全球資料中心每年至少消耗200TWh的電力(約佔全球能源使用的2%)。降低資料中心所使用的電力將可減少環境影響、營運支出的降低也可讓整體營運成本再下降。儘管資料中心受益於伺服器效率的提升，耗電量增加速度，仍遠低於數位服務需求的成長速度，但資料中心的營運和設計仍需採用能降低能源需求的方法，以幫助政府和企業實現其環保目標。

選擇能有效滿足資料中心工作負載需求的伺服器可以影響整體能源消耗。伺服器系統需要最佳化以執行特定工作負載，這樣可以減少不必要的處理量消耗。此外，某些伺服器由於設計上使用了一些共用零組件而比其他伺服器更節能。最新一代的系統每瓦可執行的工作有顯著的增加，從而降低了能源消耗。

 

為特定工作負載需求搭配適合的系統

在設置伺服器時，有許多零組件和規格配置可選擇。傳統的通用型伺服器為處理各式各樣典型的工作負載而設計，而為了確保其系統適用於廣泛的應用，會導致資源過度配置。工作負載最佳化的系統則提升了零組件和規格配置選擇，以符合特定工作負載需求。這些最佳化減少了不必要的功能從而降低成本，同時也降低了能源消耗和熱能產生。若考慮擴展到數百、數千甚至數萬個系統時，節省的效果將會非常顯著。

不同類型的伺服器系統是為不同的工作負載設計的，例如具有更多CPU、冷卻能力、記憶體容量、I/O能力或網路性能的伺服器。例如高效能運算應用需要快速的CPU，而內容傳遞網路需要大規模的I/O能力。使用為特定工作負載專門設計的伺服器類型可以減少過剩量能，從而降低成本。

提升多節點和刀鋒伺服器效率

伺服器系統可以設計為共用資源以此提升整體效率。例如將電源供應器或風扇給多個節點共用，可以減少每個節點間這些零組件的重複需求。多節點系統可以共用電源供應器和風扇以提供效率優勢。這樣運用的結果是，可以使用更大的風扇和更高效的電源供應器，從而減少所有節點都運行應用程式時的電力消耗。

另一個節省資源的例子是，使用一個系統而其中多個獨立伺服器除了可共用網路之外，還可共用電源供應器和風扇。透過高密度運算和配有共用電源供應器的整合式交換器，不僅可以減少所需的機架空間，還可以減少大量的電纜。

當使用氣冷伺服器時，減少能源使用的另一種方法是去留意並減少電纜問題。阻礙氣流的電源和網路電纜需要風扇以更高的轉速運轉，這會需要使用更多電力，而在機箱內和機箱外謹慎配置這些電纜可以減少這種問題發生的可能性。此外，由於使用了背板，通常由整合式交換刀鋒型伺服器組成的系統會有較少的電纜。

透過20個1U機架伺服器與現今一個具有20個刀鋒的8U機箱刀鋒型系統的比較，電纜數量減少了95％，這有助於改善空氣流動，並減少系統在風扇轉速方面使用的電力。

選擇和最佳化關鍵伺服器系統零組件

在購買新的伺服器硬體時需要做許多決策。隨著CPU和GPU設計的進步，抉擇時不僅限於要取得哪種硬體、還應擴展到將工作負載和服務級別協定(SLA)與具體型號做搭配，這也會降低應用程式執行時的能耗。

．性能瓦特比

CPU技術不斷改進，這其中最關鍵的進步之一，就是每一代CPU和GPU都能在每瓦電量下完成更多的工作。最近由Intel和AMD推出的產品，在每瓦消耗功率方面，工作效能高達以前的三倍。這種技術奇蹟對於希望以穩定或減少能耗要求、提供更多服務的資料中心有極大的好處。

．CPU的差異

伺服器和工作站的CPU有許多不同的規格配置可供選擇。CPU的核心數、處理器時脈頻率、耗電量、超頻時脈頻率，以及快取記憶體大小是分類CPU的常見方式。核心數和時脈頻率大多與耗電量有關，更多的核心數和時脈頻率通常需要更多電力，且運作時會產生更多熱能。相反地，較少的核心數和時脈頻率將運行時消耗較少的電力且溫度較低。

例如，假設一個工作負載不需要在一定的時間內完成。當服務級別協定可能更嚴格時，與更高功率性能的系統相比，可使用具有較低功率性能CPU的服務器，電子郵件伺服器就是一個這樣的例子。查看或下載電子郵件到客戶端設備的反應時間需要是雙向互動的，但可以使用速度較慢且能耗較低的CPU，因為其瓶頸將是儲存和網路。

另一方面，較高性能和能耗較高的CPU會更適合於需要快速分析資料的資料庫環境中。雖然將電子郵件伺服器放在高性能系統上不會造成損害，但該系統將無法發揮其預期可發揮的用途。

．加速器

現今的運算環境變得越來越多樣化，加速器可用於提高特定工作的性能，即使CPU性能在過去幾年內呈指數級成長。最近，Supermicro針對400多名IT專業人員和資料中心管理者的調查發現，現今許多營運商將GPU用於高度平行演算法時，可以顯著縮短運作時間，降低整體電力成本。

．SSD vs. HDD

傳統硬碟(HDD)已作為主要的儲存方法超過50年，儘管近年來HDD的容量大幅提升，但存取時間仍然相對固定。隨其演進，HDD的吞吐量也提升、容量也提高，然而固態硬碟(SDD)在資料檢索速度方面更快，並且比HDD消耗更少電力。儘管HDD適合用於企業的長期資料儲存，M.2 NVMe和SSD硬碟目前每秒傳輸約3GB的資料量，這可大大縮短完成高度I/O應用程式所需的時間。整體而言，與其他I/O技術相比，這樣的性能將在完成工作所需的時間內，消耗更少的能源。

縮短伺服器系統零件組的更新週期

伺服器的主要零組件在性價比方面不斷提升。隨著應用程式繼續使用更多的資料，無論是用於AI訓練、提高解析度還是更多如內容傳遞網路所需的I/O，都可能需要的配置最先進CPU、記憶體、加速器和網路的最新型伺服器。

然而，每個子系統的演進速度不同。據估計，更新週期從5年減少至3年，不需要丟棄整個伺服器，以減少電子廢棄物，可以透過分解的方法，在部署新技術時替換伺服器的零組件或子系統。一個設計良好的機箱能夠容納多種電子零組件技術週期，讓零組件替換變得可行。透過設計一個能滿足未來功率增加的CPU或GPU的機箱，即使有新的CPU推出，也無需丟棄機箱。

伺服器可以設計成支援各種不同的CPU和GPU。某些伺服器設計為可替換新的零組件，從而減少了將整個伺服器送到垃圾掩埋場、或是合法回收廠商那裡的電子廢棄物。

總結來說，在伺服器方面有幾種減少能源消耗的方法，透過尋找適用於特定工作負載的最佳化伺服器可減少能源消耗、使用共用某些零組件的多節點或刀鋒型伺服器也可降低功耗。而重要的是，要了解系統技術，且為特定工作負載找到最適用的系統。

 

資料來源：EE Times

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