由于對可持續(xù)性和氣候變化的擔(dān)憂推動了私營和公共部門的轉(zhuǎn)型，越來越多的組織和國家正在采用環(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“采取緊急行動應(yīng)對氣候變化及其影響”的聯(lián)合國可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)等國際協(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，以及對碳排放和氣候變化的擔(dān)憂不斷增加，云計算作為傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心對碳依賴性較低的替代方案處于有利地位。隨著云計算成為各行各業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)，一些關(guān)鍵的設(shè)計原則和最佳實(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)。

通過云計算提高可持續(xù)性的機(jī)會

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。國際能源署 (IEA)的一份報告指出，全球數(shù)據(jù)中心的能源需求接近 200 太瓦時，約占全球用電量的百分之一。據(jù)估計，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)會可以通過云計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，每個計算工作負(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

在啟動支持可持續(xù)性和提高效率的云設(shè)計項目之前，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和關(guān)鍵績效指標(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)計階段，通過適當(dāng)調(diào)整工作負(fù)載、計算、存儲和網(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 個節(jié)點(diǎn)，每個節(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，數(shù)據(jù)包必須傳輸?shù)木嚯x會增加。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支付體驗感到失望。公司不想增加另一個區(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 還可用于自動壓縮對象，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)計原則

最終，設(shè)計一個可持續(xù)的云計算系統(tǒng)旨在優(yōu)化效率并減少不必要或不需要的存儲、工作負(fù)載和操作。這樣做可以降低能耗并簡化系統(tǒng)。五項設(shè)計原則支持這一基本目標(biāo)。

1. 減少閑置資源。采用自動縮放以根據(jù)中央處理器 (CPU) 利用率自動調(diào)整計算資源，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)可以消除對物理服務(wù)器的需求，并允許組織僅使用所需的計算。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，并使用計劃的自動縮放來編程關(guān)閉和終止僅在工作時間或工作日運(yùn)行的資源。對于靈活的工作負(fù)載，請使用 spot 實(shí)例。
2. 優(yōu)化存儲。盡可能刪除未使用的、沒有合規(guī)性或?qū)徲嬕蟮亩嘤鄶?shù)據(jù)。將不常用的數(shù)據(jù)移動到存儲成本低但檢索成本可能高的冷存儲服務(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，使交易更便宜并在更可持續(xù)的硬件上運(yùn)行。應(yīng)該對數(shù)據(jù)進(jìn)行分區(qū)，以便在查詢時只使用數(shù)據(jù)的一個子集。以壓縮格式傳輸數(shù)據(jù)，有助于在數(shù)據(jù)跨網(wǎng)絡(luò)移動時減少存儲空間。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。
3. 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。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。
4. 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)客戶所需的時間。如果可能，使用更靠近客戶位置的分布式數(shù)據(jù)存儲和緩存，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)在整個網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)男枰?/li>
5. 保持軟件、硬件和架構(gòu)更新。升級操作系統(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間安排大型作業(yè)。

未來的云計算和改進(jìn)的財務(wù)

隨著長期可持續(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，并在面對越來越多的公眾和政府審查時為成功做好準(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)，同時降低能源消耗并加強(qiáng)其底線。