瑞典、丹麦和爱尔兰。但是，伦敦的气候凉爽、温和，一年中大部分时间都可以通过室外空气进行冷却，这一点可能又会促使这些企业重新进行考虑。

而新加坡则将数据中心视为赢得亚洲商业中心和金融中心地位的关键所在。这个城市国家为数据中心提供 290 兆瓦的电力，而这一数字还在迅速增长。然而，新加坡土地稀缺（因此价格昂贵），全年湿热的气候使其无法采用任何形式的蒸发冷却，需要长期使用冷却器。强制冷却对成本的影响十分巨大，以至于新加坡政府决定在 2021 年暂停建设新的数据中心，同时探索更高效的电源解决方案。

数据中心产生的热量可以很好地反映其效率。工程师们早就明白，消除废热的最佳方法是一开始就不产生废热。为了实现这一目标，我们已经开展了大量工作来提高服务器电源的效率，特别是在先进的拓扑结构和新型半导体材料方面。然而，在电源系统中持续大幅度提高效率的机会并不多，因此设计人员通常会将注意力转移到设计的其他方面。

采用优质高效的互连元件是降低能耗的一种方法。虽然每台服务器的节能效果可能相对较小，但如果数据中心内所有服务器的节能效果叠加在一起，就会产生可观的效益。例如，Molex 的 BiPass 解决方案让设计人员可以利用 Temp-Flex 高速 Twinax 绕过有损耗的印刷电路板，从而在从交换机中的 ASIC 或路由器连接到机架内的另一台服务器时，实现更低的插入损耗。散热片技术的进步使高效、可靠和坚韧的热管理策略成为可能，从而支持铜缆和光纤连接实现更高密度。放眼未来，借助这种出色的信号完整性性能和低插入损耗能力，设计人员可以省去重计时器，从而节省原本需要消耗的能源。

二十多年来，Molex 利用先进的热仿真来整合各种工程技术和先进软件，从而为全球客户提供创新、可靠的设计。由于热仿真能够以其独特的方式呈现气流和温度，工程师可以利用这些数据设计出更好的冷却系统。Molex 意识到数据中心客户所面临的挑战，因此再次突破思维定式，现在将其作为一项服务来提供，以帮助客户解决热挑战。

在我们这个以数据为生的世界，向数字化的转变只会不断加速。因此，灵活性、适应性、可扩展性和可靠性是现代数据中心的关键属性。但是，如何高效利用能源仍然是首要问题。地理选址是数据中心最重要的决策之一。不过，决定了地理位置之后，与致力于环境管理的创新者合作，同样有助于确保高能效设计在数据中心中的核心地位，从而提高系统效率和可持续性。