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應用與技術
行政院環境保護署推動「綠色機房」(機房共構與節能改善)之經驗分享

行政院環境保護署綠色機以維持業務正常運作為前 提,運用新興節術,解決原電機房分散管理程序不一及資源無 法共享問降低機房設置護成本,房能源效率。 為推展政府組織改造中資訊改造之資源整合集中共務無縫接軌 並向上提升理《資訊通報爰請行政院環境保護署專文報, 分享其規劃與經驗。

 
壹、 前言
近年來在候變遷的地球暖化危下,資訊產業以Green IT」訴已成為 國際社會主流,行政環境保護(以下簡稱本綠色機節能政策, 由本署監資處整體規劃,界定本綠色機需求,自民國982期,以維持本署業務正常運為前提,確定和排本署待解決之機房能問題,並進行 機房節能效益評估,用新興節能技術,持優化機房能源效率,低機房設置 及維護成本,達成「節能減碳、永續經營」之目的。
貳、 機房問描述
本署主管全國環境保行政事務,職掌遍佈國民生相關之環境監、防制 與處理業務;由於早電腦機房大部份為因業務需求建置,規模且數量多, 伴隨人們對資訊資料需求增加,本署擴大腦機房以提供夠的腦計算能與儲量負載,此時的電腦機房尚未有能設計概念,且存管理不易,資源 重複浪費的問題。
一、 電腦機分散各地,管理程序一致
本署除署本部 2 樓電腦機房外,本署之外點單位及所屬機關原先亦分別 設有小(如1),各維持正常運作及境安全,具備斷電設備調等基礎設置網及 資安環境,皆須要重投入維運經費及人另各電腦機房管理程序不一無法的緊急情否能持續,資是 否有效備份且能回復。



二、 部份主伺服器使用效率低,源無法共享 早期政府資訊工(本署亦同多是輔助業務的角度,資訊系統是屬於齊頭器主機因需求而進原有器主機 300 套,隨著業務電子化程度日益增高的情況下,部份系統因使用 者眾有部份主使用率低用,造成主機重複購置,維運成本逐年增加。
參、 「綠色機導入過程及作法
本署「綠色機1 期作業9899 以虛擬技推動主機共 (consolidations)完成置互為備援之雙共構機房,實體主機從原 300 餘套減189 套,並將部分主機分別移置中華電信之台北東七及台中文心機房, 分散援量能,營運成本程序如下:
一、 先建後原則,實體主機虛擬化 推動機虛擬化採用後拆」原則,擬機上建置相環境之資訊系統,其測試無誤後,再式上線取代原實體運作,以確保移轉過程中,資訊系統對外服務不中斷。
主機虛擬化是在 1 台實體主機上建構數台虛擬主機,這些虛擬主機除了 共同使用這台實體主機CPU、記憶體硬碟等資源外,可以各自安裝 作業系(如 windowsLinux及相關軟體如同各自獨立的主(詳如圖 2)。 將數台效率偏低的實體主機轉換成虛擬主並整併在 1 台實體主機上,以 減少實體主機數量,有效降低機房空間、冷氣及電力的需求。打造活的資訊架構就是立基於虛台,主機虛擬化 應用打破了硬體與軟體的限制,相對來說,也簡化了 IT 的架構,組改整 併機都建構在只要移動簡化房 整併程序及負擔,提升機房共構的效率。




建立互備援之雙機房
建立文心(詳3設置點 主要考量(1)未來可成「環境資源部構機(2)GSN 機房頻寬界 接;(3)通過 ISO27001 資訊安全認證;(4) 機房地點相距 25 公里以上。
備援形式主要考量(1) GSN 機房對外網頻寬較大,適合放置服務的網站;(2)環保署機適合放置內部使用系統(3)善用兩地 機房網路資源。
透過 GSN VPN 網路路及儲存設備資料抄寫機制,將資料抄寫到異地 儲存,當營運主機障且經評估無法於期內修復,則依標作業程序 啟動異地備援主機提供服務,維持業務持續運作。



本署於1 期推動機共構後,留置署本電腦機櫃尚52 部份往台北東共構機房櫃內腦 主機數量不多,主要重要核心資訊系AD 目錄伺服DNS 伺服器等) 及網路管理設備,等機櫃佔用相當多機房區空間,而空調系統亦未隨著電腦主機數量少,有效減少電力費,空調設施節能率不佳, 能源使用效率 PUE 2.5為落綠色機節能政策,本署於 101 年 進行第 2 期電腦機房節能改善計畫,將 PUE(電源使用效率)降低 30%
茲將本署執行情形詳述如下:
一、 建立「熱通道分離」減少機內混風混流,呈現溫平穩狀態 傳統機房內空調系統都放置於機房內某一面牆,空調系統冷空氣吹入高架地板下,接著冷空氣會從各個機櫃前方的蜂巢地板往上流動,機櫃內的電腦伺服器再將這些冷空氣吸入以降低溫度(即冷通道),機櫃內 主機會上再送調即熱道),但實際上冷熱通道並非完全分離,常使得機房內冷熱空氣混在一起,溫度分佈不均勻,難以有效的控制機房溫度(詳如圖 4)。為有效控制機房溫度,本署新設機櫃美國能源署建議「冷熱通道 分離」技術,冷卻設施與機櫃一體化,將熱通道完全密封,並由透過熱 循環水路帶至冷卻水塔,大幅減少機房內混風混流,使機房呈現溫度平 穩狀態。



二、 採用「櫃式空調機  」縮短空氣流動路徑,提升調效率 傳統機房空調系統耗電量約佔機房總用電量50%右,但並非空調冷卻的效能,完全運用在資訊設備上,而是部份耗費在機房的環境中且會有送風量不足、空調冷卻不均的問題。為提升空調系統效本署採用機櫃式空調機,放置於機櫃與機櫃 之間,空調主機將冷氣平行送相鄰機內的伺服器立即將這些冷 空氣吸入機箱,冷空氣的流動路徑變短,快速達到冷卻效果,可大幅提 升空調效率(詳如圖 5 及圖 6






三、 建置化機房環境監控系統 以往資料中心基礎設施及環境管理系統,份管理工作都是由人力執行,不僅耗費人力資源且效率張,通常僅能得知狀態正常與否無法快速得知即時利用率、資源使用狀態、設備訊息或產製管理報表、 統計分析和系統模擬的功能。本署引進模組化機房環境監控系可將 UPS冷卻水塔、空調 電力配電盤、消防系統、各電腦機櫃 PDU 等機房週邊基礎設施納入管 理,並提供 PUE 、各子系統耗電佔比、歷史趨勢等等。不僅可以即時得知相關軟硬體訊息、故障原亦可分析每一伺服 器用電狀況,對於耗電量高的伺服器,採取必要措施,透過全盤性管, 實現提高效能目標,並可結合 APP 進行遠端監控管理。
四、 井然有的佈線規劃,易於維及管理 線纜管理與機房的散熱效力息息相關,有序線,不但可防止散熱通道堵塞的問題,提高散熱效率,且易於維護和管理。本署機房網路佈線方式採上走線方式,組合線槽直接安裝於機櫃

肆、 效益

方,可快速將網路繞送至服務系統,線纜及冷卻設施水管路則 採用下走線方式,化網格線槽架設於高架地板支柱上,有效的決 機房電纜繞送需求,2 種佈線方式設計不僅可以避免讓網路線和電源線纜互相干擾,且分流後更容易管理,一旦漏水發生,電源線纜和其他 設備都不會受到影響。

1 期共構機房成效:估計每年可節省約新台幣 700 萬元。 本署98年度將外點單位機房之主機整併至台中文心機房,以7台虛擬化平台整併原有32主機25台主99度將各業務單行租用GSN台北永和光機主機整併台北機房104部電服器整併18部, 減少電腦伺服器86部,合計2年內共減少111台電腦伺服器。

一、 節省電力費用:每年節省 18 萬度用電量,以 1 度電費 3 元計算,約節省新台幣 54 萬元。
二、 節省空間使用費:約節省 11 個機櫃的機房空間,換算機櫃租金每年約 節省新台幣 194 萬元。
三、 設備折舊攤提:以每部伺服器購置費用約新台幣 16 萬元估算(使用年 限 5 年),每年約新台幣 355 萬元。
四、 節省設備維護費部伺服器年維護1 萬元計,每節省 新台幣 111 萬元。
五、 虛擬資料集中存放硬體設備備使,易於 管理設備,並因應長的資料量,效能及容量可以 原機擴充。
六、 使用虛擬平Storage 的配合可以使硬體設備的效能使用率最 高,以及安全性達到最好,成節能減碳及系統安全的最高效應。

2 期機房節能改善計畫(第一階段)成效 本署執行電腦機房節能改善計畫,1024月完成第一階段改善工程後試運轉以來,已將原散落主機房52機櫃之實80套,陸續納至型高密8機櫃內,迄今已節主機房44機櫃及3大型空調機空間,大降低主機 的電力需求及維運成本。
 
一、 電腦機房用電量由每週 18,000 度降為 9,000 度左右,降幅達 50%,估計 每年可節電 46 萬度,本次工程所投入經費中直接運用於節能設備部分510 萬元,以每度電費 3 元計算,約 4 年左右可以攤平。
二、 節能及機調機使10 ,往6 節省之電816 萬元。
三、 PUE 值由原來 2.5 降為 1.7,降幅約 30%,以達節能標準。
(註:PUE=用電量/IT 設備用電量,係用以機 電力耗究竟有多少是用在 IT 設備上,國際 Green  Grid 協會 PUE 準以 PUE 值低於 2 才符合節能原則)
伍、 後續發展
本署共構機房在一致化管理標準下,各項系統之維運包括資訊安全、網路管 理、系統資源調度,享有專業級之服務,因多個單位及機關的與,達到一 定的經濟規模,可減整體營運成本。後續朝設備軟體、硬體之轉效能優化 以達節能目的:

一、 接續導入節能措施,落實「綠色機」節能政策 機房節能改善計(第一階段已於 102 3 31 日竣工,本署接續進行第二階段工程並預計於 102 年底完成,主要工作係改善配電系統、採用機櫃型高能不系統(UPS )及作業空間調整,持續少電以提 綠能運作機房量能。
() 目前本署電力主幹電源由本署大樓地下室發電機 380V 電壓,經變 轉換為 220V 壓,電源再傳送至電腦機房 UPS 供電腦主機使其中 經歷 1 次壓降轉換,電力耗損約為 3-5%第二階段工程因考量機櫃型 UPS 輸入電壓為 380V 及減少電壓轉換之耗損,將重新架設電源纜線由 地下室發電機直接佈線至機櫃型UPS
() 減少 UPS 電力轉換綠色機運轉的下一個標的,傳統的UPS 在電 力轉換時,滿載效率80%85%亦即有電力耗 15-20% 效率更低,因此在能轉換時產生極大耗本署第二階段改善工程即 將採用機櫃型 UPS電力轉換約耗損約 5-10%因此在能源轉換 生極小耗損。
二、 檢討系統退場與合併機制,持續強化機房效能
本署第階段將再落實全署伺服器利用效率查核,對於利用率低之電腦 資訊系統,不影響務推展下,次進行併或退場然電腦機整併 或下線,會因電腦主數量下降,反而造成 PUE 值上升,但電腦房總用電 量是可明顯下降。
三、 成立「環境資源部」,力求系統移轉過程服務不中斷
未來「環境資源部業務範圍,包含污染防治、氣候變遷、流域管理、 災害防救及然保育在組織改過程中訊系統需配移轉。署以對 外服且同達到,資集中(Shared Services)為目 標,建置共構機房集中管理,逐步整併共通性系統,減少重複維運成本。

陸、 結語
本署落實「綠色機節能政策,經由第三(財團法人臺灣綠色產力基金會)驗證本署主機房能源使用效率(PUE)值已達節能標準,主要係採取由內而 外、由繁化簡4階段措施:
一、 採用機共電腦使少實體主機數量。
二、 建置互為備援之雙共構機房,節省電腦機房電力、空調及其他機房基礎設施的維護費用,並提供異地備援機制。
三、 電腦機房節能改善計畫,大幅降低電腦機房調系統用電UPS 能源轉換的耗損。
四、 落實伺服器利用效率查核,對於利用率低之電腦資訊系統,進行整併或退場。
本署爰將實施後成效經驗,提供各級政府關單位參考推動,倘級公、 民營機關(構)之機運用以上節能改善重,應可有相當節能效,降低維運 成本,對國家整體節約能源目標推動上,也相對提出貢獻。
(本文為政府機關資訊通報, 由行政院環境保護署環境監測及資訊處王彥欽設計師 提供)

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