CloudFabric 3.0：加速数据中心高算力绿色转型

340亿吨这个数字或许较为抽象，按照《科学美国人》记者卡勒布·沙夫（Caleb Scharf）的计算方法则直观了许多：以森林燃烧排放的二氧化碳为例，如果燃烧1英亩针叶林会释放4.81吨二氧化碳，那么340亿吨碳相当于燃烧近74亿英亩针叶林（约合3000万平方千米），相当于全球森林面积的四分之三！

随着云计算、大数据、人工智能等技术的快速发展，数据中心的算力诉求和带宽需求与日俱增，数据中心能耗压力成倍增加。数据中心作为碳排放大户，肩负起了降低能耗的重任。

双管齐下：提升算力与降低算耗

根据《Applied Energy》论文“Usage impact on data center electricity needs: A system dynamic forecasting model（基于动态预测模型分析数据中心电力需求）”测算，到2030年，数据中心能源需求将翻2到3倍，达到750太瓦时以上（1太瓦时=10亿度电），约占整个ICT领域能耗36%。

图1 单机柜功率密度和单端口功率增长量

如果说使用可再生能源，改善供电和散热条件，是数据中心的“外功”，那么提升数据中心算力，缩短任务运行时间，则属于苦练“内功”。

根据中国信息通信研究院云计算与大数据研究所云大所主编的《ODCC数据中心算力白皮书》研究说明：“数据中心的算力大小，由服务器算力、存储吞吐和网络传输效率共同决定。”

在同等服务器规模下，网络丢包0.1%可以导致算力损失50%，造成了大量的能耗浪费。因此，提升网络能力，改善数据中心单位能耗下的算力水平，是数据中心实现绿色转型的关键,也是有效解决数据中心能耗浪费的手段。

图2 算力与网络关系（来源：ODCC　ODCC-2020-01008 数据中心算力白皮书）

CloudFabric 3.0，加速数据中心高算力绿色转型

华为超融合数据中心网络CloudFabric 3.0以CloudEngine系列数据中心交换机为核心，不仅自身设备实现全系列低碳生产和绿色节能，还可通过0丢包网络提质减少算力浪费，缩短计算任务时间，降低整体数据中心IT能耗。

图3 以0丢包网络提质减少算力浪费

独创散热黑科技，每bit功耗低于业界54%

华为CloudEngine系列数据中心交换机基于50多项散热专利，拥有业界领先的高效散热能力，400GE端口每bit功耗相比业界降低54%。

• 通过自研风洞模型研制出大开孔、窄隔筋的面板，匹配最佳风阻，使开孔散热能力提升8%，从而助力风扇节能20%。

图4 业界面板开孔VS华为面板开孔

• 利用蒸发-凝结VC相变机理，将热量迅速、高效地从芯片扩展到VC散热基板，散热效率提高4倍。同时研制导热面积大、导热系数高的新超薄导热材料，热导率提升6倍。

图5 业界普通散热VS华为相变散热

• 首创混流风扇，结合垂直和水平两个方向，既做离心运动，又做轴向运动，使散热效率增加3倍，耗电量是传统风扇的一半。

图6 业界普通风扇VS华为混流风扇

全无损以太网络，单位TFLOPS能耗降低27.4%，单位IOPS能耗降低30%

华为超融合数据中心网络CloudFabric 3.0基于iLossless智能无损2.0算法，实现业界首个全无损以太网，并广泛应用在风控识别、气象预报、地质勘探等多元计算场景。

以元宇宙虚拟数字人为例，通过人工智能训练和图像识别，元宇宙游戏中虚拟数字人的脸部可以和玩家的面容极度相似，使玩家得到更沉浸的游玩体验。也就是说，谁能更快完成算法优化、训练和识别，谁就能快速上线，抢占玩家心智。

第三方权威机构Tolly Group测试结果表明，在TensorFlow-GPU分布式训练中，华为全无损以太网络每秒可训练图片数为478张，业界为375张，计算效率提升27.4%。这意味着在同等服务器规模下，使用华为全无损以太网络可比业界训练时间缩短27.4%，不仅可以助力游戏快速上线，而且可以帮助大型数据中心每年可减少上千吨碳排放。

图7 TensorFlow-GPU分布式AI训练（Parameter Server架构）测试结果（来源：Tolly 报告）

除了在计算领域，华为全无损以太网络的加速效应在存储领域也得到充分验证，在金融、政府、航空航天等场景更是表现优秀。Tolly Group基于业界权威的FIO存储测试工具，在完全模拟真实业务环境下进行测试，结果表明：在各种读取顺序场景中，应用华为全无损以太网络后，存储系统的IOPS至少比业界高30%以上，也就是说，应用华为全无损以太网络在达到业界网络方案相同性能的前提下，还可以减少30%的存储节点，带来整体存储系统30%的能耗降低。

图8 分布式存储场景FIO工具测试结果（来源：Tolly 报告）

全系列交换机生产节能，实现低碳制造

华为数据中心交换机制造体系，一直致力于从“生产制造”到“产品终止使用”全生命周期的绿色化设计，以助力实现可持续发展目标：

• 以“少涂敷，不清洗”为原则的绿色无废设计，拒绝排污浪费；
• 以“减量化，无纸化”为原则的绿色节材设计，拒绝材料浪费；
• 以“少耗电，减碳排”为原则的绿色节能设计，拒绝过度测试；
• 以“易拆解，零填埋”为原则的绿色回收设计，拒绝一次报废。

2020年，华为CloudEngine系列数据中心交换机成为首批获得国家CEC生态产品认证的以太网交换机，提升产品能效、降低噪声污染、践行绿色制造，共同守护“绿水青山”。未来，华为仍将持续创新，助力企业数据中心加速实现大算力绿色转型，为全球碳中和目标的早日实现注入数字动能。