部署服务器虚拟化，电费节约知多少？

务器虚拟化如火如荼，势不可挡，关于服务器虚拟化带来的电力节约也有几多传说。大家都不怀疑服务器虚拟化为绿色环保做出的积极贡献，但如何量化服务器虚拟化带来的电力节约?本文试图带领大家一起作些有益的探索，希望能帮我们更清晰地认识服务器虚拟化对绿色数据中心的重要性和紧迫感。

当然，今天的虚拟化产品慢慢多起来，但到今天为止被大家广为传颂的还是VMware自去年推出的 Virtual Infrastructure 3(虚拟架构3，简称VI3)。所以我们在这里以此为对象进行探讨，就部署VMware VI3前后的电力支出进行对比，从而让我们可以清楚地了解服务器虚拟化这项新兴的技术怎样改变我们的数据中心能源消耗。

为了说明的方便，在此假定了一个用户，我们姑且称这个用户为上海橡树公司，下面让我们一起来研究上海橡树公司部署虚拟化后的电力节约情况。

上海橡树公司的IT概况

因为我们主要研究服务器虚拟化带来的能源节约，因此，我们假定上海橡树公司的PC服务器组成如下：

服务器整合是服务器虚拟化的最常见应用情景，在此以服务器整合模型为参考来研究虚拟化带来的电力节约。首先来看数据中心的电力消耗。根据实际情况，数据中心的电力消耗可以分成两大类：

计算架构(IT负载)的电力消耗: 服务器硬件、网络交换设备、存储网络设备等；

网络关键物理架构（简称：NCPI，非IT负载)的电力消耗: 变压器、UPS电源、电源线缆、风扇、空调、加湿器、照明、泵等。

数据中心的直接电力消耗

如要完整地研究整个数据中心电力消耗的情况，需要考虑上面涉及的每个部分。由于我们这里只就服务器虚拟化进行研究，因此这里只针对服务器硬件的电力消耗，结合虚拟化进行研究，研究虚拟化前后服务器电力消耗的差异。

要计算整个数据中心服务器的电力消耗量，只需要将数据中心所有服务器的额定功率进行叠加。由于额定功率的叠加是服务器可能消耗的最大功率，为了反映真实的能源消耗情况，需要乘以相应的调节系数，以反映数据中心稳定态的服务器电力消耗。稳定态系数是一个经验值，根据美国电力转换公司（American Power Conversion Corporation）的经验，"…大多数IT设备的标称功率大概超过实际消耗能量至少33%。"  

服务器的电力消耗通常基于服务器的高度尺寸进行计算(如：1U、2U、4U等)，我们这里假定CPU和机器的高度尺寸有如下的关系：

1颗CPU = 1U

2颗CPU = 2U

4颗CPU = 4U

8颗CPU = 6U

16 颗CPU = 12U

32颗 CPU = 24U

上海橡树公司总体电费支出节约：

上述计算基于如下假设：

部署VMware VI3后，由于CPU的利用率会大幅度提高，因此服务器的电力消耗也会相应增加。也就是说，单台服务器虚拟化后的电力消耗比虚拟化前高。CPU利用率增加和电力消耗增加之间的确切关系很难定量，会随着CPU不同、服务器型号不同而各有差别。但是，通过戴尔电脑公司的在线工具，可以根据负载类型估计电力消耗。戴尔提供了如下的负载种类：空闲、平均负载、I/O密集型和计算密集型。计算密集型负载可能比空闲状态多消耗150W的电能，可能比平均负载多消耗80W的电能。(注意：这个工具不提供每种负载CPU的实际利用率)。

下面我们以上海橡树公司为例子，进行电费支出计算。根据上海2006年电费价格，我们假定上海橡树公司每度电费为0.8元人民币，那么，上海橡树公司服务器硬件的电力消耗为：

因此，部署VMware虚拟化方案之前，每年的电费支出是：

部署VMware虚拟化方案之后，每年的电费支出是：

通过部署VMware虚拟化方案，数据中心服务器直接电力消耗每年的电费节约为：

数据中心冷却系统的电力消耗

数据中心的所有电子设备都会发热，包括服务器、交换机、存储网络设备等IT设备，也包括电力供应系统设备，如UPS、电力分配系统。当然，空调设备、照明甚至人都会产生热。和前面一样，为了方便讨论，这里仅仅讨论服务器硬件产生的热量。

数据中心的设计很大程度上决定了热效率和散热的成本，许多数据中心仍然采用由前到后的通风模式，将所有服务器朝向一个方向，这将导致从一台服务器后面散发的热空气会直接进入另外一台服务器的前方。比较好的设计思路在是热－通道/冷－通道的设计布局，这可以降低由前到后的通风模式带来的温度梯级。

即使采用了优化设计，仍然需要大约25％的冗余空气流动，当机房空调制冷系统故障时，冗余的气流可以确保数据中心冷却需求。而且，很多数据中心都有热点，热点的热密度往往大大高于其他区域，而集中的冗余气流可以满足数据中心的总统冷却需求。

除了需要气流冗余，数据中心还需要额外气流来满足冷却需要，因为有时候潮湿会导致冷却效率降低。当然适当的湿度也是需要的，过分干燥可能导致静电放电现象，而静电放电可能导致某些设备受损。但是，大多数的空调系统都会使凝结水蒸汽，从而降低环境湿度。为了维持合适的湿度，可能需要加湿器。

一般来说，数据中心消耗的电能绝大部分全部变成了热能，因此，服务器硬件的额定功率基本相当于热能输出功率。此外，根据在惠普公司实验室做出的结果，每1瓦的散热需要消耗0.8瓦的电能来进行冷却。(我们将此定义为负载参数L)。基于以上数据，数据中心的冷却能耗可进行如下推算：

上海橡树公司冷却需要的电费支出节约：

上述计算基于如下的假设：

这里的计算不包括分期付款的成本和电力冷却系统的维修成本。如果您需要计入这些成本，请结合自己的实际情况进行分别计算。

下面我们基于上海橡树公司的案例进行计算。通过将服务器的额定功率相加，可以算出在部署虚拟化之前，稳定消耗电力功率为407千瓦，部署VMware虚拟化方案后，电力消耗为51.6千瓦。这也就是上海橡树公司数据中心服务器散发的热量。因此，来冷却这些热量的成本可以进行如下计算。

部署VMware虚拟化方案之前，数据中心服务器的冷却成本为：

部署VMware虚拟化方案之后，数据中心服务器的冷却成本降为：

通过部署VMware虚拟化方案，数据中心服务器冷却电力消耗每年的电费节约为：

结论：服务器虚拟化为数据中心带来了巨大的电费节约

通过以上计算可以看到，数据中心服务器虚拟化可以带来大量的电能节约，电费的节省是相当可观的。通过部署VMware虚拟化解决方案，上海橡树公司每年总共可以节约的电费为人民币5,254,151.00元，这是我们没有计算之前觉得不可思议的。当然，涉及到具体的案例，可能节省的成本会有有所不同，但是电费的节约是显著的，这仅仅是部署服务器虚拟化的良好收益之一。

因此，部署服务器虚拟化已经成为大型数据中心的当务之急，成为有效控制数据中心电力紧张的法宝之一。