将数据中心想象成互联网的大脑——处理、存储和传输所有的数据，从社交媒体到科学计算。
为此，数据中心使用各种IT设备，所有这些设备都需要消耗大量能源。例如，服务器执行计算并提供响应信息请求的逻辑，存储驱动器保存满足每个请求所需的数据和文件，网络设备通过将整个数据中心连接到互联网来实现办输入和输出数据流。
这些IT设备使用的电力最终会转化为热量，数据中心必须通过使用同样消耗能源的冷却设备来去除热量。
当前数据中心的能源消耗统计
根据Forbes2017年发布的一份报告，当年仅美国的数据中心就使用了900多亿千瓦时的电力。如此多的能源将需要34个大型燃煤电厂，每个电厂至少产生500兆瓦的电力，才能满足上述数据中心的电力需求。然而，与全球范围内运行数据中心所需的电量相比，这一数字相形见绌。全球数据中心需要416太瓦的电力，约占地球上所有发电量的3%。这已经是一个巨大的电力，并且随着每年运营的数据中心数量的增加，电力需求只会随着时间的推移而增加。
鉴于世界上80%的能源仍然来自化石燃料，不断增长的电力需求已经造成了严重的环境问题。好在，这个问题得到许多数据中心提供商的注意，他们致力于寻找解决方案来满足消费者的电力需求，同时将能源使用保持在高效和合理的水平。总的来说，数据中心现在的电力使用效率比几年前要高得多，正如其电力使用效率(PUE)分数所证明的那样。然而，总是有新的改进方法，特别是因为大多数效率变化被认为是相对“容易实现的目标”。是时候让数据中心向高效能源消耗领域迈出新的一步了。
数据中心的电力使用
平均而言，冷却系统和服务器占数据中心能源消耗的大部分，其次是网络设备和存储驱动器。
根据美国能源部的数据，拥有数万台设备的最大数据中心需要超过100兆瓦的电力，足以为大约80,000户家庭供电。
随着互联网使用量的增加，对数据中心服务的需求也在增加，引发了人们的担忧。
关于不断增长的能源使用。根据这项研究，从2010年到2018年，全球IP流量增长了10倍，而数据中心存储容量增长了25倍。在同一时期，全球服务器上运行的计算实例总数增加了六倍多。
随着世界不断消耗越来越多的数据，预计这些增长趋势将继续下去。此外，随着人工智能等计算密集型服务的出现，对IT服务的需求可能会增长得更快。这就是为什么能够量化和预测数据中心的能源消耗是至关重要的。
估算数据中心的能源消耗的两种方法
由于官方统计数据并未针对数据中心能源消耗的国家和全球水平进行编制，因此必须使用数学模型来估算能源使用情况。“自下而上”的模型考虑了数据中心安装的IT设备和每个设备的能源使用特征来估算总能源消耗。这种方法不太常见，因为其需要大量的数据和时间。使用这种方法的最新权威研究出现在2011年，估计数据中心在2010年占全球用电量的1%以上。
另一方面，基于外推的模型，可以根据数据中心投资和全球IP流量等市场增长指标，通过缩放自下而上的值来估算总能源使用量。因为这些模型要简单得多，所以通常被用来填补零星的自下而上研究留下的空白。
自下而上和基于外推的模型：结果
由于市场指标增长迅速，外推模型估计数据中心能源消耗显着增加。例如，一项经常被引用的外推研究表明，全球数据中心的使用自2010年以来翻了一番，并将继续迅速上升。这些估计强化了这样一种普遍看法，即对数据的需求增加会导致数据中心能源消耗同样快速增长。
然而，自下而上的结果却表明并非如此。根据Eric Masanet的研究，从2010年到2018年，全球数据中心的能源消耗很可能只增长了6%左右。该数字是基于近期数据集的整合，这为已安装库存提供了更好的表征、运行特性和数据中心IT设备的整体能源使用。这些结果与基于外推的估计形成鲜明对比。
主要影响能源使用变化的三个因素：
由于制造商的技术进步，IT设备的能源效率得到了显着提高。服务器虚拟化软件通过允许多个应用在一台服务器上运行，从而降低托管应用的能源消耗。云和超大规模数据中心利用更高效的冷却系统来最大限度地减少能源消耗。
使用基于外推的方法很难捕获这三个因素，这就是为什么这些方法显示的能源消耗比数据中心实际使用的要多。
数据中心能源使用和CO 2排放
数据中心的能源消耗也引起了对CO 2排放的担忧。然而，由于缺乏全球数据中心数据及其电力来源的排放强度，估计总排放量尚不现实。不过，Apple、Google和Switch等企业开始公开报告这些数据，这表明大型数据中心运营商越来越倾向于采购可再生能源。
鉴于对数据中心的全球用电量有更多的了解，因此有一个有用的基准来测试有关CO 2排放量的声明。下面来看一个示例。
一个经常被提及的说法是，全球数据中心排放的CO 2量与航空业一样多——约9.15亿吨。全球数据中心最近消耗了大约2050亿千瓦时。因此，如果这一说法是正确的，其平均排放强度必须约为4.4 kg CO 2/kWh。现在，来看看燃煤发电厂，这是碳排放量最高的设施。其排放强度不到该值的1/4——约1 kg CO 2/kWh。由于数据中心显然不使用煤炭，尤其是考虑到可再生能源的使用趋势，因此认为数据中心的CO 2排放量如此之大是不现实的。
展望未来：提高数据中心的能源消耗效率
由于对IT服务和计算密集型应用的需求不断增长，存在一种风险，即需求将超过能源效率收益。这意味着，为了避免未来能源消耗的急剧增长，对下一代散热、计算和存储等节能技术的投资将是必要的。分析师应该考虑以下几个关键的优先事项:
开发和共享有关冷却和电力系统以及IT设备的配置、库存和能源使用特征的可靠数据。共享和比较模型以开发最佳实践，以增加对模型输出的信心。共同努力为人工智能、5G和计算强度增加等新兴趋势开发更好的实践。
在过去的几十年里，数据中心已经发展成为现代社会中越来越重要的组成部分，计算机基础设施已经成为生活基础的重要组成部分。随着这种发展和其提供的大量优势，也带来了显着的缺点，特别是在环境可持续性和能源消耗方面。要想成功运营，数据中心需要优先考虑高效的能源使用，并重点开发降低整体能耗的新方法。
提高能源使用和效率的16个技巧
对数据中心运营进行大规模更改以提高能源使用效率可能是一项复杂、昂贵且耗时的冒险。但改变不一定要极端才能有效，也不需要一下子全部发生。通过使用以下16种方法，数据中心可以快速开始有效地降低其能源消耗，而不会显着影响其底线。
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