由于對可持續性和氣候變化的擔憂推動了私營和公共部門的轉型，越來越多的組織和國家正在采用環境目標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 攝氏度以內的巴黎氣候協定和呼吁各國“采取緊急行動應對氣候變化及其影響”的聯合國可持續發展目標等國際協議已經規定減排和可持續發展的基調。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發展目標，以在 2040 年或更早之前實現凈零碳排放。

即使是較小的組織也可以而且應該采用可持續發展目標來解決其長期的環境和經濟影響。隨著技術在人們的日常生活中發揮著越來越重要的作用，以及對碳排放和氣候變化的擔憂不斷增加，云計算作為傳統數據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的標準，一些關鍵的設計原則和最佳實踐可以幫助公司提高效率并支持他們的可持續發展目標。

通過云計算提高可持續性的機會

數據中心，無論是傳統的還是基于云的，都需要大量的能源才能運行。國際能源署 (IEA)的一份報告指出，全球數據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。據估計，數據中心可能占全球碳排放量的 2% 到 3%。

數據中心如何獲得能源很重要，而且許多數據中心并不是使用清潔能源運營的。例如，弗吉尼亞州是世界上最大的數據中心集中地，該地區被稱為“數據中心巷”，估計每天有 70% 的全球互聯網流量經過該地區。但根據弗吉尼亞州環境質量部的數據，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該支持增加清潔能源可用性的公共政策，但還有其他機會可以通過云計算提高自身的可持續性。此外，弗吉尼亞理工大學和加州大學伯克利分校的研究表明，基于云的超大規模數據中心是最高效的數據中心類型，與內部數據中心產生的 0.75 噸二氧化碳當量相比，每個計算工作負載僅產生 0.15 噸二氧化碳當量。

云可持續性的注意事項

在啟動支持可持續性和提高效率的云設計項目之前，組織應制定具體目標并確保這些目標不僅在實際中而且在未來增長和關鍵績效指標方面都是可實現的。雖然最終目標是降低能耗，但重要的是不要犧牲性能。

在設計階段，通過適當調整工作負載、計算、存儲和網絡來最大限度地提高利用率至關重要。例如，假設有 10 個節點，每個節點都以 30% 的利用率運行。僅以 60% 或 70% 的利用率運行的兩個節點就可以實現相同的目標。

優化網絡層的能力也是實現可持續發展目標的關鍵。當世界各地的客戶都可以使用應用程序時，數據包必須傳輸的距離會增加。同樣，隨著數據包大小的增加，需要更多的網絡資源來傳輸數據。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域或數據中心來滿足客戶的需求；相反，它決定利用內容分發網絡 (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器的內容。從更靠近最終用戶的邊緣位置交付內容可以縮短數據傳輸的距離。監控 CDN 緩存命中率很重要，它決定了對象是從緩存中提供服務還是必須從源服務器傳輸。要減少網絡流量并增強響應能力，請將應用程序編程接口 (API) 有效負載部署到邊緣優化的 API 端點并緩存 API 響應。CDN 還可用于自動壓縮對象，從而減少通過網絡傳輸的數據的大小。在最大過渡單元 (MTU) 較高的情況下，使用巨型幀或數據包分段來增強網絡性能。

關鍵設計原則

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

1. 減少閑置資源。采用自動縮放以根據中央處理器 (CPU) 利用率自動調整計算資源，并盡可能使用通用實例而不是高性能或高內存來節省成本。轉向無服務器、微服務或基于容器的架構可以消除對物理服務器的需求，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可以將在云提供商上運行計算機的挑戰轉移到云提供商上，從而使客戶能夠專注于確保維護業務功能。集成實例調度程序等智能工具，并使用計劃的自動縮放來編程關閉和終止僅在工作時間或工作日運行的資源。對于靈活的工作負載，請使用 spot 實例。
2. 優化存儲。盡可能刪除未使用的、沒有合規性或審計要求的多余數據。將不常用的數據移動到存儲成本低但檢索成本可能高的冷存儲服務。通過縮小規模或更改為優化卷來優化塊和文件存儲，使交易更便宜并在更可持續的硬件上運行。應該對數據進行分區，以便在查詢時只使用數據的一個子集。以壓縮格式傳輸數據，有助于在數據跨網絡移動時減少存儲空間。最后，指導第三方整合冗余數據資產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例類型。許多通用工作負載不是很忙，不需要高水平的持續 CPU 性能。這些低到中等 CPU 利用率的工作負載會導致 CPU 周期的浪費，從而消耗更多的能源并使公司付出超出必要的成本。相反，開始使用可突發實例，尤其是在運行高性能機器學習實例時。圖 2 說明了客戶在任何公共云中運行的許多常見工作負載的 CPU 利用率。
4. 優化工作負載的地理位置。了解客戶訪問模式有助于縮短網絡資源到達客戶所需的時間。如果可能，使用更靠近客戶位置的分布式數據存儲和緩存，以避免給數據庫帶來不必要的負載，并消除數據在整個網絡中傳輸的需要。
5. 保持軟件、硬件和架構更新。升級操作系統、系統庫和應用程序以防止安全漏洞并利用定期的可持續性改進。采用新的軟件產品和架構模式，從傳統處理轉向更高效的架構。使用異步工作負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。

未來的云計算和改進的財務

隨著長期可持續性和碳減排的重要性不斷提高，組織現在需要確定提高效率和減少能源需求的方法。實施這些云設計戰略和最佳實踐有助于公司建立可持續發展藍圖，并在面對越來越多的公眾和政府審查時為成功做好準備。

實施可持續發展目標的經濟效益也可能是巨大的。優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品。由于能源價格不太可能下降，開始優化其云工作負載的組織可以建立并實現其可持續發展目標，同時降低能源消耗并加強其底線。