華為交換機(jī)“綠色之旅”
世界經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，能源日趨匱乏，污染嚴(yán)重。能源的消耗導(dǎo)致了溫室效應(yīng)和一系列的自然災(zāi)害，保護(hù)環(huán)境、防治氣候變化成了人類面臨的重要挑戰(zhàn)，節(jié)能減排刻不容緩。據(jù)統(tǒng)計，我國通訊行業(yè)每年耗電超過200億度，消耗煤炭量達(dá)675萬噸，這些都給以太網(wǎng)交換機(jī)今后的發(fā)展提出了新的要求。如何兼顧高可靠性、高可擴(kuò)展性、強(qiáng)大的處理能力和節(jié)能減排，成為各設(shè)備商戰(zhàn)略投入的新方向。
華為系列交換機(jī)在開發(fā)過程中始終貫徹了綠色節(jié)能的設(shè)計思想，整個系列秉承模塊通用化、部件歸一化的設(shè)計理念，對產(chǎn)品進(jìn)行全流程節(jié)能減排管理，推行產(chǎn)品全生命周期碳排放評估，在不斷提升性能及穩(wěn)定性的同時，大幅降低設(shè)備能源消耗，減小噪聲污染，為網(wǎng)絡(luò)綠色可持續(xù)發(fā)展提供了領(lǐng)先的解決方案。
華為交換機(jī)在設(shè)計階段就是一條綠色節(jié)能之旅。我們知道，一個產(chǎn)品的能耗就是它所有模塊的能耗之和，交換機(jī)也是如此。如何通過各種節(jié)能手段將交換機(jī)各模塊的能耗降至最低，也就成了交換機(jī)整體節(jié)能的根本。一款優(yōu)秀的綠色節(jié)能交換機(jī)，會從芯片、電源、散熱及智能管理等方面進(jìn)行節(jié)能優(yōu)化以降低整體功耗。下面我們就來探究華為系列交換機(jī)究竟采用了哪些具有獨(dú)到之處的節(jié)能技術(shù)，成為了交換機(jī)中的節(jié)能專家。
1 低耗“變流”芯片
對于通信設(shè)備來說，器件的工藝越先進(jìn)，完成同樣功能的器件所消耗的功率越低。因此，選用先進(jìn)工藝的集成電路可以從源頭上降低設(shè)備的功耗。華為系列交換機(jī)中使用的核心處理芯片采用了新一代ASIC(Application Specific Integrated Circuits，專用集成電路)，芯片采用65nm工藝設(shè)計，相比前一代芯片，功能/能耗比增加了30%以上，大大節(jié)省了功耗。
低功耗器件不僅僅體現(xiàn)在工藝的先進(jìn)性，而且具有許多低功耗功能特性。傳統(tǒng)設(shè)備在低業(yè)務(wù)流量情況下，所有部件也都處在完全工作狀態(tài)，導(dǎo)致能量的浪費(fèi)。華為系列交換機(jī)采用了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的中控芯片，實現(xiàn)按流量動態(tài)調(diào)整功率。當(dāng)設(shè)備感知業(yè)務(wù)流量降低或者部分端口沒有流量的時候，將會降低轉(zhuǎn)發(fā)芯片的功耗，或者直接將端口休眠，等到有流量觸發(fā)時，重新啟動端口轉(zhuǎn)發(fā)流量。圖1顯示的為傳統(tǒng)芯片和動態(tài)能耗管理芯片在不同流量下的功耗對比。分析和實驗表明，采用“流控”技術(shù)的芯片相比傳統(tǒng)芯片降低能耗8%以上。
圖1 功耗隨流量變化曲線
2 節(jié)能 --“源”于“智”者
靈活的電源冗余及顆粒化電源
電源系統(tǒng)作為通信設(shè)備的動力系統(tǒng)，也是綠色設(shè)計中節(jié)能降耗的重點(diǎn)關(guān)注對象。在高可靠通信產(chǎn)品中，為避免單個電源單元失效造成設(shè)備中斷，一般會進(jìn)行冗余部署。傳統(tǒng)電源一般采用1+1冗余備份方式，當(dāng)設(shè)備正常工作時，電源單元處于10%～45%負(fù)載狀態(tài)下工作;這樣，每個電源單元都不是工作在最佳效率下(電源負(fù)載為40%~90%時，轉(zhuǎn)換效率最佳，參見圖2)，從而帶來了電源自身能耗比重的增加。如果設(shè)備電源使用N+1(N≥2)冗余配置，當(dāng)設(shè)備正常工作時，電源單元就處于N /(N + 1)的負(fù)載狀態(tài)下工作，這樣每個電源單元工作在66%以上的負(fù)載下，更加接近于最佳效率區(qū)。
圖2 AC電源模塊轉(zhuǎn)換效率和負(fù)載關(guān)系圖
華為系列交換機(jī)電源支持N+1、N+N配置模式，用戶可以根據(jù)系統(tǒng)功耗靈活配置電源模塊數(shù)量，使模塊工作在高效區(qū)間，提高整個電源系統(tǒng)的效率。#p#
智能電源管理
華為系列交換機(jī)支持完備的智能電源管理。電源管理系統(tǒng)不僅能夠自測發(fā)熱量、工作時間和負(fù)載響應(yīng)情況，各單板還支持電源開關(guān)和監(jiān)控，可以單板順序上電(降低單板同時上電帶來的電源沖擊，提高設(shè)備壽命，降低電磁輻射)，控制單板下電，隔離故障/空閑單板，從而降低通信設(shè)備的功耗。
3 高效節(jié)能散熱系統(tǒng)
良好的散熱系統(tǒng)是設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵保障之一，為了保障設(shè)備在極端條件下的可靠性，風(fēng)扇在設(shè)計上都是按照滿負(fù)載運(yùn)轉(zhuǎn)下的散熱性能來考慮的。但設(shè)備在正常運(yùn)行中，很少會出現(xiàn)滿負(fù)載情況。在這種相對良好的條件下，可以通過適當(dāng)?shù)脑O(shè)計，把散熱系統(tǒng)的能耗降下來。另外，通過優(yōu)化風(fēng)道設(shè)計、優(yōu)化熱交換效率等可使系統(tǒng)散熱更加有效，從而降低對散熱系統(tǒng)的要求;
智能分區(qū)調(diào)速
在室溫相對穩(wěn)定的機(jī)房中，如果風(fēng)扇一直按照最高散熱標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行，不僅影響功耗，其產(chǎn)生的噪音也會增加，相應(yīng)的壽命也會縮短。因此，一臺具有高效散熱系統(tǒng)的設(shè)備，要能根據(jù)設(shè)備的運(yùn)行環(huán)境(溫度)、單板的配置情況對散熱系統(tǒng)進(jìn)行動態(tài)調(diào)整，利用風(fēng)扇調(diào)速方法可以降低散熱子系統(tǒng)的功耗和噪聲，延長風(fēng)扇壽命。
Huawei交換機(jī)采用智能風(fēng)扇調(diào)速策略，監(jiān)測全系統(tǒng)關(guān)鍵器件溫度，根據(jù)設(shè)備實際情況計算風(fēng)扇調(diào)速曲線，并將調(diào)速命令下發(fā)到風(fēng)扇框。這種擁有智能分段調(diào)速風(fēng)扇，可以根據(jù)系統(tǒng)重要部件的溫度在一定的范圍內(nèi)穩(wěn)定在某一種轉(zhuǎn)速，保證系統(tǒng)散熱;當(dāng)這些部件的溫度超過或者低于設(shè)定的閾值范圍時，將自動把風(fēng)扇轉(zhuǎn)速上調(diào)或者下調(diào)一個級別，從而在有效保證風(fēng)扇的壽命的同時提供足夠的系統(tǒng)散熱能力。
Huawei 框式交換機(jī)采用分區(qū)設(shè)計，可以根據(jù)環(huán)境溫度、單板配置自動分區(qū)調(diào)速，分區(qū)段的管理和控制將更加有利于設(shè)備節(jié)能，當(dāng)對應(yīng)區(qū)段的設(shè)備溫度達(dá)到某個區(qū)段時，僅僅控制該區(qū)段的風(fēng)扇轉(zhuǎn)速調(diào)整，在該區(qū)段的槽位中沒有業(yè)務(wù)單板時，相應(yīng)的風(fēng)扇甚至使用極慢的速度轉(zhuǎn)動，不僅能夠減少設(shè)備功耗和運(yùn)行噪聲，還能延長風(fēng)扇的壽命。
在整套風(fēng)扇系統(tǒng)方案實施后，產(chǎn)品內(nèi)部運(yùn)行溫度穩(wěn)定在一個可靠的區(qū)間值之間，避免了低氣壓及防塵網(wǎng)堵塞的影響，提高產(chǎn)品的可靠性，單個風(fēng)扇節(jié)省50%以上的散熱能耗，噪聲降低15dB。
高效的散熱風(fēng)道和走線能力
業(yè)界傳統(tǒng)的交換機(jī)的風(fēng)道設(shè)計一般采用左右風(fēng)道或者下上風(fēng)道的方式。其中左右風(fēng)道的設(shè)計可以很好的降低設(shè)備的高度，但存在著較多無法避免的問題，例如擾流現(xiàn)象(導(dǎo)致入口回溫3～5℃);受側(cè)壁阻擋(增加25%出風(fēng)阻力)等等;而下上風(fēng)道的設(shè)計雖然可以很好地提高散熱的效率，但卻使得設(shè)備的高度提高了很多。
Huawei 框式交換機(jī)革命性推出了左后風(fēng)道的設(shè)計，該方式能夠大大減少系統(tǒng)的風(fēng)阻，兼顧了下上風(fēng)道相同的散熱效率較高和左右風(fēng)道的設(shè)備高度較低兩種特點(diǎn)，實現(xiàn)兩者優(yōu)勢的有機(jī)結(jié)合，從而可以有效的節(jié)約能源。
另外，傳統(tǒng)的左右風(fēng)道，只有機(jī)架的四個拐角可以進(jìn)行布線，端口的高密度成為一句空話;而左后風(fēng)道設(shè)計的設(shè)備可以有更大空間用于走線，保證真正意義上的高密度端口的有效性。
4 智能系統(tǒng)監(jiān)控及EEE標(biāo)準(zhǔn)
CMU (Centralize Monitor Unit，集中監(jiān)控平面)
Huawei 框式交換機(jī)在傳統(tǒng)交換機(jī)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)、管理控制雙平面基礎(chǔ)上創(chuàng)新地增加了獨(dú)立的環(huán)境監(jiān)控平面(即集中監(jiān)控平面)，實現(xiàn)對單板、風(fēng)扇和電源配電模塊的監(jiān)控、管理和維
護(hù)。業(yè)界首創(chuàng)的環(huán)境監(jiān)控板，采用華為自主知識產(chǎn)權(quán)的高集成度中控芯片，實現(xiàn)硬件級的按流量動態(tài)調(diào)整功率、風(fēng)扇分區(qū)控制、風(fēng)扇智能調(diào)速、端口休眠技術(shù)等多項節(jié)能技術(shù)，在提升系統(tǒng)性能的同時大大降低整機(jī)功耗，并支持獨(dú)立環(huán)境監(jiān)控與網(wǎng)管聯(lián)動，實現(xiàn)全面可視化管理。
支持EEE標(biāo)準(zhǔn)
在實際應(yīng)用中，網(wǎng)絡(luò)鏈路絕大部分時間的利用率一般不到10%，即使在高峰期利用率也達(dá)不到100%。在沒有數(shù)據(jù)發(fā)送的時候，如果相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)組件仍然按照最高功率運(yùn)行，就會額外產(chǎn)生大量的無用功耗。Huawei交換機(jī)支持EEE(Energy Efficient Ethernet，能效以太網(wǎng))標(biāo)準(zhǔn)，能夠根據(jù)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間的實際流量自動調(diào)整能源消耗，可以迅速在全速運(yùn)行和低功率閑置模式之間轉(zhuǎn)換，從而實現(xiàn)低流量低功耗。如圖3所示，支持EEE標(biāo)準(zhǔn)的交換機(jī)設(shè)備較非EEE設(shè)備的端口能效提升30%以上。
圖3 鏈路利用率與功耗關(guān)系曲線
結(jié)束語：
華為系列交換機(jī)作為新一代交換機(jī)產(chǎn)品，在提升整機(jī)最大轉(zhuǎn)發(fā)容量的基礎(chǔ)上，提出了創(chuàng)造性的系統(tǒng)方案，面向未來的節(jié)能減排設(shè)計方案，滿足節(jié)能環(huán)保的要求。和現(xiàn)網(wǎng)的大多數(shù)交換機(jī)設(shè)備相比，華為系列交換機(jī)最大能夠節(jié)約設(shè)備、機(jī)房的設(shè)備以及空調(diào)能耗45%以上，成為業(yè)界最節(jié)能環(huán)保的交換機(jī)之一。
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