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本文分析了当前服务器能耗现状及挑战，从芯片级、基础架构级、系统级三个层次介绍了当前国内外相关节能技术研究现状，并阐述剖析了未来服务器节能技术的发展方向，全文概述了服务器能效评价技术的现状并展望了未来中国服务器能效评价标准。
服务器能耗的增加主要体现在如下几个方面：首先是CPU功耗的增加，几十年来，CPU的发展基本遵循摩尔定律，其制造工艺不断提升，晶体管越来越小，频率越来越高，在其计算能力飞速提升的同时，其功耗同样增长惊人；其次是内存及其功耗的增加，自从冯*诺伊曼架构诞生以来，内存就成了计算机中必不可少的部件，随着制造工艺的改进，内存容量越来越大，速度越来越快，现在主流的DDR2和FBD内存均已达到10W这个量级；再次是芯片组和外围设备，由于CPU和内存频率不断提高，这就要求和它们配合的芯片组，总线和外围设备都需要工作在更高的频率，才能充分发挥其性能，而更高的频率意味着更多的电能消耗；第四方面是机房制冷和供电设备的能耗，由于服务器对高温非常敏感，因此机房必须配置大量的制冷设备，而且机房供电设备在把电压转换为220V时，会损失部分电能。
以百万亿次超级计算机-曙光5000A为例，其采用近4000颗四核处理器构建，总内存容量达64TB，存储容量达500TB，总体功耗达到700千瓦，其每年的电费开销预期将高达1000万元人民币以上，未来持续千万亿次超级计算机系统的能源消耗预期将远高于以上估算，可以说，当前节能已逐渐成了服务器技术的关键词。
服务器节能技术研究现状及发展趋势
能耗和散热的限制是发展多核技术的初始动机，长期以来，业界在服务器节能技术方面做了大量的努力，研究主要集中在三个方面：芯片级节能技术，如CPU功耗控制、CPU频率调整、芯片级冷却技术、低功耗专用芯片部件等；基础架构级节能技术，如存储致冷、高效率电源、水冷及液态金属致冷机柜、智能温控风扇等；系统级节能技术，如基于作业调度的机群节点休眠、面向能耗的进程及作业级迁移等。
芯片级节能技术
芯片级节能技术主要包括CPU功耗控制、CPU频率调整和专用低功耗部件。
CPU加工工艺的不断提升，多核及CPU中集成内存控制器，在提高性能的同时，降低了主板芯片组的功耗。另一方面，通过降低电压和频率也可以降低CPU的动态功耗，在CPU功耗控制方面，如Intel推出的动态功耗节点管理器（Dynamic Node Management）是一个内嵌于英特尔服务器芯片组的带外 (OOB) 功率管理策略引擎。它与 BIOS 和操作系统功耗管理 (OSPM) 协作，动态地调整平台功耗，从而实现服务器）性能/功耗的最大化。在专用低功耗部件研究方面，包括上海澜起公司研发的高级内存缓存AMB芯片、SSD固态电子硬盘等技术与产品。
基础架构级节能技术
基础架构级节能技术主要包括液冷、存储制冷、高效能电源、高效能散热冷却技术等诸多技术。
高效能散热冷却技术包括研究效率更高的散热方式和性能更好的冷却设备，如HP PARSEC体系结构(Parallel Redundant Scalable Enterprise Cooling)、IBM的机房冷却系统等。存储制冷（Stored Cooling）指预先基于制冷设备存储部分制冷能力，在需要时再有效释放，类似电池的储电功能，如IBM基于存储冷却技术的机房冷却方案。液冷技术包括水冷及液态金属制冷，由于其导热能力强并且热容更大，能够更快的缓解负载突变造成的散热压力并吸收更多的热量，在当前大型计算机中使用越来越普遍，如IBM Cool Blue机柜系统。
系统级节能技术
在解决功耗方面，除采用上述CPU功耗控制、CPU工作频率调整、液体冷却、低功耗专用芯片、芯片级冷却等技术以外，学术界和企业界也在研究系统级节能技术和产品，包括：基于负载情况动态调整系统状态、实施部分节点或部件的休眠；根据各进程能耗的不同对CPU任务队列进行调整，如将一些产生较多热量的任务从温度较高的CPU上迁移到温度较低的CPU上从而实现能耗的均衡。如国家高性能计算机工程技术研究中心开发的自适应功耗管理系统，可实现基于能效的作业调度策略，IBM PowerExecutive允许用户 “ 计量 ” 任何单一物理系统或一组物理系统的实际电力使用数据和趋势数据，并可对实际用电量进行监视，并在系统、机箱或机架层次上对数据中心中的电耗和热耗进行有效分配。
服务器节能技术发展趋势
当前全球最快性能Top 500超级计算机其每瓦Gflops性能都在0.5以下，未来高效能计算机系统，其每瓦Gflops性能应在1.0GFlops per watt 以上，当前混合异构体系结构、自主节能管理、应用加速、系统级节能等技术的发展正推动这一目标的逐步实现。
体系结构促动节能技术的发展
虽然尚存在软件的可用性、任务调度、编程模式等诸多问题，基于标量处理器、FPGA、向量及多线程处理器、图形处理器等来构建混合异构的高性能计算机系统已成为解决能耗的主要途径之一，其中可重构计算结构能以较低的硬件复杂度实现指令、数据及线程级并行，并且具有较大的性能/功耗、性能/价格优势，已广泛应用于科学计算等诸多领域，以实现应用加速。采用混合异构的高性能计算机系统包括IBM代号为“Roadrunner”的千万亿次超级计算机，其采用混合异构刀片机群来构建，每个机箱包括3个计算节点，每个节点包括4个刀片，2个QS22 Cell刀片，1个扩展连接刀片，另外一个是LS21双核AMD Opteron刀片。
全系统采用6562颗AMD 双核Opteron CPU 和12240颗八核Cell 处理器芯片，其中，Opteron处理器负责一般的计算进程、文件IO和通讯，Cell负责那些复杂的、重复的、大量消耗机器资源的计算过程，同时Roadrunner还采用先进的“混合编程（Hybrid Programming）”软件，以实现异构计算。该款机器以437.43 MFLOPS/watt的能效成绩排在Green500中第三名。
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