国际数据中心能效标准和法规概述.doc

国际数据中心能效标准和法规概述丁蔚( 中国电子学会 节能工作推进委员会，北京 100036)摘 要: 在节能低碳发展的大形势下，数据中心作为云计算重要支撑技术设施，不断增长的能耗逐渐成为各国法规制订者日益关注的问题。通过国际上数据中心能效标准和法规制订情况的概要介绍，建议为了更好地推动节能技 术的广泛共享和应用，全球数据中心能效标准和法规的制定者应当考虑技术标准的融合。关键词: 数据中心; 能效; 法规; 标准中图分类号: TN919. 5文献标识码: A文章编号: 1005-3824( 2012) 05-0010-04在这种情况下，很多国家的政府和相关组织都在积极制订数据中心能效相关标准和法规，加强能 效管理。同时，鉴于气候变化立法正在逐步加快脚步，将可能导致能源价 格 增 长 约 20% ，因 此 对 于 数据中心运营 者 而 言，在立法之前提高能 效，是一个 明智的选择。引言0随着 Internet 技 术 的 迅 速 发 展，以 计 算 的 设 施化和集中化为特征的云计算已 经成为下一代计算 模式的核 心。云 计 算的基础设施是承载着大量服 务器的数据 中 心，在云计算模式的支撑 下，数据中 心用于支持 应 用 程 序 运 行、提 供 海 量 信 息、同 时 实 现大量商 业 流 程 的 自 动 化。云计算的普及对于数 据中心容量的需求持续上升，数据中心的服务器运 行会消耗大 量 电 力，造成运营成本上 升，导致全球 温室气体不断增加。2007 年，美国环保部在向国会提 交 的服 务 器 和数据中心能效机遇的报告中估计全美国服务器 和数据于 2006 年共耗费 610 亿度电，占全美电力消 耗的 1 5% ，共计 45 亿美元; 作为发展迅速的行业 部门，到 2011 年服务器和数据中心的耗电量将可能 翻倍，将超过 1 000 亿度，共 计 74 亿 美 元。而 数 据 中心的能耗提升有很大的空间1。另据统计，中国 数据中心规模也呈快速增长趋势，数据中心能耗也 随之快速增加。2009 年，我国数据中心总耗电量约364 亿度，占当年全国总电耗的 1% 。未来几年，我 国数据中心仍将快速发展，如果维持当前的低能效 水平，到 2015 年，仅全国的数据中心就将消耗掉三 峡电站 1 年的发电量2。1 国家层面数据中心能效标准和法规制订1 1 美国环保部( EPA) 能源之星项目能源之星项目是国际知名 的以推动节能为目 标的标准认 证 项 目，它通过制订产品能效标 准，结 合实施能源之星标识，为用户选择高能效的产品提 供支持，在推动节能减排方面成绩卓著。2007 年，EPA 开始考虑拓展能效监管范 围，从 仅覆盖产品级的能效法规，走向推动设施级能效提 高，在能源之星的体系下建立数据中心能效标准和法规。2010 年，通过一年多时间针对 120 个数据中心能耗数据的收 集，基 于 业界广泛认可的 PUE( power usage effectiveness) 评 价 指 标，EPA 建 立 了 一个交互式的能效管理评估工具，形成一个 1 100 的分数评价体系。在这个评价体系中，得分为 75 的数据中心是指比其他所有 75% 的数据中心能效更 高。如果某个 数 据 中心的能效水平能够达到最高 的 25% ( 75 分) ，就可以获得颁发的能源之星的认 证3。获得能 源 之 星 认 证的数据中心可以得到更 收稿日期: 2012-09-20题策划多的政策鼓励和支持。1 2 美国国家数据中心能效信息项目美国环保部和能源部在制订数据中心能效标 准和法规方面都有明确的计划，为了防止技术方向 上的矛盾和冲突，需要建立协调机制。为了协调美 国环保部能源之星项目( EPA energy star program) 、 美国能源部 工 业技术项目立即节能倡 议 ( DOE in-dustrial technologies program save energy now initia- tive) 和美国能源部联邦能源管理项目( DOE federal energy management program) 在数据中心能效标准上 的工作，美国环保部和能源部共同发起 了“国 家 数 据中心能效信息项目”。2010 年 1 月，在“国家数据中心能效信息项目” 框架下，8 个领先的数据中心专业协会在美国华盛 顿召开了数据中心能效评价标准的会议，希望能够 共同制订数据中心能效评价标准，以便推动提高数 据中心能 效，减 少 能 源 消 耗。在 此 次 会 议 上，确 定 了数据中心能效标准的三大原则4，即1) PUE 作为评价数据中心能效的基础指标;2) 计算 PUE 的时候，可以利用在 UPS ( uninter- ruptible power supply) 输出端测量的数据; 鼓励逐渐采 用更加科学的方法，在 IT 设备处直接采集能耗数据;3) PUE 计算时的能耗应当包括数据中心使 用 的各种能源，以 及 各 种 耗 能 设 施，包 括 IT 设 施、制 冷、照明以及其他基础设施。在以上原则之外，本项目还提出了如何测量专用数据中心和多用途数据中心 PUE 值的方法5。不仅如此，“国家数据中心能效信息项目”还致 力于推动国家间数据中心能效标准合作。从 2010 年 2 月开始，项目定期召开会议，邀请来自美国、欧 洲和日本的数据中心专家，以协调统一数据中心能 效评价指标集合和 PUE 测量方法，共同开发更合理 的能效评价指标6。在以上标准化工作的基础上，美国能源部与劳伦 斯伯克利实验室合作开展能效工程师的培训和认证 工作，成立数据中心能源实践者项目( data center en- ergy practitioner，DCEP) 。项目的目的是培养数据中 心能效专家。2011 年，项目计划培养至少 200 个能效 工程师，获证工程师必须通过考试，并且每 3 年重新 认证一次。通过该项目的人员必须具有以下能力。1) 能够识别和评估数据中心提高能效的机会;2) 熟 练 应 用 DOE 的 数 据 中心能效管理软件 工具;3) 发现电 力 系 统、供 热 通风与空气调节、信 息 技术管理以及现场发电;4) 数据中心能效评估。1 3 欧盟数据中心行为规范欧盟在气候变化立法方面是全球的领导者，大 型的碳排放设施已经被碳排放 限值和贸易规则所 限制，例如，英国已经将气候变化制订成正式法规。 据统计，数据中心能耗 占到英国电力使用的 3% 。 而英国政府要求到 2050 年，全国温室气体排放减少80% 。因此，提高数据中心能效已经成为欧盟国家 紧迫的任务。欧盟数据中心行为规范7 是在欧盟主导下，由 包括英国计算机协会、AMD、APC、Dell、Fujitsu、Gart-ner、HP、IBM、Intel 等公司共同发起以提高数据中心能效为目 的 项 目。欧盟数据中心行为规范项目主 要针对小型数据中心开发出减 少整体能耗和碳排 放的解决方案，要求遵循行为规范的数据中心必须 实施节能最 佳 实 践 方 案、满 足 采 购 标 准，同 时 每 年报告能耗8。对于数据中心的设备提供商，为了符 合行为规范，需要开发和使用高能效的服务器和低功耗的 CPU，从 而 保 证 在降低能耗的情况 下，具有 相同的处理能力。项目鼓励必须采用软件，特别是 虚拟化的方法来管理能耗、提高服务器的使用率。1 4 新加坡绿色数据中心标准2011 年 3 月，新加坡政府发布 了“新 加 坡 绿 色 数据中心 标 准能源与环境管理系统标准 ”，这 个 标准基于正在研制的国 际能源管理标准 ISO50001，由新加 坡 国 家 标 准 化 局 SPRING 和 新 加 坡信息通 信 发 展 局 共 同 开 发。在标准发布的声明 中，新加坡政府指出，调查显示新加坡最大的 10 个 数据中心的耗电量相当于 13 万家庭用户的用电量， 而且据 BroadGroup 预测，从 2010 年到 2015 年，新加 坡的数据中心数量将 会 增 长 50% 。而 本 标 准 将 有 利于缓解数据中心增长带来的用电压力9。2 国际标准化组织数据中心能效标准 协调项目2 1 ISO / IEC JTC1 数据中心能效研究组2009 年 10 月，国际标准化组织 ISO / IEC JTC1成立了数 据 中 心 能 效 研 究 组 ( JTC1 study group on 11 专题策划energy efficiency of data centers，SG-EEDC ) ，研 究 数据中心能效 的 市 场需求，并推动相关的讨 论，为在 JTC1 中成立相关的标准工作组提供 基 础 材 料。研 究组的目标如下10:1) 开发数据中心能效相关的数据与定义;2) 开发评价数据中心能效并得到广 泛 认 可 的 技术指标;3) 开发最佳实践数据库;4) 开发针对数据中心的能源管理标准。目前 SG-EEDC 已经召开了多次会议，并已经发 布了相关研究成果。鉴于 JTC1 在国际信息技术标准化方面的影响力，在 JTC1 的框架下统一全球的数据中心能效标准是一个可能而且可行的方式。2 2 国际电信联盟国际电信联盟( ITU-T SG5 ) 是 ITU 中从事信息 通信技术的电磁环境影响以及 与气候变化的关系 的标准化 工 作 组。在数据中心能效和环境影响方 面，ITU-T SG5 致力于研究能效评价指标、最佳实践 和测量 方 法。作为一个国际标准 组 织，ITU-T SG5 希望能够把目前的标准化工作进行统一。同时，在欧洲地区性标准化组织中也发起了绿 色数据 中 心 协 调 项 目 工 作，例 如 CEN / CENELEC / ETSI 绿色数据中心协调工作组 ( Coordination Groupon Green Data Centers，CEN / CENELEC / ETSI CG- GDC) 。MM) ，涉及电源、制冷、计算、存储和网络等方面，帮助用户评估当前数据中心的能效和成熟度，并为下 一步提高能效，增强可持续性提供指导。为了加强与中国数据 中心设施厂商的联 系，TGG 正在计划建立中国办公室。3 2 美国绿色建筑协会美国绿色 建 筑 协 会 ( U S green building coun- cil，USGBC) 是致力于倡导绿色建筑的企业协会，其 开发的 LEED( leadership in energy and environmental design) 绿色建筑认证已经成为评估建筑节能的重 要指标。2010 年 11 月，USGBC 发 布 了 名 称 为建 筑设计与建设的新版 LEED 评估系统草案，其中包 括了对于数据中心的能源管理的要求。虽然数据中心与普通建筑有很大的差异，业界 对于 USGBC 涉足数据中心也有不同的 看 法，但 是 LEED 认证向数据中心的延伸将为数据中心节能带来新的要求和挑战。3 3 美国采暖、制冷与空调工程师学会美国采暖、制冷与空调工程师学会( American so- ciety of heating，refrigerating and air-conditioning engi- neers，ASHRAE) 是以促进建筑加热、通风、空调和制 冷等方面科学技术的发展为目标的国际组织。作为 技术专家，ASHRA 于 2011 年 2 月发布了“数据中心 绿色技巧”，提供了节能和节水战略技巧，为数据中心 的运营者、工程师和咨询师提供帮助。“数据中心绿 色技巧”虽然还不是标准，但是为提供统一的工程、技 术规范、方法、过程和实践提供很好的借鉴。3 4 欧洲 FIT4Green 组织作为欧盟第七框架计划支持的项目，FIT4Green 组织倡导信息技术设备本身对能耗的敏感性，推动 采用虚拟化、集群以及自动化计划提高数据中心的 灵活性，并提倡通过操作优化提高数据中心能源效 率，同时 将环境影响作为 数据中心服务等级协议 ( service level agreements) 的重要指标。3 企业联盟数据中心能效标准项目3 1 绿色网格组织在制订数据中心能效标准方面，绿色网格组织 ( the green grid，TGG) 是一个最有影响的组织，很多 现存的标准 都 引 用 TGG 开发出的技术指标。TGG 是一个由信息技术设备厂商组成的、以提高数据中 心能效为目的的协会。到目前为止，TGG 已经成功 地开发了包括 PUE、数据中心架构效率( data center infrastructure efficiency，DCiE) 、碳利用效率 ( carbon usage effectiveness，CUE) 和水利用效率( water usage effectiveness，WUE) 等多个广泛使用的与数据中心 相关的效率指标，用以全方位支持数据中心拥有者 评价和比较效率，并为提高效率提供技术方案。在建立指标体系的基础上，TGG 还开发了数据 中心 成 熟 度 模 型 ( data center maturity model，DC-总结与建议以上概要介绍了国际上在数据中心能效标准 和法规制订方面有一定影响的项目。目前在中国， 包括中国通信标准化协会、中国电子技术标准化研 究所以及中国标准化研究院等 单位都已经或正在 考虑开展相关的工作。4 12 DIGITAL COMMUNICATION /2012. 10专题策划在云计算的时代，信息技术服务可以遍布世界的所有角落，支撑云计算的数据中心也可能分布在 世界上的不同国家，如果不同地区的标准和法规不 统一，数据中心的运营者需要考虑遵循不同国家对 于数据中心能效的标准和法规，增加了运营者的负 担，影响云计算应用的推广。相反，如果全球数据中心能效标准和法规能够在 指标和方法上更趋统一，这样不仅可以方便数据中心 的运营者更好地遵循法规，推动基于云计算技术的信 息社会的进一步发展，同时也可以保证提高能效技术 的广泛共享和应用，从而更好地促进全球的节能减 排，减少信息社会发展对于气候变化的影响。ficiencyEB / OL ( 2011-05-17) 2012-09-08 http: www energystar gov / ia / partners / prod _ development / downloads / Data_Center_Metrics_Task_Force_Recommen- dations_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 / 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) 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-green-data-centre-standard / 7参考文献:81Energy star data center energy efficiency enitiativesEB /OL 2012-09-08 http: www energystar gov / index cfm? c = prod_development server_efficiency 中国数据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 centersEB / 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 /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作者简介:丁 蔚( 1976-) ，男，安徽淮南人，博士，副教授，Intel 中 国能源政策经理，工业和信息化部中国电子学会节能工作推 进委员会副秘书长，主要研究方向为信息通信技术标准与法 规研究。5Overview of international data center energyefficiency standardization and regulationDING Wei( Deputy Secretary，DESC China，China Institute of Electronics，Beijing 100036 P R China)Abstract: In the context of Energy Efficiency ( EE) and Low Carbon development，the increasing energy consumption ofData Centers ( DC) ，which are the technical infrastructure for Cloud Computing，has got much attention by the regulators Through the overview of the international standardization and regulation on DC EE，it is proposed that the global DC EE regulators should try to make sure the harmonization of the technical requirements in order for a broader international sha- ring and application of the EE technologiesKey words: data Centers; energy efficiency; regulations; standards( 责任编辑: 迟蕾) 13