華為交換機“綠色之旅”
世界經(jīng)濟飛速發(fā)展，能源日趨匱乏，污染嚴重。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675萬噸，這些都給以太網(wǎng)交換機今后的發(fā)展提出了新的要求。如何兼顧高可靠性、高可擴展性、強大的處理能力和節(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，交換機也是如此。如何通過各種節(jié)能手段將交換機各模塊的能耗降至最低，也就成了交換機整體節(jié)能的根本。一款優(yōu)秀的綠色節(jié)能交換機，會從芯片、電源、散熱及智能管理等方面進行節(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究竟采用了哪些具有獨到之處的節(jié)能技術(shù)，成為了交換機中的節(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，完成同樣功能的器件所消耗的功率越低。因此，選用先進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。華為系列交換機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?；娫?/strong>
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)的負載狀態(tài)下工作，這樣每個電源單元工作在66%以上的負載下，更加接近于最佳效率區(qū)。
圖2 AC電源模塊轉(zhuǎn)換效率和負載關(guān)系圖
華為系列交換機電源支持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。
華為系列交換機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。#p#
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)計上都是按照滿負載運轉(zhuǎn)下的散熱性能來考慮的。但設(shè)備在正常運行中，很少會出現(xiàn)滿負載情況。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)定的機房中，如果風(fēng)扇一直按照最高散熱標準運行，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)備的運行環(huán)境(溫度)、單板的配置情況對散熱系統(tǒng)進行動態(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，實現(xiàn)兩者優(yōu)勢的有機結(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，只有機架的四個拐角可以進行布線，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標準
CMU (Centralize Monitor Unit，集中監(jiān)控平面)
Huawei 框式交換機在傳統(tǒng)交換機數(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。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功耗，并支持獨立環(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標準
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行，就會額外產(chǎn)生大量的無用功耗。Huawei交換機支持EEE(Energy Efficient Ethernet，能效以太網(wǎng))標準，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標準的交換機設(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：
華為系列交換機作為新一代交換機產(chǎn)品，在提升整機最大轉(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)交換機設(shè)備相比，華為系列交換機最大能夠節(jié)約設(shè)備、機房的設(shè)備以及空調(diào)能耗45%以上，成為業(yè)界最節(jié)能環(huán)保的交換機之一。
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