由于對(duì)可持續(xù)性和氣候變化的擔(dān)憂推動(dòng)了私營(yíng)和公共部門的轉(zhuǎn)型，越來越多的組織和國(guó)家正在采用環(huán)境目標(biāo)來解決其溫室氣體排放問題。旨在將全球平均氣溫上升限制在 1.5 攝氏度以內(nèi)的巴黎氣候協(xié)定和呼吁各國(guó)“采取緊急行動(dòng)應(yīng)對(duì)氣候變化及其影響”的聯(lián)合國(guó)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)等國(guó)際協(xié)議已經(jīng)規(guī)定減排和可持續(xù)發(fā)展的基調(diào)。此外，許多私營(yíng)部門組織，包括科技巨頭亞馬遜、谷歌和微軟，都制定了自己的可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)，以在 2040 年或更早之前實(shí)現(xiàn)凈零碳排放。
即使是較小的組織也可以而且應(yīng)該采用可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)來解決其長(zhǎng)期的環(huán)境和經(jīng)濟(jì)影響。隨著技術(shù)在人們的日常生活中發(fā)揮著越來越重要的作用，以及對(duì)碳排放和氣候變化的擔(dān)憂不斷增加，云計(jì)算作為傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心對(duì)碳依賴性較低的替代方案處于有利地位。隨著云計(jì)算成為各行各業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)，一些關(guān)鍵的設(shè)計(jì)原則和最佳實(shí)踐可以幫助公司提高效率并支持他們的可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。
通過云計(jì)算提高可持續(xù)性的機(jī)會(huì)
數(shù)據(jù)中心，無論是傳統(tǒng)的還是基于云的，都需要大量的能源才能運(yùn)行。國(guó)際能源署 (IEA)的一份報(bào)告指出，全球數(shù)據(jù)中心的能源需求接近 200 太瓦時(shí)，約占全球用電量的百分之一。據(jù)估計(jì)，數(shù)據(jù)中心可能占全球碳排放量的 2% 到 3%。
數(shù)據(jù)中心如何獲得能源很重要，而且許多數(shù)據(jù)中心并不是使用清潔能源運(yùn)營(yíng)的。例如，弗吉尼亞州是世界上最大的數(shù)據(jù)中心集中地，該地區(qū)被稱為“數(shù)據(jù)中心巷”，估計(jì)每天有 70% 的全球互聯(lián)網(wǎng)流量經(jīng)過該地區(qū)。但根據(jù)弗吉尼亞州環(huán)境質(zhì)量部的數(shù)據(jù)，該州只有大約 7% 的電力來自可再生能源。
雖然公司和組織可以而且應(yīng)該支持增加清潔能源可用性的公共政策，但還有其他機(jī)會(huì)可以通過云計(jì)算提高自身的可持續(xù)性。此外，弗吉尼亞理工大學(xué)和加州大學(xué)伯克利分校的研究表明，基于云的超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心是最高效的數(shù)據(jù)中心類型，與內(nèi)部數(shù)據(jù)中心產(chǎn)生的 0.75 噸二氧化碳當(dāng)量相比，每個(gè)計(jì)算工作負(fù)載僅產(chǎn)生 0.15 噸二氧化碳當(dāng)量。
云可持續(xù)性的注意事項(xiàng)
在啟動(dòng)支持可持續(xù)性和提高效率的云設(shè)計(jì)項(xiàng)目之前，組織應(yīng)制定具體目標(biāo)并確保這些目標(biāo)不僅在實(shí)際中而且在未來增長(zhǎng)和關(guān)鍵績(jī)效指標(biāo)方面都是可實(shí)現(xiàn)的。雖然最終目標(biāo)是降低能耗，但重要的是不要犧牲性能。
在設(shè)計(jì)階段，通過適當(dāng)調(diào)整工作負(fù)載、計(jì)算、存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)來最大限度地提高利用率至關(guān)重要。例如，假設(shè)有 10 個(gè)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都以 30% 的利用率運(yùn)行。僅以 60% 或 70% 的利用率運(yùn)行的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)就可以實(shí)現(xiàn)相同的目標(biāo)。
優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)層的能力也是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)的關(guān)鍵。當(dāng)世界各地的客戶都可以使用應(yīng)用程序時(shí)，數(shù)據(jù)包必須傳輸?shù)木嚯x會(huì)增加。同樣，隨著數(shù)據(jù)包大小的增加，需要更多的網(wǎng)絡(luò)資源來傳輸數(shù)據(jù)。最近，一家面向全球客戶的支付解決方案提供商讓最終用戶對(duì)支付體驗(yàn)感到失望。公司不想增加另一個(gè)區(qū)域或數(shù)據(jù)中心來滿足客戶的需求；相反，它決定利用內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò) (CDN) 和邊緣計(jì)算。
CDN 利用世界各地的邊緣位置來緩存來自原始服務(wù)器的內(nèi)容。從更靠近最終用戶的邊緣位置交付內(nèi)容可以縮短數(shù)據(jù)傳輸?shù)木嚯x。監(jiān)控 CDN 緩存命中率很重要，它決定了對(duì)象是從緩存中提供服務(wù)還是必須從源服務(wù)器傳輸。要減少網(wǎng)絡(luò)流量并增強(qiáng)響應(yīng)能力，請(qǐng)將應(yīng)用程序編程接口 (API) 有效負(fù)載部署到邊緣優(yōu)化的 API 端點(diǎn)并緩存 API 響應(yīng)。CDN 還可用于自動(dòng)壓縮對(duì)象，從而減少通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的大小。在最大過渡單元 (MTU) 較高的情況下，使用巨型幀或數(shù)據(jù)包分段來增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)性能。
關(guān)鍵設(shè)計(jì)原則
最終，設(shè)計(jì)一個(gè)可持續(xù)的云計(jì)算系統(tǒng)旨在優(yōu)化效率并減少不必要或不需要的存儲(chǔ)、工作負(fù)載和操作。這樣做可以降低能耗并簡(jiǎn)化系統(tǒng)。五項(xiàng)設(shè)計(jì)原則支持這一基本目標(biāo)。
- 減少閑置資源。采用自動(dòng)縮放以根據(jù)中央處理器 (CPU) 利用率自動(dòng)調(diào)整計(jì)算資源，并盡可能使用通用實(shí)例而不是高性能或高內(nèi)存來節(jié)省成本。轉(zhuǎn)向無服務(wù)器、微服務(wù)或基于容器的架構(gòu)可以消除對(duì)物理服務(wù)器的需求，并允許組織僅使用所需的計(jì)算。使用大型云提供商的管理服務(wù)可以將在云提供商上運(yùn)行計(jì)算機(jī)的挑戰(zhàn)轉(zhuǎn)移到云提供商上，從而使客戶能夠?qū)Ｗ⒂诖_保維護(hù)業(yè)務(wù)功能。集成實(shí)例調(diào)度程序等智能工具，并使用計(jì)劃的自動(dòng)縮放來編程關(guān)閉和終止僅在工作時(shí)間或工作日運(yùn)行的資源。對(duì)于靈活的工作負(fù)載，請(qǐng)使用 spot 實(shí)例。
- 優(yōu)化存儲(chǔ)。盡可能刪除未使用的、沒有合規(guī)性或?qū)徲?jì)要求的多余數(shù)據(jù)。將不常用的數(shù)據(jù)移動(dòng)到存儲(chǔ)成本低但檢索成本可能高的冷存儲(chǔ)服務(wù)。通過縮小規(guī)模或更改為優(yōu)化卷來優(yōu)化塊和文件存儲(chǔ)，使交易更便宜并在更可持續(xù)的硬件上運(yùn)行。應(yīng)該對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分區(qū)，以便在查詢時(shí)只使用數(shù)據(jù)的一個(gè)子集。以壓縮格式傳輸數(shù)據(jù)，有助于在數(shù)據(jù)跨網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)時(shí)減少存儲(chǔ)空間。最后，指導(dǎo)第三方整合冗余數(shù)據(jù)資產(chǎn)并移除未使用和不必要的存儲(chǔ)。
- 使用影響最小的最有效的實(shí)例類型。許多通用工作負(fù)載不是很忙，不需要高水平的持續(xù) CPU 性能。這些低到中等 CPU 利用率的工作負(fù)載會(huì)導(dǎo)致 CPU 周期的浪費(fèi)，從而消耗更多的能源并使公司付出超出必要的成本。相反，開始使用可突發(fā)實(shí)例，尤其是在運(yùn)行高性能機(jī)器學(xué)習(xí)實(shí)例時(shí)。圖 2 說明了客戶在任何公共云中運(yùn)行的許多常見工作負(fù)載的 CPU 利用率。
- 優(yōu)化工作負(fù)載的地理位置。了解客戶訪問模式有助于縮短網(wǎng)絡(luò)資源到達(dá)客戶所需的時(shí)間。如果可能，使用更靠近客戶位置的分布式數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和緩存，以避免給數(shù)據(jù)庫帶來不必要的負(fù)載，并消除數(shù)據(jù)在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)男枰?/li>
- 保持軟件、硬件和架構(gòu)更新。升級(jí)操作系統(tǒng)、系統(tǒng)庫和應(yīng)用程序以防止安全漏洞并利用定期的可持續(xù)性改進(jìn)。采用新的軟件產(chǎn)品和架構(gòu)模式，從傳統(tǒng)處理轉(zhuǎn)向更高效的架構(gòu)。使用異步工作負(fù)載并在一天中使用的電力的碳成本最低的時(shí)間安排大型作業(yè)。
未來的云計(jì)算和改進(jìn)的財(cái)務(wù)
隨著長(zhǎng)期可持續(xù)性和碳減排的重要性不斷提高，組織現(xiàn)在需要確定提高效率和減少能源需求的方法。實(shí)施這些云設(shè)計(jì)戰(zhàn)略和最佳實(shí)踐有助于公司建立可持續(xù)發(fā)展藍(lán)圖，并在面對(duì)越來越多的公眾和政府審查時(shí)為成功做好準(zhǔn)備。
實(shí)施可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)的經(jīng)濟(jì)效益也可能是巨大的。優(yōu)化云效率可以降低能源成本，并幫助組織利用更新、更高效、更安全的軟件和硬件產(chǎn)品。由于能源價(jià)格不太可能下降，開始優(yōu)化其云工作負(fù)載的組織可以建立并實(shí)現(xiàn)其可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)，同時(shí)降低能源消耗并加強(qiáng)其底線。
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