綠色數據中心的能耗管理關鍵問題研究

《綠色數據中心的能耗管理關鍵問題研究》是依託西安交通大學，由王培健擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：綠色數據中心的能耗管理關鍵問題研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：王培健
• 依託單位：西安交通大學

中文摘要

由於能源的持續緊缺以及自然環境的惡化，許多國家的能源戰略都轉變為大力發展可再生能源，提高現有能源利用效率以及減少二氧化碳排放。而隨著數據中心能耗及其相關成本的急劇增加，綠色數據中心也受到越來越多的關注。綠色數據中心是指部分或全部由綠色能源供電的數據中心。而綠色能源天然的間歇性（intermittent）卻造成其使用率偏低。本課題以提高綠色能源的使用率和數據中心的穩定性為目標，通過分析綠色能源波動性對於負載行為的影響，提取相關特徵並建立模型；以此為基礎，設計數據中心負載調度和能耗控制策略。同時，課題將探索數據中心提供“綠色”服務的可行性，提出綠色服務等級(Green Service Level)，並設計確保綠色服務等級的機制。本研究以綠色數據中心的能耗管理為切入點，旨在降低數據中心傳統能源（brown energy）的使用量和運營成本，同時提高綠色服務質量，為加速綠色數據中心的發展打下基礎。

結題摘要

隨著信息產業的不斷發展，對於數據中心的作用也越來越重要，其規模和數量都呈指數級增長，隨之帶來的是數據中心能耗以及電費成本的劇增。同時，由於目前發電主要採用的是化石燃料，所以高能耗也帶來了諸多環境問題，例如溫室氣體的排放。為了緩解數據中心高用電量帶來的經濟負擔和環境問題，學術界和工業界開始倡導利用可再生能源（即綠色能源）為數據中心供電，這樣的數據中心被稱作綠色數據中心。然而，綠色能源（風能、太陽能）其固有的間歇性卻給數據中心能耗管理帶來了巨大的挑戰。為了應對該挑戰，本課題對相關問題進行了深入而細緻的研究。其核心思想為通過負載調度和能耗控制，使數據中心的用電量與綠色能源供給相匹配。課題取得的主要研究成果如下：1. 在能耗模型方面，提出了計算負載的性能和能耗模型以及異構處理器的能耗模型，相關模型都在原型系統中得到驗證，準確率較高，為後續研究工作打下基礎。2. 在負載調度與能耗控制方面，提出了一種針對混合負載的調度策略，該策略不依賴於對於綠色能源的預測，而是根據線上算法決定負載調度，最高可節約電費達35%。3. 在綠色服務方面，提出了一種基於負載使用率的綠色服務模型，在此基礎之上，設計了購買綠色服務的競價模型，並設計了一種最優定價策略，提高服務提供商的收益。4. 在用電成本管理方面，首次提出了分散式數據中心可以利用序貫競價（sequential bidding）的方式參與電力市場，將該競價問題建模為一個馬爾科夫決策過程，接著刻畫出最優成本函式的性質，並以此為基礎設計最優競價策略，可為服務提供商節約電費10%以上。課題還開發了原型系統和仿真平台，並在其上驗證了模型的準確性和算法的效果。課題產出的相關研究成果在華為探索未來ICT能源管理關鍵技術的項目中得到套用，部署在華為2012實驗室的實驗平台上，取得了良好的效果。