華為交換機“綠色之旅”
世界經濟飛速發展，能源日趨匱乏，污染嚴重。能源的消耗導致了溫室效應和一系列的自然災害，保護環境、防治氣候變化成了人類面臨的重要挑戰，節能減排刻不容緩。據統計，我國通訊行業每年耗電超過200億度，消耗煤炭量達675萬噸，這些都給以太網交換機今后的發展提出了新的要求。如何兼顧高可靠性、高可擴展性、強大的處理能力和節能減排，成為各設備商戰略投入的新方向。
華為系列交換機在開發過程中始終貫徹了綠色節能的設計思想，整個系列秉承模塊通用化、部件歸一化的設計理念，對產品進行全流程節能減排管理，推行產品全生命周期碳排放評估，在不斷提升性能及穩定性的同時，大幅降低設備能源消耗，減小噪聲污染，為網絡綠色可持續發展提供了領先的解決方案。
華為交換機在設計階段就是一條綠色節能之旅。我們知道，一個產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能的根本。一款優秀的綠色節能交換機，會從芯片、電源、散熱及智能管理等方面進行節能優化以降低整體功耗。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能技術，成為了交換機中的節能專家。
1 低耗“變流”芯片
對于通信設備來說，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工藝設計，相比前一代芯片，功能/能耗比增加了30%以上，大大節省了功耗。
低功耗器件不僅僅體現在工藝的先進性，而且具有許多低功耗功能特性。傳統設備在低業務流量情況下，所有部件也都處在完全工作狀態，導致能量的浪費。華為系列交換機采用了具有自主知識產權的中控芯片，實現按流量動態調整功率。當設備感知業務流量降低或者部分端口沒有流量的時候，將會降低轉發芯片的功耗，或者直接將端口休眠，等到有流量觸發時，重新啟動端口轉發流量。圖1顯示的為傳統芯片和動態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”技術的芯片相比傳統芯片降低能耗8%以上。
圖1 功耗隨流量變化曲線
2 節能 --“源”于“智”者
靈活的電源冗余及顆粒化電源
電源系統作為通信設備的動力系統，也是綠色設計中節能降耗的重點關注對象。在高可靠通信產品中，為避免單個電源單元失效造成設備中斷，一般會進行冗余部署。傳統電源一般采用1+1冗余備份方式，當設備正常工作時，電源單元處于10%～45%負載狀態下工作;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。如果設備電源使用N+1(N≥2)冗余配置，當設備正常工作時，電源單元就處于N /(N + 1)的負載狀態下工作，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。
圖2 AC電源模塊轉換效率和負載關系圖
華為系列交換機電源支持N+1、N+N配置模式，用戶可以根據系統功耗靈活配置電源模塊數量，使模塊工作在高效區間，提高整個電源系統的效率。
華為系列交換機支持完備的智能電源管理。電源管理系統不僅能夠自測發熱量、工作時間和負載響應情況，各單板還支持電源開關和監控，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，從而降低通信設備的功耗。#p#
3 高效節能散熱系統
良好的散熱系統是設備穩定運行的關鍵保障之一，為了保障設備在極端條件下的可靠性，風扇在設計上都是按照滿負載運轉下的散熱性能來考慮的。但設備在正常運行中，很少會出現滿負載情況。在這種相對良好的條件下，可以通過適當的設計，把散熱系統的能耗降下來。另外，通過優化風道設計、優化熱交換效率等可使系統散熱更加有效，從而降低對散熱系統的要求;
智能分區調速
在室溫相對穩定的機房中，如果風扇一直按照最高散熱標準運行，不僅影響功耗，其產生的噪音也會增加，相應的壽命也會縮短。因此，一臺具有高效散熱系統的設備，要能根據設備的運行環境(溫度)、單板的配置情況對散熱系統進行動態調整，利用風扇調速方法可以降低散熱子系統的功耗和噪聲，延長風扇壽命。
Huawei交換機采用智能風扇調速策略，監測全系統關鍵器件溫度，根據設備實際情況計算風扇調速曲線，并將調速命令下發到風扇框。這種擁有智能分段調速風扇，可以根據系統重要部件的溫度在一定的范圍內穩定在某一種轉速，保證系統散熱;當這些部件的溫度超過或者低于設定的閾值范圍時，將自動把風扇轉速上調或者下調一個級別，從而在有效保證風扇的壽命的同時提供足夠的系統散熱能力。
Huawei 框式交換機采用分區設計，可以根據環境溫度、單板配置自動分區調速，分區段的管理和控制將更加有利于設備節能，當對應區段的設備溫度達到某個區段時，僅僅控制該區段的風扇轉速調整，在該區段的槽位中沒有業務單板時，相應的風扇甚至使用極慢的速度轉動，不僅能夠減少設備功耗和運行噪聲，還能延長風扇的壽命。
在整套風扇系統方案實施后，產品內部運行溫度穩定在一個可靠的區間值之間，避免了低氣壓及防塵網堵塞的影響，提高產品的可靠性，單個風扇節省50%以上的散熱能耗，噪聲降低15dB。
高效的散熱風道和走線能力
業界傳統的交換機的風道設計一般采用左右風道或者下上風道的方式。其中左右風道的設計可以很好的降低設備的高度，但存在著較多無法避免的問題，例如擾流現象(導致入口回溫3～5℃);受側壁阻擋(增加25%出風阻力)等等;而下上風道的設計雖然可以很好地提高散熱的效率，但卻使得設備的高度提高了很多。
Huawei 框式交換機革命性推出了左后風道的設計，該方式能夠大大減少系統的風阻，兼顧了下上風道相同的散熱效率較高和左右風道的設備高度較低兩種特點，實現兩者優勢的有機結合，從而可以有效的節約能源。
另外，傳統的左右風道，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;而左后風道設計的設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 智能系統監控及EEE標準
CMU (Centralize Monitor Unit，集中監控平面)
Huawei 框式交換機在傳統交換機數據轉發、管理控制雙平面基礎上創新地增加了獨立的環境監控平面(即集中監控平面)，實現對單板、風扇和電源配電模塊的監控、管理和維
護。業界首創的環境監控板，采用華為自主知識產權的高集成度中控芯片，實現硬件級的按流量動態調整功率、風扇分區控制、風扇智能調速、端口休眠技術等多項節能技術，在提升系統性能的同時大大降低整機功耗，并支持獨立環境監控與網管聯動，實現全面可視化管理。
支持EEE標準
在實際應用中，網絡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%。在沒有數據發送的時候，如果相關的網絡組件仍然按照最高功率運行，就會額外產生大量的無用功耗。Huawei交換機支持EEE(Energy Efficient Ethernet，能效以太網)標準，能夠根據網絡設備之間的實際流量自動調整能源消耗，可以迅速在全速運行和低功率閑置模式之間轉換，從而實現低流量低功耗。如圖3所示，支持EEE標準的交換機設備較非EEE設備的端口能效提升30%以上。
▲圖3 鏈路利用率與功耗關系曲線
結束語：
華為系列交換機作為新一代交換機產品，在提升整機最大轉發容量的基礎上，提出了創造性的系統方案，面向未來的節能減排設計方案，滿足節能環保的要求。和現網的大多數交換機設備相比，華為系列交換機最大能夠節約設備、機房的設備以及空調能耗45%以上，成為業界最節能環保的交換機之一。
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