服务器能效检测技术方案研究.pdf

Infrastructure&DataManagement基础设施与数据管理/责任编辑章继刚服务器能效检测技术方案研究福建省产品质量检验研究院宋嘉编者按：国内现阶段服务器能效测试方法主要借鉴普通计算机的能效要求。在现有测试方法的基础上考虑实际使用中的影响因素进行深入分析，利用新工具探索针对服务器的能效检测技术方案，从而更好地检测服务器能源消耗量以及各因素对能源消耗的影响，为日后企业改进产品设计、提高产品质量提供参考依据。现今，服务器作为网络环境中的数据处理核心，具有高速运算、海量数据吞吐、长时间可靠运行等能力。在企业业务运行、数据中心运营中，都需要大量服务器，其能源消耗量不容小靓。服务器能效测试是评估服务器在执行任务时所消耗能量的测试过程。它是为了确定服务器的能源效率和性能，以帮助优化服务器的能耗和资源利用，从而降低运行成本，减少对环境的影响。现阶段用于服务器能效测试的主流工具多是国外的厂商开发的，衡量服务器能效的测试方法有许多种。1.SPECpower_ssj2008。用于评估服务器在执行Java应用程序时的能效。它衡量服务器在给定的性能水平下所消耗的能量。2.SPECpower_2008。用于测量服务器在处理计算密集型工作负载时的能效。3.EnergyStarforServers。能源之星（EnergyStar）计划为服务器和数据中心制定了能效标准。服务器可以通过符合EnergyStar标准来证明其能效。4.Green GridMetrics。绿色计算机（GreenGrid）组织提供的一系列能效指标和测量方法，帮助组织评估和提高其数据中心的能效。5.ldlePowerMeasurement。测量服务器在空闲状态下的功耗，用于评估服务器在不同负载情况下的能效变化。这些测试方法和工具可以帮助评估服务器的能效，不同的测试方法可能适用于不同的应用场景和需求。国内目前使用的检测方法仅有大部分借鉴普通计算机的能效要求的服务器能效要求及测试方法标准，没有专对服务器设备的细分和研究。本技术方案研究可以填充该产品品类检测技术上的空白，也可以为日后企业改进产品设计、提高产品质量提供参考依据，引领行业朝着安全、规范的方向有序发展。影响因素分析服务器能效测试可考虑不同负载下的功耗、能源利用效率、功耗利用效率（PowerUsageEffectiveness,PUE)、能源效率比(EnergyEfficiencyRatioEER）、温度测试、不同负载下的性能表现、不同能源管理模式下的功耗等。服务器的功耗受多种因素的影响，最主要的因素有中央处理器、内存和存储。 2023.11投稿信箱责任编辑章继刚Infrastructure&DataManagement基础设施与数据管理处理器是服务器最重要的组件之一，也是功耗的主要来源之一。处理器的工作负载、频率和核心数量直接影响其功耗。更高的负载和频率通常会导致更高的功耗。服务器CPU工作状况相关负载有：Compress、L U、SO R、Cr y p t o A ES、SO R T、SHA256、H Y BR I D SSJ。测试时，应考虑在不同的负载率下分别测试，从0%至10 0%逐渐增加负载，从而探究不同负载量对功耗的影响。内存模块在读写数据时也会产生功耗。内存的容量和频率对功耗有影响，较大的内存容量和较高的频率可能会增加功耗。内存模块在读写数据时会消耗电能，因此内存的功耗直接与其使用情况有关。随着内存读写操作的频率增加，内存的功耗也会相应增加。因此，在测试服务器能耗时，应考虑内存的影响。硬盘（包括传统的机械硬盘和固态硬盘）对服务器能效有一定的影响，以下是一些硬盘对服务器能效的主要影响因素。1.功耗。机械硬盘通常比固态硬盘消耗更多的功耗，因为它们需要驱动盘片旋转和读写磁头移动。固态硬盘由于没有机械部件，功耗通常较低。2.工作负载。硬盘工作负载的不同可能会导致不同的功耗水平。3.性能。硬盘的性能（如读写速度、IOPS等）会影响服务器的响应时间和处理能力。较快的硬盘可能会更快地完成任务，从而降低服务器的负载和功耗。4.温度和散热。机械硬盘由于存在旋转部件，可能会产生更多的热量。维持硬盘的正常工作温度可能需要更多的散热工作，从而增加服务器的功耗。5.硬盘接口。不同的硬盘接口（如SATA、SA S、N V M e 等）在性能和功耗方面可能会有所不同。较新的接口一般提供更高的性能，但也可能带来更高的功耗。6.电源管理。许多硬盘都配备了电源管理功能，可以根据需求自动进入低功耗模式。这可以在空闲时降低硬盘的功耗。所以硬盘类型、功耗、工作负载、性能、接口、电源管理等因素都会影响硬盘对服务器能效的影响。IO设备（输入/输出设备）如网络适配器、磁盘控制器等，对服务器的能效主要有以下几点影响因素。1.功耗。IO设备的功耗取决于其类型、工作负载和性能。高性能的IO设备一般需要更多的电能来支持其操作，而低负载时可能进入较低功耗模式。2.数据传输速度。高速的IO设备一般具有更高的性能，但也可能会导致更高的功耗。例如，高速网络适配器和固态硬盘可能需要更多的电能来支持更快的数据传输速度。3.带宽需求。1O设备可能会对系统总体的带宽需求产生影响。高带宽需求可能导致网络拥塞，从而需要更多的处理能力和功耗来处理数据流。所以，附加IO设备也是能耗的影响因素之一，可作为附加因子进行计算。服务器的效率是指服务器所用的功耗与其执行任务所产生的有效工作之间的比率。常见的效率指标包括功耗利用效率和能源效率比，与服务器能效要求及测试方法标准中一致。服务器的温度直接影响其能效和性能，高温可能导致服务器性能下降并增加能耗，故在测试中也需要考虑温度的影响。所以本次方案增加了测量服务器在运行时的温度。不同的能源管理模式，例如睡眠模式、节能模式等，确保服务器在不需要高性能时能够有效降低能耗，故也需测量在不同模式下的功耗。测试方案本项目采用BenchSEE工具来进行服务器能效投稿信箱2023.1193Infrastructure&Data Management 基础设施与数据管理/责任编辑章继刚连接完成后，使用浏览器打开http:lllocalhost:8080，即可进入测试界面。点击“确认新建即可创建测试。控制罐的测试。该工具由中国标准化研究院资源与环境分院主导开发，参考了众多芯片、服务器厂家以及能源效率领域相关科研机构的意见及研究成果，可支持刀片、机架、机柜等多种服务器类型、主流服务器配置以及Linux、W in d o w s Se r v e r 等主流操作系统。控制端PC需要安装6 4位Windows或Linux操作系统、并至少有2 个通信接口用于连接温度计和功率计，有线网口的速率应在1Gb/s以上。在使用该工具测试时，控制端首先需配置Java运行环境，版本须在Java8及以上，确保控制端配置推荐版本的JRE。下载BenchSEE.zip到控制端，并解压运行。控制端通过有线网络与SUT连接，SUT与控制端需配置在同一局域网内。SUT也应安装Java8及以上的Java环境，关闭防火墙，剩余空间不低于30 GB。温度计应使用BenchSEE兼容的型号并放置在SUT的入风口处，通过线缆连接到控制端。功率计应使用测试软件兼容的型号，与SUT相连并接入控制端，使用控制端读取功率数据。功率计需要调整配置电压、电流自动量程为关闭状态，电压量程推荐值30 0 V，电流量程推荐值5A、数据更新间隔时间为1S。测试设备及仪器按照图1连接部署。网络设备温度计电源SUT率计图1测试设备及仪器连接图进入任务配置，填写被测设备基本信息、选择测试参数、选择测试仪器，SUT与控制端须确保在同一局域网内，可先Ping被测设备检查连接。可以看出，该测试工具测试中加入了影响服务器功耗的关键部件：CPU、内存、和存储。连接成功后，点击“保存并执行。测试成功后，在“报告”标签页查看生成的报告。报告可下载为多种格式的文件。结语通过对服务器能效的测试和评估，帮助生产企业和服务器使用者了解服务器的真实表现，并采取相应的措施来优化服务器的性能和能耗，以降低服务器的运行成本并提高整体能源利用效率。数据中心和企业通常需要大量的服务器来支持业务运营，这些服务器消耗大量的能源。数据中心是许多组织的核心基础设施，其能效对整体业务效率和性能至关重要。通过识别并优化能效问题，可以提高数据中心的整体效能和性能。企业可以获得关于服务器和数据中心能源消耗的详细信息，从而做出更明智的硬件采购和升级决策。综上所述，服务器能效测试对于降低成本、提高数据中心效能和决策支持等方面都具有重要意义。通过更加全面、完善的能效测试，企业可以持续改进其服务器基础设施，实现更高水平的能源效率和可持续性。N【注】基金项目：福建省产品质量检验研究院院课题项目（KY202242A）资助。94W 2023.11投稿信箱