劉鵬：構(gòu)建云計(jì)算綠色中心

破解云計(jì)費(fèi)難題，推動(dòng)云服務(wù)升級(jí)。由中國數(shù)據(jù)中心產(chǎn)業(yè)發(fā)展聯(lián)盟主辦，中國IDC產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟網(wǎng)承辦的2010中國云服務(wù)與云計(jì)費(fèi)論壇于2010年11月26日在北京隆重舉行。國內(nèi)外權(quán)威的云計(jì)算領(lǐng)域?qū)＜遗c著名云服務(wù)企業(yè)代表匯聚一堂，共同探討云計(jì)算服務(wù)的發(fā)展之道。

解放軍理工大學(xué)教授、博導(dǎo) 劉鵬

劉鵬： 我的題目“構(gòu)建云計(jì)算綠色中心”，這和能消耗有關(guān)，能消耗每三十年消耗的速度就會(huì)加快一倍，特別是最近幾年，經(jīng)濟(jì)增長很快，在亞洲幾年的時(shí)間能源消耗就增長了一倍，速度很快。而且大量的排放，污染了環(huán)境。而目前獲得的電，80%都是由燒煤獲得，煤里邊主要是這樣幾種元素，要么碳，要么硫、要么氮，這里邊產(chǎn)生不好的東西，二氧化碳、一氧化碳、二氧化氮帶來不是好的東西，相應(yīng)的也會(huì)帶來很多的環(huán)境問題，比如說北川新縣城，北川新縣城因?yàn)橹匦陆�，�?yīng)該是很好，但很快的環(huán)境問題已經(jīng)暴露出來，新縣城剛建沒多久就被水淹。

霍金發(fā)出預(yù)言，地球?qū)⒃?00年之內(nèi)將滅亡，人類部落越來越危險(xiǎn)的時(shí)期。由于人類危機(jī)中帶有貪婪的密碼，人類對(duì)于地球資源的掠奪日盛，資源正在一點(diǎn)點(diǎn)的用盡。

我們研究的一些問題從兩方面，怎么能夠讓云計(jì)算中心盡量少用能，怎么利用云計(jì)算的能力節(jié)省其他的能耗。什么是云計(jì)算，我們的理解，所謂云計(jì)算，通過網(wǎng)絡(luò)提供可以動(dòng)態(tài)伸縮的廉價(jià)的計(jì)算能力，這個(gè)能力是通過網(wǎng)絡(luò)提供，同時(shí)能力可以按需伸縮，而且極其廉價(jià)，目前云計(jì)算最近比較熱，各種各樣是云不是云的東西出來的比較多。到底什么是云，我們提出三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，一個(gè)是用戶訪問的資源不是在客戶端，而是在網(wǎng)絡(luò)這邊，現(xiàn)在的網(wǎng)站也是這種模式，同時(shí)服務(wù)網(wǎng)絡(luò)要具有可以伸縮的能力，而且伸縮的時(shí)間要求特別高，在分鐘級(jí)之內(nèi)完成需要擴(kuò)展的資源。比如說現(xiàn)在是兩個(gè)服務(wù)應(yīng)對(duì)用戶的需求，用戶能量增長，可以在幾分鐘之內(nèi)把服務(wù)擴(kuò)展到十個(gè)，這樣我們認(rèn)為這才是云計(jì)算的本質(zhì)特征，按需配置資源，而不是事先配置資源。傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心資源利用10%以下，他不能按需擴(kuò)張，只是按照最大的流量擴(kuò)張，這很重要。

云計(jì)算數(shù)據(jù)中心需要有5倍以上的性價(jià)比提升。Google在08年投入16億美元建設(shè)云計(jì)算數(shù)據(jù)中心，他產(chǎn)生的效益相當(dāng)于傳統(tǒng)模式的40倍，也就是說得到了640億美元的能力，在國外目前數(shù)據(jù)中心在20倍以上的云計(jì)算數(shù)據(jù)中心遍地都是，現(xiàn)在國內(nèi)很難達(dá)到，規(guī)模夠不上，有很大的局限性。中國移動(dòng)目前是七倍，在這種規(guī)模下已經(jīng)達(dá)到相應(yīng)的效果，再往上效果會(huì)更好。要做資源調(diào)動(dòng)、分配、安全防護(hù)，這些在技術(shù)上要做，不同的廠家做法不一樣。其實(shí)最關(guān)鍵的一個(gè)技術(shù)，我們可以說，在廉價(jià)的硬件上怎么做到高可靠，google有相應(yīng)的管理節(jié)點(diǎn)，用戶首先問管理節(jié)點(diǎn)，管理節(jié)點(diǎn)讓數(shù)據(jù)分散承載在不同的節(jié)點(diǎn)上，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)的復(fù)制到另外兩個(gè)節(jié)點(diǎn)上，也就是說任何一個(gè)數(shù)據(jù)都會(huì)呈現(xiàn)在三臺(tái)機(jī)器上，所以任何一臺(tái)機(jī)器壞了無所謂，任何兩臺(tái)壞了也可以支撐的，只有三臺(tái)壞了才會(huì)出現(xiàn)問題，管理流量相當(dāng)?shù)男�，這種模式使系統(tǒng)又簡單又實(shí)用，可拓展性也非常好。Google的數(shù)據(jù)中心都可以用很爛的機(jī)器來做，他的機(jī)器都是普通的臺(tái)式機(jī)，這些機(jī)器特別容易壞，機(jī)器壞了之后他也不管，這些機(jī)器都會(huì)亮著燈，過一段時(shí)間來一個(gè)人，推著一車子機(jī)器，拔下來換上去。核心的理念是在一堆爛機(jī)器上提供高可靠的服務(wù)。

為什么說云計(jì)算是劃時(shí)代的，他的運(yùn)作模式和傳統(tǒng)是不同的。Google的數(shù)據(jù)中心都在荒郊野外，占地很便宜，氣候寒冷，旁邊有電站供電，我們把電從外地遷過來有很大的成倍，要衰減，而且電力設(shè)施很昂貴。但是光，同樣的光幾乎可以做到無線。Google說云計(jì)算為什么性價(jià)比好，傳輸電的成本遠(yuǎn)高于傳輸光子。微軟的數(shù)據(jù)中心都把機(jī)器放到集裝箱，一個(gè)集裝箱放2200臺(tái)機(jī)器，大的集裝箱拉到不同的地點(diǎn)，使得這些集裝箱都在寒冷的地方有電的地方布設(shè)，這樣的效果比較好。

云計(jì)算性價(jià)比為什么特別好，根據(jù)IDC的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)中心有三個(gè)成本，一個(gè)是買數(shù)據(jù)中心硬件的成本，另外是管理成本，管理成本包括開發(fā)軟件，還有一個(gè)是用電的成本。而規(guī)模不同的數(shù)據(jù)中心成本是不一樣的，同樣一根網(wǎng)絡(luò)他的帶寬不一樣，他的成本可以節(jié)省很多，他存儲(chǔ)的成本、管理的成本都有5-7倍的差別。而電，在美國不同的電價(jià)是不一樣。在國內(nèi)國家統(tǒng)一定價(jià)，實(shí)際上生產(chǎn)電力的成本不同，現(xiàn)在有很多小的電站無法并網(wǎng)發(fā)電，如果到他那兒買電是很便宜的，因?yàn)樗�的投資回報(bào)是很高的。而且網(wǎng)絡(luò)的利用率，設(shè)施的利用率，如果是按照傳統(tǒng)模式再配機(jī)器的時(shí)候，網(wǎng)絡(luò)流量按照最大的來配置，這樣利用率很低。傳統(tǒng)服務(wù)器平均利用率是15%，在云計(jì)算里邊由于云設(shè)施像Google有200萬機(jī)器，300萬家企業(yè)共享Google的設(shè)施，共享同一個(gè)設(shè)施，他的資源率可以做到80%，利用率也可以提高5-7倍的區(qū)別。投資成本可以減少5-7倍，利用率又可以提高5-7倍。

由于像亞馬遜、Google這些公司大量的建設(shè)云計(jì)算數(shù)據(jù)中心，現(xiàn)在消耗的電力是非常大的，現(xiàn)在數(shù)據(jù)中心的能耗已經(jīng)超過航空業(yè)，2020年會(huì)超過能耗的總額。中國的能消耗，單位GDPD能耗也是非常高，中國能源利用效率是不高的，中國服務(wù)器在07年的消耗相當(dāng)于葛洲壩電站一年的電量。能源的使用效率，各位搞數(shù)據(jù)中心應(yīng)該很清楚，有一個(gè)叫PUE的值，這個(gè)值是用在機(jī)器上的錢與用在機(jī)器上的電，比如說空調(diào)制冷，這些電到底是多少，PUE中國的典型值是2-3。Google和微軟怎么做？Google采取很多節(jié)能措施，沒有使用UPS，使用電池取代，可以提高能源使用效率。Google在寒冷的地方假設(shè)能源中心，比如說在比利時(shí)，比利時(shí)比較冷，但是一年仍然有七天，溫度會(huì)超標(biāo)，Google把數(shù)據(jù)中心在這七天完全關(guān)閉，不讓他運(yùn)行，運(yùn)行之后全球的訪問壓力會(huì)自動(dòng)遷到其他數(shù)據(jù)中心，而且數(shù)據(jù)也不會(huì)丟。這種動(dòng)態(tài)能力很必要，360安全衛(wèi)士在今年7月份，當(dāng)時(shí)他廊坊的機(jī)房主空調(diào)壞了，壞了之后溫度超標(biāo)，超標(biāo)之后，這個(gè)時(shí)候在北京接到報(bào)警，這個(gè)時(shí)候不處理，其他的空調(diào)也會(huì)壞掉。他在北京發(fā)出一條指令，溫度就下來了，這個(gè)時(shí)候用戶一點(diǎn)影響都沒有。微軟的節(jié)能措施，可以達(dá)到25%的額外能耗，剛好得了歐洲的節(jié)能大獎(jiǎng)，他有很多的節(jié)能措施。

我們做的云存儲(chǔ)研究已經(jīng)八年了，現(xiàn)在在外面部署了很多的云存儲(chǔ)系統(tǒng)，他的好處是什么，由于我們專門做存儲(chǔ)，實(shí)際上我不需要采用通用的計(jì)算機(jī)去做，通用的對(duì)我們一點(diǎn)用處都沒有。所以我只關(guān)心他能夠很快的在網(wǎng)絡(luò)上傳數(shù)據(jù)，很快的在問落磁盤上讀出來，所以我們做出來的硬件電路板，現(xiàn)在只需要5瓦的就夠了。由于功耗大大降低，我的集成度可以做的很高，因?yàn)槲也恍枰�散熱，所以在機(jī)架上可以做80塊板，一個(gè)機(jī)架就能夠做到一個(gè)P的存儲(chǔ)容量，使得我的集成度大大提高，散熱方式業(yè)帶來很大的變化。這樣帶來的好處，以后云存儲(chǔ)，只要考慮磁盤的價(jià)格就可以，消耗的都是磁盤，額外的沒有什么錢，那個(gè)板子很便宜。下一代是2000塊錢的板，帶16塊盤，所以帶來的好處非常的大，但是他的整體性能非常好，為什么？因?yàn)樗�有的�?jié)點(diǎn)是同時(shí)對(duì)外服務(wù)，同時(shí)可靠性也是非常的好，把任何節(jié)點(diǎn)關(guān)掉都無所謂，數(shù)據(jù)也不會(huì)丟。

我們認(rèn)為，云計(jì)算數(shù)據(jù)中心的建設(shè)可以采用兩個(gè)新的指標(biāo)，就是我們設(shè)計(jì)的兩個(gè)小的指標(biāo)。一個(gè)是數(shù)據(jù)中心的建設(shè)效率，用在計(jì)算機(jī)軟硬件上的費(fèi)用，真正買計(jì)算機(jī)的費(fèi)用與建設(shè)數(shù)據(jù)中心的費(fèi)用做比值，你的效率有多少。比如說某個(gè)云計(jì)算數(shù)據(jù)中心投資幾千萬，最后真正用到機(jī)器上的錢幾百萬，效率很低，我們希望建設(shè)一個(gè)數(shù)據(jù)中心要盡量的把錢用到刀刃上。還有存儲(chǔ)系統(tǒng)的建設(shè)效率，這一個(gè)指標(biāo)叫做SBE，我們用在磁盤上的費(fèi)用與整個(gè)建設(shè)系統(tǒng)的費(fèi)用筆值，我們做的目標(biāo)是接近1，當(dāng)然規(guī)模很大。100個(gè)P級(jí)采購，成本比較低，這樣能夠承載未來特別大的需求。目前我們用在很多的應(yīng)用上，比如說數(shù)字地球、視頻監(jiān)控。去年展示了這樣的應(yīng)用，攝象頭的數(shù)據(jù)都在云存儲(chǔ)中，可以調(diào)任何攝象頭去看。我們和360衛(wèi)士聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室專門做云計(jì)算存儲(chǔ)的研究。同時(shí)用云計(jì)算的技術(shù)進(jìn)行能源的節(jié)能，這個(gè)系統(tǒng)叫Skypiea，這個(gè)公司主要是做能源監(jiān)控，把大量傳感器數(shù)據(jù)采集到之后從而反過來控制大樓的能源消耗，一般的大樓能夠節(jié)省20%的能源，通過這樣一個(gè)云平臺(tái)托管所有的大樓，讓所有大樓能源消耗可以得到利用。匯聚大樓各種各樣的傳感器采集到的數(shù)據(jù)，匯集到云中，云平臺(tái)把數(shù)據(jù)匯集起來、管理起來，可以做很多的事情、做很多能量管控有關(guān)的事。

包括能源系統(tǒng)的管理、設(shè)備的能耗、資源的管理，也可以完成監(jiān)測、審計(jì)、改造等功能。比如說酒店，改造酒店里邊，包括暖通、空調(diào)、變電等各種各樣的東西都要去管控他。能源的優(yōu)化使用，通過不同的方式去控制他。比如說今天的氣候比較適宜，應(yīng)該把新風(fēng)打進(jìn)來，盡量減少空調(diào)的使用，環(huán)境的舒適度是一樣的，大學(xué)機(jī)構(gòu)都可以把建筑托管到這個(gè)平臺(tái)上來，這是我們的截面。

剛才介紹的是能源，再簡單的說兩句，兩運(yùn)算的模式，在03年的時(shí)候發(fā)表文章叫計(jì)算池簡化的計(jì)算網(wǎng)格模型，當(dāng)時(shí)我們就論述了，現(xiàn)在云計(jì)算也叫計(jì)算池，這種模式當(dāng)年我們就認(rèn)為，應(yīng)該用這種方式來運(yùn)轉(zhuǎn)，資源利用率等各方面效率就會(huì)比較好。另外還做了一個(gè)反垃圾郵件網(wǎng)格，這被認(rèn)為云安全的起源，大量的客戶端參與，通過一個(gè)云平臺(tái)發(fā)現(xiàn)新的病毒、木馬，這些模式是我們當(dāng)年所做出來的模式，而且也推廣了很多。比如說163，他的運(yùn)作機(jī)制和我們原來提的模式幾乎是一樣的，他也是采用我們的思想來做。

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