07年8月，美國(guó)環(huán)境保護(hù)機(jī)構(gòu)（EPA;epa.gov）公布了一個(gè)關(guān)于服務(wù)器和數(shù)據(jù)中心的能耗和效率問題的報(bào)告，引起了新一輪的討論。從現(xiàn)有的狀況來(lái)看，大部分的數(shù)據(jù)中心機(jī)房都部署了至少50%的銅纜布線系統(tǒng)。許多業(yè)內(nèi)人士相信，向更加“綠色“的道路發(fā)展，整合性能和價(jià)格方面的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)10G高速網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在數(shù)據(jù)中心的廣泛應(yīng)用將成為數(shù)據(jù)中心發(fā)展的必然之路。

采用圖示的光纖上走線方式，可以免除地板下的布線，保證機(jī)房的制冷效果和降低能耗     根據(jù)EPA的報(bào)告，2006年，全美服務(wù)器和數(shù)據(jù)中心的能源消耗達(dá)到610億千瓦時(shí)，約占全部美國(guó)用電量的1.5%左右，相當(dāng)于美國(guó)物業(yè)消耗的平均水平 - 580萬(wàn)千瓦。也就是說(shuō)，整個(gè)美國(guó)的數(shù)據(jù)中心電量的消耗，已經(jīng)超過了其所有彩色電視機(jī)的用電總和。

這份報(bào)告同時(shí)強(qiáng)調(diào)了一個(gè)值得人們警惕的現(xiàn)象：2006年全美國(guó)服務(wù)器和數(shù)據(jù)中心的用電量是2000年的兩倍多。如果按照這樣的趨勢(shì)發(fā)展，到2011年，這個(gè)數(shù)字將會(huì)再次翻兩番，超過1000億千瓦時(shí)，年消耗74億美元。報(bào)告預(yù)計(jì)，目前全美國(guó)數(shù)據(jù)中心機(jī)房用電峰值達(dá)到7億瓦，以此類推，2011年將會(huì)達(dá)到12億瓦，這樣算起來(lái)，需要增加10個(gè)電廠。

相同端口的銅纜與光纜所占用線槽的對(duì)比

通過上圖所示，可以非常清楚地得出結(jié)論：使用帶狀光纜替代銅纜可以在采購(gòu)需求量上產(chǎn)生很大的差異，并且因而節(jié)約了大量空間和提高了設(shè)備間空氣的流動(dòng)性。

今天，數(shù)據(jù)中心所擁有的服務(wù)器和存儲(chǔ)設(shè)備成百上千，同時(shí)，設(shè)備的需求量隨著數(shù)據(jù)處理、存儲(chǔ)和通信需求的不斷上升還會(huì)進(jìn)一步增加。但是，IT行業(yè)人員及其用戶認(rèn)識(shí)并了解推動(dòng)這一趨勢(shì)不斷發(fā)展的真正的動(dòng)力—就是刀片服務(wù)器的出現(xiàn)。因?yàn)檫@類設(shè)備在機(jī)房中占用極小的空間，具體的說(shuō)，普通的42U的機(jī)柜可以安裝21臺(tái)傳統(tǒng)的2U服務(wù)器，但是，如果使用刀片服務(wù)器，在同樣的機(jī)柜中能夠裝載100到150臺(tái)。

眾所周知，刀片服務(wù)器非常好的實(shí)現(xiàn)了虛擬化的應(yīng)用，這就讓相關(guān)的IT管理人員減少了數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器和其他設(shè)備的數(shù)量。我們可以參考一個(gè)非常普通的應(yīng)用：假如一個(gè)企業(yè)的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)重需要運(yùn)行14個(gè)系統(tǒng)，依據(jù)傳統(tǒng)的解決方案，那么就需要相應(yīng)的14臺(tái)服務(wù)器來(lái)支持這些應(yīng)用，同時(shí)還需要另外附加的服務(wù)器以實(shí)現(xiàn)冗余備份。但是，如果我們通過虛擬化的方式，你可以把多種業(yè)務(wù)的應(yīng)用同時(shí)放在虛擬的服務(wù)器上，從而開放出你認(rèn)為不同業(yè)務(wù)應(yīng)用所需要的運(yùn)算能力，通過這種虛擬化和使用刀片服務(wù)器，我們可以減少在數(shù)據(jù)中心機(jī)房?jī)?nèi)的服務(wù)器的數(shù)量。”

但是，刀片服務(wù)器也同樣有自身的弱點(diǎn)。盡管刀片服務(wù)器外觀看起來(lái)似乎是小型設(shè)備，但卻有與其外觀不一致的能耗，從而成為一個(gè)難題。因?yàn)楫?dāng)前的數(shù)據(jù)中心，特別是5年前建立的數(shù)據(jù)中心，其原有的設(shè)計(jì)是不能滿足當(dāng)前所面臨的供電和制冷的需求，按照當(dāng)時(shí)的規(guī)劃，可能是每平方英尺30-50瓦（設(shè)備和制冷用電之和），如果現(xiàn)在使用刀片服務(wù)器并且保證其有效運(yùn)行，那么就需要平方英尺100-150瓦。這就是為什么當(dāng)前會(huì)有如此大量的數(shù)據(jù)中心和機(jī)房在重建，因?yàn)殛P(guān)注供電和制冷系統(tǒng)是一個(gè)必須要面對(duì)的課題”

供電和制冷的困境 

那么光纖是如何減輕這些負(fù)擔(dān)呢？大多數(shù)的數(shù)據(jù)中心都采用架空地板的方式設(shè)計(jì)：被架高的地板是一個(gè)充壓通風(fēng)的區(qū)域，在這里，冷空氣從地板的風(fēng)孔進(jìn)入地板上方的設(shè)備區(qū)域，然后進(jìn)入到網(wǎng)絡(luò)柜中對(duì)設(shè)備進(jìn)行設(shè)備降溫。那么光纖作為基礎(chǔ)設(shè)施部署于數(shù)據(jù)中心所帶來(lái)的一個(gè)巨大好處就是可以移除幾乎所有所有地板下的傳輸介質(zhì)。 非常普遍的現(xiàn)象就是由于銅纜相當(dāng)沉重，因此幾乎都被放置于地板下面，這實(shí)際上造成了氣流的障礙，限制了地板下空氣的流動(dòng)。 

而事實(shí)上，要實(shí)現(xiàn)相同的性能卻只需少量的光纖就可以完全取代那些數(shù)據(jù)中心的IT經(jīng)理們需要在路徑、空間、機(jī)架以及垂直理線器中布放數(shù)量驚人的銅纜。舉例來(lái)說(shuō)，一個(gè)能夠在10G網(wǎng)絡(luò)上傳輸108個(gè)通路的216芯光纜，直徑僅0.7英寸，而銅纜要達(dá)到相同性能就需要幾乎兩倍直徑，談到這些線纜的重量，如果采用六類增強(qiáng)型銅纜，按照200英尺的長(zhǎng)度計(jì)算，其重量將近1000磅；而同樣長(zhǎng)度的216芯光纜，重量?jī)H40磅。

從另一角度來(lái)看，我們可以對(duì)比關(guān)于12芯帶狀光纜和六類銅纜，顯然，帶狀光纜要比銅纜線徑小得多。從而體現(xiàn)出線架/槽道中的線纜數(shù)量的差異性，換句話說(shuō)，同樣功能和達(dá)到其需求性能的光纜在橋架內(nèi)的填充率不足2%，遠(yuǎn)小于銅纜的40%。因此選擇光纖，就意味著避免阻塞空氣流通并節(jié)省有限的空間。

小型化和輕便的光纜可以更好地利用上走線的橋架布線方式，這種方式相對(duì)地板下走線，提高了有效的被動(dòng)式散熱。   

現(xiàn)在，我們?cè)賮?lái)面對(duì)另外一個(gè)非常重要的話題-制冷。根據(jù)EPA報(bào)告稱，在數(shù)據(jù)中心中支持IT設(shè)備的供電和制冷基礎(chǔ)設(shè)施占整個(gè)數(shù)據(jù)中心能源消耗的50%。同時(shí)IDC的分析師預(yù)測(cè)，到2010年在一個(gè)新的服務(wù)器開銷中，有71%的費(fèi)用要用于供電和制冷。  

隨著數(shù)據(jù)中心越來(lái)越多的使用刀片服務(wù)器，將導(dǎo)致更多的電力消耗，更多的熱量產(chǎn)生，其制冷的需求也隨之進(jìn)一步增加，但是，光纖可以減輕來(lái)自這些方面這些壓力。引用一張EPA的圖表，可以看出，每提供1千瓦的電力給網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，就要提供1千瓦的電力來(lái)供應(yīng)制冷系統(tǒng)。康寧光纜系統(tǒng)對(duì)經(jīng)過詳細(xì)的試驗(yàn)和計(jì)算出了光纖和銅纜兩種介質(zhì)在傳輸10G時(shí)的能源消耗數(shù)值（見下圖）。是以288個(gè)網(wǎng)絡(luò)端口的10G為例，與銅纜相比，可以看到光纖網(wǎng)絡(luò)設(shè)備所需能源及用于其制冷的能耗，節(jié)省了近86%的成本，這一數(shù)字是非常讓人震驚的。

采用了源自EPA的報(bào)告，康寧光纜系統(tǒng)得出這樣的結(jié)論： 10G銅系統(tǒng)要比10G光系統(tǒng)的能耗和制冷成本多出86%。 　

10Gbps速率應(yīng)用的導(dǎo)火索
 
在目前在美國(guó)數(shù)據(jù)中心應(yīng)用中，部署光纖和銅纜的比例時(shí)，通常使用銅纜和光纖的比例在90:10到50:50之間，對(duì)于數(shù)據(jù)中心的SAN區(qū)域，基于光纖通道協(xié)議的可靠性，幾乎是全光網(wǎng)絡(luò)。 當(dāng)然，就目前而言，當(dāng)今多數(shù)用戶的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)仍運(yùn)行在較為普遍的千兆數(shù)據(jù)傳輸速率上，用光系統(tǒng)完全取代銅系統(tǒng)是有些困難的，因?yàn)殂~系統(tǒng)的價(jià)格優(yōu)勢(shì)非常明顯，但是當(dāng)速率上升到10G，這或許會(huì)成為一個(gè)拐點(diǎn)。

IEEE 802.3an已經(jīng)定義了銅纜傳輸10G的標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)也已經(jīng)有很多的產(chǎn)品可以提供用戶選擇。今天，多數(shù)10G網(wǎng)絡(luò)都應(yīng)用在金融機(jī)構(gòu)或者較大型的數(shù)據(jù)中心，但是隨著越來(lái)越多的IT經(jīng)理認(rèn)識(shí)到光纖的經(jīng)濟(jì)效益和綠色效應(yīng)，這種狀況將會(huì)發(fā)生很大變化。從某種意義上說(shuō)，光系統(tǒng)在目前的網(wǎng)絡(luò)層應(yīng)用處于不利的位置，主要是價(jià)格因素，但是隨著10G甚至更高速的網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用普及，光纖網(wǎng)絡(luò)的性價(jià)比將會(huì)得到充分的體現(xiàn)。

我們可以基于有源器件作一些簡(jiǎn)單的探討，對(duì)于10GBase-T器件，SFP+收發(fā)器在10GBase-SR的應(yīng)用將逐漸地降低其能耗和成本。SFP-MSA協(xié)議規(guī)定最大的功耗是1瓦，但目前實(shí)際采用的大約只有0.5瓦。相對(duì)而言，10GBase-T應(yīng)用在物理層則需要10-15瓦的功率才能驅(qū)動(dòng)器件，而且也只是100m內(nèi)的傳輸距離。而SFP+的傳輸距離則可以達(dá)到300m.。  此外，SFP+可支持48個(gè)端口的插板，每端口耗電0.5瓦，48口就需要24瓦。通常的插板需要大約60瓦，因此我們必須在60瓦功耗的預(yù)算內(nèi)進(jìn)行。在10GBase-T應(yīng)用中，每口耗電10-15瓦，驅(qū)動(dòng)銅纜插板，按照每口10瓦計(jì)算，可支持6個(gè)端口。這樣，要想獲得與光纖同樣的應(yīng)用帶寬，就必須增加數(shù)倍的10G銅纜插板，因此這些更多的額外的功率不僅用在每個(gè)端口的能耗上，而且還要驅(qū)動(dòng)另外插板運(yùn)行上。”

在進(jìn)行有源器件對(duì)比時(shí)，不應(yīng)僅僅停留在交換層面，還應(yīng)包括接口層面。服務(wù)器接口或者適配卡依靠服務(wù)器上本身的PCI總線供電。一般而言，PCI總線提供的電能約25瓦。如果需要的電能超過25瓦則需要外部供電。目前市場(chǎng)上的以太網(wǎng)適配卡耗電在25瓦以下，可支持30m的傳輸距離。更長(zhǎng)的傳輸距離需要更多的電能，相應(yīng)地，也需要額外的供電。但是對(duì)于應(yīng)用于10G網(wǎng)絡(luò)的光網(wǎng)絡(luò)接口卡來(lái)說(shuō)，其能耗不會(huì)超過9瓦甚至更低，這對(duì)服務(wù)器以及所消耗的巨大電能來(lái)說(shuō)，其意義就非同小可了。任何降低服務(wù)器及各項(xiàng)應(yīng)用的能耗的舉措，都是求之不得的。

總而言之，在數(shù)據(jù)中心部署光纖網(wǎng)絡(luò)而不是銅纜系統(tǒng)將會(huì)大幅減少能源消耗、提高制冷效果、改善整體機(jī)架和架空地板的空間利用率。尤其在10G這樣的傳輸速率應(yīng)用中，光纖將比銅纜系統(tǒng)更具顯著的經(jīng)濟(jì)性。

在不久的將來(lái)，隨著更多的企業(yè)將數(shù)據(jù)中心向10G甚至更高速的網(wǎng)絡(luò)移植，光纖將會(huì)發(fā)揮更大的作用。目前，IEEE正在著力于40G和100G這樣的下一代高速網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)的制定：服務(wù)器支持40G，網(wǎng)絡(luò)核心層支持100G，這些應(yīng)用都將依靠光纖系統(tǒng)（單模和多模）來(lái)實(shí)現(xiàn)。這些帶給我們更深的思考就是：10G網(wǎng)絡(luò)對(duì)于今天的我們是夠用的，如果在今后達(dá)到40G和100G時(shí)，我們的基礎(chǔ)設(shè)施該怎樣呢？

TIA 942標(biāo)準(zhǔn)讓你置身困境之外

能夠幫助企業(yè)降低能耗的有效途徑就是遵循TIA942 標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于數(shù)據(jù)中心通信基礎(chǔ)設(shè)施中有關(guān)冷熱通道的定義進(jìn)行規(guī)劃。雖然TIA942 標(biāo)準(zhǔn)在2005年就已經(jīng)頒布了，但事實(shí)上大多數(shù)數(shù)據(jù)中心的建設(shè)并沒有將這些規(guī)范付諸于自己的規(guī)劃和建設(shè)之內(nèi).

TIA942標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)于冷熱通道的設(shè)計(jì)是有助于對(duì)相對(duì)集中的設(shè)備進(jìn)行散熱和促進(jìn)整個(gè)數(shù)據(jù)中心的氣流循環(huán)。       

下面我們可以看到這些工作的原理：將服務(wù)器和其他設(shè)備機(jī)架“面對(duì)面、背對(duì)背”式隔離交錯(cuò)排列，形成間隔的冷通道和熱通道。    這樣，在設(shè)備面對(duì)面的通道中，冷空氣從網(wǎng)絡(luò)設(shè)備前面的架空地板的散出孔出來(lái)后，經(jīng)過機(jī)柜和設(shè)備的內(nèi)部運(yùn)行后變成熱空氣，再?gòu)臋C(jī)柜背面排出；在背對(duì)背的通道中，熱空氣上升，從天發(fā)板的排氣口溢出。散熱就是這么簡(jiǎn)單！

簡(jiǎn)而言之，遵從TIA 942標(biāo)準(zhǔn)將會(huì)避免一些麻煩。因此，當(dāng)你需要建立一個(gè)新的數(shù)據(jù)中心時(shí)，冷熱通道的設(shè)計(jì)也是需要認(rèn)真考慮的關(guān)鍵問題之一。