白皮書釋出 | 看 NVIDIA BlueField DPU 如何讓資料中心變得更加環保

據估計，資料中心目前消耗的電量佔全球發電量的比例略高於 1%，這一佔比在美國為 1.8%，在歐洲為 2.7%。根據華為在 2015 年釋出的一項研究，到 2030 年，資料中心消耗的電量佔全球發電量的比例預計將上升到 8%，甚至會高達 13%。

　　全球資料中心面臨能效挑戰

　　由於成本上升和供電量方面的限制，能效在資料中心內變得越來越重要。最近，全球電價在不斷飆升, 加上許多資料中心可以獲得的供電量都有硬性限制，這就形成了一個強勁的激勵因素，促使資料中心提高效率，以便透過一個資料中心來容納更多應用、租戶，並實現更高的生產力，而不是再構建或租用一個新的資料中心。

　　此外，雲服務提供商不僅承受著持續的競爭壓力，要不斷降低軟體即服務、平臺即服務和基礎設施即服務（SaaS、Paas、IaaS）的每小時租用成本，而且在許多地區還要承受不斷上漲的電力成本。各種組織（服務提供商、企業和政府機構）都面臨著提高能效來應對氣候變化的壓力，通常是透過購買更昂貴的“綠色”電力來替代火力發電產生的電力。

　　在節省資金、更大限度地提升每個資料中心的利用率以及應對氣候變化等壓力下，每個資料中心運營商都在力爭提升伺服器的能效。

　　降低資料中心電力成本的傳統策略

　　資料中心運營商通常會採取多種策略來降低耗電量和電力成本：

　　在電力供應成本更低或供應量更豐富的地區建立新的資料中心，這種方式可以降低電力成本而非耗電量。

　　改善電源使用效率（PUE），這意味著更大限度地提升供應給資料中心的電力中用於實際計算裝置的電力所佔的百分比。不過，這本身並不能衡量或提升各個伺服器的能效。

　　提高冷卻效率，因為冷卻所消耗的電量在資料中心用電量中所佔的比例最高可達 30%。這可以降低冷卻所需的電力，並降低 PUE 比率。

　　使用虛擬化、容器和可組合基礎架構更大限度地提升每臺伺服器的工作負載利用率。

　　提升單臺伺服器的能效。

　　將選定的 IT 工作負載外包給公有云，或外包給電力成本更低的主機託管中心。不過，並非所有工作負載都可以外包，公有云的高能效所帶來的好處也並非始終都能惠及租戶。

　　 藉助特定領域專用的處理器

　　來提升伺服器效率

　　當今的資料中心依靠軟體定義的基礎設施來實現靈活性、可擴充套件性和易管理性。在典型伺服器中，虛擬化、網路、儲存、安全、管理和配置均由執行在伺服器主 CPU 上的 VM、容器或代理程式來處理。這不僅會消耗最高可達 30% 的處理器計算資源，而且 CPU 在執行這些型別的基礎設施工作負載方面效率並不高。通用 CPU 擅長處理通用單執行緒工作負載，並且通常是針對效能而非能效進行了最佳化。

　　使用特定領域專用的加速器有助於提升效能、降低耗電量，並釋放伺服器 CPU 核心來執行它們更擅長的應用。比如在執行資料中心基礎設施任務方面，DPU 的效率要比通用 CPU 高得多。DPU 有專門的硬體引擎來用於加速網路、資料加密/解密、金鑰管理、儲存虛擬化和其他任務。此外，DPU 上的 CPU 核心通常比一般伺服器 CPU 更節能，並且可以直接訪問網路管線。因此，即使一些網路任務無法透過 DPU 的專用引擎來加速，DPU 核心也能比伺服器 CPU 更高效地執行 SDN、遙測、深度資料包檢查或其他網路任務。

　　透過硬體加速的 DPU 解除安裝

　　來降低伺服器耗電量

　　NVIDIA 與主要合作伙伴通力合作，在多項測試中將各種任務解除安裝到智慧網路卡或 DPU 來測試耗電量節省情況。

　　測試表明，透過將網路和安全任務解除安裝到 NVIDIA BlueField DPU，可顯著提升效率。該 DPU 包含特定領域專用的加速器，這些加速器擅長執行基礎設施任務處理，包括網路、儲存和安全。該 DPU 還具有比 x86 CPU 更節能的 Arm CPU 核心，非常適合解除安裝基礎設施應用的控制平面和/或 伺服器虛擬化平臺或容器管理軟體的部分功能。

　　透過 DPU 解除安裝和節能

　　進一步節省成本

　　隨著能源價格不斷攀升，DPU 解除安裝的節電量也將不斷增加。而電力價格越高，意味著從 DPU 解除安裝可節省的成本就更多。

　　透過測試發現，NVIDIA BlueField DPU 的解除安裝和加速功能顯著節省了雙向成本。解除安裝可釋放 CPU 核心， 從而減少伺服器部署數量，節省資本性支出。透過減少伺服器數量，降低每臺伺服器的耗電量，客戶能顯著減少運營性支出。因此，擁有 1 萬臺伺服器的大型資料中心三年期間可大幅節省 2600 萬美元。透過使用 DPU，伺服器可節省 6.3% 的資本性支出，由於較低的電力成本，運營性支出又節省了 46%。

　　降低伺服器耗電量還可以節省額外的附加成本，因為這同時減少了配電和冷卻成本。每瓦進入資料中心的電力都需要電源管理硬體，例如不間斷電源、發電機（加上燃料輸送和儲存）和配電裝置。而消耗的每一瓦電力也會轉變成必須從資料中心排放出來的熱量。可高達 40% 的資料中心耗電量專門用於冷卻。因此，伺服器端節省的每一瓦電力都會減少資料中心冷卻裝置所需的電量，以及供電和散熱所需的資產裝置數量。

　 　DPU 解除安裝

　　是提高資料中心效率的新一波浪潮

　　使用適當 DPU 實現透過硬體加速的網路解除安裝，可大幅減少每臺伺服器的耗電量，從而提高伺服器效率、資料中心效率，降低用電量，減少冷卻負載，最終大幅降低成本。在這個能源成本不斷上漲和對綠色環保 IT 基礎設施需求不斷增加的世界中，採用 DPU 將是大勢所趨，透過它來降低資料中心的資本性支出和運營性支出，進而降低 TCO。