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極進網絡白皮書

構建更綠色的數據中心

極進網絡公司 (Extreme Networks) 致力於為網絡和商業運營方案節省能源，造就更加綠色的世界。我們公司以基於生命周期的方式，從產品開發、部署、運營、直至最後退役，每個環節皆體現對電源管理和能耗率的周全考慮。在設計產品之初，我們就以盡量減少硬件數量為選擇組件的原則，並且采用高能效型的網絡處理器、交換矩陣和物理接口。如此一來，不僅運營成本更低，還可以為 IT 部門提供更有效的工具，以便實時監控和管理能耗。

我們的高密度1 GbE、10 GbE和 40 GbE以太網方案，能減少電信基礎設施的網絡層數和交換機數量，因而更簡單、更快捷、更環保。這些方案通過靈活的堆疊方式、ExtremeXOS® 的升級能力和共享的硬件架構，盡量延長系統壽命。在產品壽命終結時，也要盡量提高其循環利用率。極進網絡在香港新設全球分銷中心，使之與生產基地位於同一區域，這樣可以簡化我們的運營流程，盡量減少供應鏈對環境的影響。歸根到底，所謂“綠色”數據中心，不僅事關環保，還要自始至終地在設備的整個生命周期中踐行節約成本的理念。

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極進網絡白皮書: 構建更綠色的數據中心

推動綠色數據中心

向雲技術、虛擬網和融合式存儲設施的遷移，推動著 IT 運營和網絡設備的集中化。與所有其他技術一樣，業界已建立了衡量數據中心能效和電能使用的具體標准。關於數據中心的設計方案，有兩個關鍵標准：電能使用效率 (Power Usage Effectiveness, PUE) 和數據中心基礎設施效率 (Data Center Infrastructure Efficiency, DCIE)。

整體而言，數據中心的能效標准涉及連網、服務器、`自然冷卻’能力，以及其它一些決定“總體擁有成本 (TCO) ”的因素。越來越多公司希望展示其社會責任心(CSR)，其中一點便是要降低碳排放。由於每個國家都有自己的一套標准，因此數據中心所部署之網絡設備的能效，直接影響著數據中心的“綠色”資質。

我們以美國綠色建築委員會(USGBC)開發的領先能源與環境設計認證(LEED)為例，它為希望營造綠色大廈的業主和運營公司提供了簡明的框架，在設計、建築、運行和維護一系列過程中，找到實用且便於衡量的方案加以實施。該認證標准早期以辦公室大樓為主，目前已成為數據中心設計方案的一項內容。澳大利亞也制訂了“5星評級”的同類標准。

在設備方面，最重要的標准就是由電訊工業方案聯盟(ATIS)制訂的電信能效比(TEER)，它用於衡量交換機的數據吞吐量與能耗(瓦數)之比。

就以太網交換方案的能效而言，以往關注的主要是某一園區的設備，但現在焦點已轉移至 IT 基礎設施和`雲’數據中心。關於雲，按目前的服務

器和網絡設備安裝率來看，估計亞馬孫、谷歌、蘋果和其它公司旗下的雲數據中心，其用電量將在未來十年超越其它行業。今天：

• 雲數據中心的耗電量占全美國 3%，並且年增速超過 12% 。1

• 每個數據中心 (例如蘋果公司在北卡羅來納州新近落成的中心) 的耗電量便相當於 80,000戶美國家庭或250,000戶歐盟家庭的用電總量。2

• 按全球規模來計算，數據中心2010 年的能耗高達3,300 億千瓦時，接近英國全國的總用電需求。2

• 若將雲計算的其他各方面(如連接能力等)計算在內，上述數字將增至6,620億千瓦時 (圖1)。3

• 這個數字預計於 2020 年增長兩至三倍。2

網絡商顯然需盡其環保責任。

1 Koomey, Worldwide Electricity Used in Data Centers, 2008 2 Greenpeace, How Dirty is your Data?, 20103“Make IT Green: Cloud Computing and its Contribution to

Climate Change,”Greenpeace, 2010

到 2011 年年末，全球 IT 業的碳足跡 (若按每千瓦時.00068956mT 計算， 3,300億千瓦時=227.5Mt) 預計會超過航空業 ( 170Mt)。

數據來源：epa.gov 及 EQ2 Insight white paper

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未來的情況只會更糟。2011年 4 月，綠色和平組織發表了一份名為 《How dirty is your data?》的初步研究報告，內容有關數據中心的用電情況。雖然該報告的重點並非硬件的絕對用電需求，卻也明確地指出了許多雲技術巨頭所使用之能源的來源。

報告內容指出，即使可供電信商選擇的電源有限，但他們還是應該采用節能型硬件。該報告批評了蘋果、惠普等用電大戶，因為他們使用的是“肮髒”的煤炭發電，而對雅虎、Akamai和谷歌等，則給予高度評價。就以電動車為例，即使構思符合環保，生產環節也環保，但若是使用煤炭甚至柴油來為車的電池充電，也是未盡完 善的。

雲計算的增長，其中一個原因是新的應用和用例的不斷湧現。例如，最近三年才問世的智能手機和平板電腦，它們對媒體內容有著巨大需求，而英特爾也指出，每 600 部智能手機或 122台平板電腦便需一台服務器支持。4

5626-01

2007 Electricity Consumption

Billion kwH

1000 2000 3000 4000 5000

U.S.

China

Russia

Japan

Cloud Computing

India

Germany

Canada

France

Brazil

UK

3923

3438

1023

925

662

568

547

536

447

404

345

0

圖一：全球雲計算的功耗4

• 未來將有 20 億部智能手機和5 億台平板電腦，即需 740 萬 (330萬+410萬) 台服務器支持移動用戶

• 若每台服務器每年平均用電 427W，即每年需用 3741 千瓦時

• 740 萬台服務器便需用電 276億千瓦時

目前，電信商對服務器的整體需求，由於使用了虛擬化操作而減低，但顯然只要在有人移動的地方; 雲技術的需求便隨之而增。

4 San Jose Mercury News

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系統運行中的用電、散熱和監控

交換機一接通電源，我們便需考慮許多事情，首要的包括每個端口的平均用電、電源效率、按不同端口情況動態調整功率，以及實時監控系統運作等。

基於我們十五年的交換技術，極進 Summit® 和 BlackDiamond® 系列交換機的能效表現 (在既定端口速度下) 領先同級產品 (表一)。雖然按每個端口計算，節省的電能看似不多，但在企業級骨干網或大型數據中心等部署中，便可積小成多。

極進產品

Summit X450e

Summit X460-48t

Summit X480-48t

Summit X670-48X

Summit X670V-48x 連40G上行鏈路

BlackDiamond 8000 系列

BlackDiamond X*

電耗

121W

129W

182W

120W (48 端)

290W

490W

< 5W/10G

最接近的同類產品

Catalyst 3750E-48PD

Catalyst 3750X-48t

Juniper EX4200-48t

Arista 7050

Arista 7050

Cisco Catalyst 6500

Arista DCS-7508

電耗

152W (量度值) 由思科提供

140W

199W

128W (64 端)

384W

1665W

~ 10W/10G

參考

100% 荷電; 無PoE 輸出

技術數據

技術數據

Lippis 測試

配置指南

Tolly 測試; 同級配置

技術數據

*即將發售

表 一：電耗比較 - 同級型號

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Tolly Group 在 2008 年對以下三者進行了比較： BlackDiamond 8000系列、思科 6509 和 Foundry (現為 Brocade) BigIron RX-16，結果 如下：

• 配 備 8 x 1 0 G 端 口 和 4 8 x G b E 端 口 的 BlackDiamond 8000系列比思科的 6509 電耗少3.4 倍，比 Foundry RX-16 少 2 倍。

• 總耗電量為 535 瓦。

• 在滿荷載的機箱配置中，BlackDiamond 8000系列比上述兩者少耗 電3.3 倍和1.7 倍。

• 在無負荷，僅連接管理模塊和交換距陣的情況下， BlackDiamond 8000 系列耗電僅 219瓦，比思科 Catalyst 的 617瓦和 Birglron 的 452 瓦更節能。

值得指出的是，上述結果只是三年前的數據，交換平台在數據中心內的使用壽命遠不止三年。實際上，極進平台便擁有超長的使用壽命，正常操作時間一般可維持十年以上。

極進最近推出的 BlackDiamond X* 系列更加強了能效方面的優勢；實驗室結果顯示，該產品每端口傳輸 10G 的耗電量，低於同級任何一款產品 (圖2)。

網絡商參考資料

• Juniper: Power reference for QFX3500: Data sheet http://www.juniper.net/us/en/local/pdf/datasheets/1000361-en.pdf

• Juniper: Power for QFX fabric/interconnect power not available; estimates based on Arista

• Juniper: Pricing for QFX3500 http://www.juniper.net/us/en/local/pdf/datasheets/1000361-en.pdf

• Juniper: Pricing for QFX fabric/interconnect power not available; estimates based on Arista

• Cisco: http://www.cisco.com/en/US/products/ps9402/products_data_sheets_list.html

• Cisco: http://www.cisco.com/en/US/prod/collateral/switches/ps9441/ps11541/data_sheet_c78-651097.html

• Cisco: Pricing from published pricelist, January 2010

• Arista: Power reference for Arista 7050 fixed-configuration switch and 7500 modular switch: Arista product quick reference guide

• Arista: Pricing reference for Arista 7050 fixed-configuration switch http://www.aristanetworks.com/en/news/pressrelease/323-pr-20110328-01

• Arista:Pricing reference for the Arista 7500 modular switch: http://www.theregister.co.uk/2010/04/19/arista_7500_modular_switch/

• For the 7500, fully loaded pricing supports Arista’s claimed $1200/10GE port price. This value was used to calculate 7504 cost.

• Force 10: http://www.force10networks.com/products/ZettaScale.asp

• Force 10: http://www.force10networks.com/products/pdf/Force10_S4810_DS.pdf

• Force 10: http://www.force10networks.com/ResourceLibrary/pdf/F10Report_custom_4810_2011-01-24.pdf

*即將發售

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為方便起見，我們采用滿荷載配置來比較 BlackDiamond X系列及其主要的競爭對手。銷量最接近的競爭產品是 Arista，在實驗室環境下測試，Arista每端口的電耗幾乎是 BlackDiamond X系列的兩倍，但密度卻只及 50%。表 2 根據不同廠商提供的報告資料，比較了不同廠牌的產品在基於行末式 (EoR) 機箱的典型配置規格下，每個 10 GbE 接口的耗電量。

平台

Extreme Networks BlackDiamond X

Arista 7508/7516

Avaya VSP9000

Brocade MLX

Cisco Nexus 7516/7508

Force 10 Z9512

HP 12518

Juniper QFabric

Power/10 GbE

5W

13.2W

28W

44W

7.59W

6.25W (估值)

16W

7.5W (估值)

10/40 GbE 容量

768/192

384/na

240/na

256/na

512/na

480/120

128/na

512/128

負載功率

3,840W

2,550W/5, 750W

6,720W

11,391W

3,886W/9, 719W

3,000W

2,048W

5,000W

圖二：行末式交換機的耗電量

表二：行末式交換機 (EoR) 耗電比較*

*實際結果或有偏差。

備注

由於網絡商提供的數據有 30% 負載、30% 經調整的平均負載和 50% 負載之別，在某些情況下，表 二的功耗規格只為粗略數字。

5627-01

Data Center Core Switch Power Consumption

Wat

ts/1

0 G

bE

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

Extreme NetworksBlackDiamond® X

Arista7508

AvayaVSP9000

BrocadeMLX

CiscoNexus 7516

Force 10Z9512

HP 12518 JuniperQfabric

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表三對比了各廠牌的置頂式 (TOR) 交換機的耗電量 (10 GbE 或 40 GbE上行鏈路，取決於系統容量)。

表四所示為一個支持 2,256 個 10G 服務器的數據中心，其總硬件成本和用電成本開列如下。在該拓撲結構中，網絡核心采用標准的多機箱鏈路彙聚 (M-LAG) 拓撲，按BlackDiamond X 系列的最高密度配置，連接核心交換機，從而支持 VMware vMotion，並且各核心交換機皆配備2x40 GbE (或8x10 GbE) 的冗余鏈路。由於BlackDiamond X 系列的密度為10 GbE ，上述分析也因此假定配置密度為 10 GbE ，但如可混合采用 1 GbE 和 10 GbE 服務器，甚至如果能將數據中心整合到一對 BlackDiamond X 系列交換機上，繞過 TOR 層 (在密度和現有布線容許的前提下)，那就可以節省更多成本。表 2 和表 3的數據，足以在整個數據中心的層面上，對 BlackDiamond X 和 Arista、思科、Juniper 及 Force 10 產品進行對比。

平台

Extreme Networks Summit X670V

Arista 7050

Avaya VSP 7024

Brocade VDX 6720

Cisco Nexus 3064

Force 10 S4810

HP 6600

Juniper QFX 3500

容量

48x10+4x40

64x10

24x10+2x40

60x10

64x10

48x10+4x40

24x10

48x10+4x40

負載

257W

350W

200W

360W

345W

220W

405W

365W

表三：置頂式 (TOR) 耗電比較*

網絡商

Extreme Networks

Arista

Cisco

Force 10

Juniper

行末式交換機

2

8 (6 台用於彙聚 + 2 台用於核心)

6 (4台用於彙聚 + 2台用於核心)

8 (4台用於彙聚 + 2台用於核心

4

超負荷率

3:1

16:1

16:1

16:1

3:1

置頂式交換機

94

94

94

94

96

總用電需求

31,838W

58,800W

75,192W

44,680W

55,440W

數據中心運作 3年總成本

$87,519

$161,634

$217,376

$122,820

$152,398

表四：數據中心總用電比較*

*實際結果或有偏差。

備注

每 KwH0.1046美元 = 美國工商用電的平均零售價 (以美元計)。有關資料源於美國能源信息管理局公布的《美國能源部每月電力報告》 (截至 2010 年 6 月)。負載功率 = 1.33 x 基數 (冷卻成本)。

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在新推出的 BlackDiamond X 等高端平台上，運營商可采用新的數字式電源設備，它們采用更高效的 PSU (電源供應器) 設計，使更多的輸入電源能被線路卡所使用，從而提高能效。

降低了電耗，也意味著減低了機箱的運行溫度，為數據中心的運營商帶來雙重好處。相比競爭對手的產品，極進公司的產品擁有更優化的氣流設計 (圖三)。我們成功推出的 BlackDiamond 8000系列和新 BlackDiamond X 系列 ，比同級機箱散熱性 (圖四) 更好，從中可見我們的設計優勢。

5628-01

Airflow Comparison

BlackDiamond 8810 Catalyst 6509

Airflow Airflow

5629-01

BlackDiamond® X Thermal Footprint

圖三：氣流比較

圖四：BlackDiamond X 系列的散熱表現 – 圖片上部顯示機箱散熱良好 (藍色)，而圖片下部則是作為測試平台的 “熱” 機箱 (白色)

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電源效率也繼續跟隨新一代的商用芯片技術而提高，例如英特爾就表示要在未來幾年，將所有產品系列的電耗從35瓦降到15瓦，而網絡處理器的發展也一樣，數年前1G接口的電耗，到今天已足以支持10G接口。這聽起來是不是與汽車公司的平均 MPG (每加侖燃料所行英裡數) 有幾分相像呢？擁有雄厚商用芯片技術的公司，能壓縮其新產品開發周期，最能受惠於這方面的發展 成果。

在網絡核心， BlackDiamond 8000 系列或 BlackDiamond X 一般都負責彙聚多個邊緣交換機或置頂式交換機，接口總在運行中，所以總處於最高功率狀態；但在網絡邊緣，情況就大不相同了，各種設備 (計算機、VoIP 電話，甚至服務器) 的功率要求在一天內可能會有很大變化，因而需采用智能化的電源管理系統。

智能化電源管理

智能化電源管理是Ext remeXOS的一個重要功能。由於Ext remeXOS通用端口能夠識別與接口連接的設備類型，並相應調整端口參數，ExtremeXOS 通用端口管理器因此能夠對鏈路的活動狀態進行持續取樣；如果活動停止，便對該鏈路斷電，並對電源進行間歇性取樣，檢查是否有新的活動啟動。同時，運營商也可選擇制訂策略來給某些接口斷電。

例如，IT 管理員可將提供VoIP電話服務的所有端口歸為一組，然後采用時段策略加以管理，此舉充分使用了 ExtremeXOS 的可擴展框架。極進公司的測試結果顯示，通過制訂時段策略，系統整體的用電成本可降低70%，比其它同級的機箱式方案節省 91% (圖五)，而深夜班管理員當然也可對有關策略加以修改。 5630-01

Airflow Comparison

Normal Operative State

Chassis Hibernation Widget: Up to 70% Power Savings

8 a.m. – 6 p.m.

6 p.m. – 8 a.m.

Hibernate Mode Hibernate Power

6050

40

30 90

80

70

Normal Power

6050

40

30 90

80

70

圖五：極進公司卓越的智能化電源管理

在不久的將來，通過 EEE (節能以太網) 標准對新一代芯片集的支持，上述管理性能將以規範化的方式大大加強。EEE 制訂新的低功率備用模式，允許鏈路在空運行時減少用電。就以經常處於備用狀態 (除非加以控制) 的VoIP 電話為例，在備用時給鏈路徹底斷電可能並非理想做法，最可取的做法是將其轉到一個較低的功率電平，待有呼叫時才把電平提高。當然，EEE 目前是一項以銅軸電纜為中心的技術，但日後亦將應用於 10G服務器 (這類服務器雖然需要耗用更多鏈路功率，但在某些時段卻只待在備用狀態)。

變速風扇是電源管理的另一元件。當堆疊式或機箱型交換機處於非滿負荷狀態時(這從溫度傳感器中可以感知)，硬件的散熱要求便降低，而風扇速度也可智能化調低。大多數Extreme Networks Summit 交換機都支持這個性能，而 BlackDiamond 8000 和 BlackDiamond X 系列自然也不例外。變速風扇的另一個好處是可以有效減低噪音。

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產品退役

我們有時會忽略產品壽命終結的問題。若能妥善處理退役的產品，我們便可保護環境。除歐盟的 RoHS(有害物質禁用)指令和其它有關物料回收的國際標准外，其實極進公司在研制交換機時，還會秉承“減少原材料的使用”這個原則來設計產品的特性和功能，這個方針用於我們公司的所有產品上，從 SummitStackTM 到 BlackDiamond X系列都如此。

交換機以外

除了極進公司為降低數據中心的電耗需求所做的努力之外，業界還有一些做法，也能對數據中心的整體能效表現有積極的影響。最近剛舉行的“國際正常運行時間協會研討會”(Uptime Institute Symposium) 便討論了許多方案，以下列出了其中最可行的選擇 (包括目前正推行該方案的受訪公司的比例)。

專題研究

我們的節能交換機獲全球各大垂直市場的廣泛使用，成功例子包括：

• Manchester Essex Deploys Eco-friendly network with Extreme Networks http://www.extremenetworks.com/libraries/casestudies/CSManchesterEssex_1729.pdf

• Green Hospital: Muskogee gets LEED Certification http://www.extremenetworks.com/libraries/casestudies/CS_Muskogee_2209.pdf

• Austrian Ministry of Interior http://www.extremenetworks.com/libraries/casestudies/CSAustrianMoI_1751.pdf

結論

從 Summit 邊緣交換機到 BlackDiamond核心交換機，極進公司不斷為企業和服務商提供卓越的節能設計。我們雄厚的技術實力體現在產品的整個生命周期，貫穿產品開發直至回收的全過程。隨著芯片技術供應商和合同制造商采用更高效的新設計和生產工藝，我們公司也在各種產品裡迅速引入創新技術。

Extreme Networks®– purple on the outside; green inside.

極進交換機通過前後式或後前式冷卻、電源監控、以及能將服務器轉為掉電模式的交換機接口，支持熱通道和冷通道封閉。此外，我們的低功耗元部件使系統的操作溫度更低，進而直接關系到可接受的氣流溫度。功能完善的 ExtremeXOS也有利於虛擬化。

服務器虛擬化

熱通道和冷通道封閉

電源監控及基准管理

提高進氣溫度

冷機及電泵裝上變頻驅動器

模塊式數據中心設計

風側節能器

為服務器加入掉電模式

水側節能器

水冷卻

直流電電源

82%

77%

67%

57%

46%

34%

25%

22%

21%

18%

7%

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參考

• Environmental Protection Agency (EPA) Green Power Partnership Website http://www.epa.gov/greenpower/pubs/calcmeth.htm

• EQ2 Insight White Paper:“Sustainable Flying: Biofuels as an Economic and Environmental Salve for the Airline Industry” http://www.jdasolutions.aero/downloads/EQ2_Report_Aviation_biofuel.pdf

• Alliance for Telecommunications Industry Solutions (ATIS) Green Initiative Website http://www.atis.org/Green/index.asp

• San Jose Mercury News, May 17, 2011 “Intel CEO Paul Otellini touts focus on power-saving chips”http://www.mercurynews.com/business/ci_18081305?nclick_check=1

• Wikipedia article on US Green Building Council (USGBC) http://en.wikipedia.org/wiki/U.S._Green_Building_Council

• Koomey, Worldwide Electricity Used in Data Centers, 2008

• “How Dirty is your Data?”Greenpeace, 2010

• “Make IT Green: Cloud Computing and its Contribution to Climate Change,” Greenpeace, 2010

• US Energy Information Administration (EIA) Website http://www.eia.gov/cneaf/electricity/epm/table5_6_a.html

• Extreme Networks Inc. BlackDiamond 8810 Core Switch “Green Evaluation of Energy Consumption vs. Cisco Catalyst 6509 and Foundry BigIron RS-16”, Tolly Group, January, 2008

• Uptime Institute Symposium 2011 Website http://symposium.uptimeinstitute.com/