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Azure 上可持续工作负荷的设计方法

  • 项目

在任何云平台上构建可持续应用程序需要技术专业知识和对一般和特定云平台的可持续性准则的理解。

此设计方法旨在帮助建立一个关于生产更具碳效率的解决方案、测量碳影响以及最终减少不必要的能源使用和排放的理解。

1 - 业务要求设计

全球企业有不同的要求。 预计此设计方法提供的评审注意事项和设计建议将为不同的方案和组织产生不同的设计决策和权衡。

建立业务要求和优先级，然后根据这些要求查看设计方法。

2 - 使用设计原则评估设计区域

有关可持续性工作负载，请参阅下面的可持续性 设计原则 和设计领域。

在每个设计区域中做出的决策将与其他设计领域相呼应。 查看每个设计领域的注意事项和建议，以了解后果和影响以及任何已知的权衡。

设计区域：

3 - 了解排放

若要降低排放，需要了解如何衡量可持续性工作。

简要介绍排放范围

在 Microsoft，我们将温室气体（GHG）排放分为三类，与 《温室气体议定书》一致。

  • 范围 1 排放：活动创建的直接排放。
  • 范围 2 排放：由你使用的电力或热量生产产生的间接排放。
  • 范围 3 排放：你从事的所有其他活动的间接排放。 对于企业来说，这些范围 3 排放可能非常广泛。 它们必须对其供应链、建筑物中的材料、员工商务旅行及其产品的生命周期（包括客户在使用产品时消耗的电力）负责。 公司的范围 3 排放通常比其范围 1 和 2 排放的总和要重要得多。

作为客户，范围 3 排放的上下文可以是数据中心外的网络配置和交付、能耗和设备。 如果应用程序使用过多的带宽或数据包大小，则从流量离开数据中心时（通过 Internet 上的各种跃点）到最终用户设备的影响。 因此，减少网络带宽可能会对整个交付链产生重大影响。 相同的注意事项适用于计算资源、数据存储、应用程序平台决策、应用程序设计等。

在 2021 年发布的 Azure 范围 3 方法白皮书中查找更深入的详细信息和定义。

测量和跟踪碳影响

Microsoft 与 绿色软件基金会保持一致，负责创建 软件碳强度 （SCI）规范。

为了测量应用程序的碳影响，GSF 提供了一种称为 SCI 的评分方法，计算方式如下：

SCI = ((E*I)+M) per R

其中：

  • E = 软件系统消耗的能量。 以千瓦时为单位测量。
  • I = 基于位置的边际碳排放量。 每千瓦时排放的碳，gCO2/千瓦时。
  • M = 软件系统的隐含排放。 通过运行软件的硬件发出的碳。
  • R = 功能单元，即应用程序缩放方式;每个额外的用户，每个 API 调用，每个服务等。

有了这一知识，不仅要考虑应用程序基础结构和硬件，还要考虑用户设备和应用程序可伸缩性，因为它可以大大改变环境足迹。

阅读 GitHub 上的完整 SCI 规范。

使用排放影响仪表板进行碳跟踪和报告

Microsoft 为 Azure 和 Microsoft 365 提供排放影响仪表板，这有助于衡量基于云的排放和碳节约潜力。

建议使用此工具来获取了解碳足迹以及随时间推移测量和跟踪排放所需的见解和透明度。

下载适用于 Azure 的 Power BI 应用排放影响仪表板入门。

利用 Microsoft Sustainability Manager

使用 Microsoft Cloud for Sustainability 的客户可以利用 Microsoft Sustainability Manager。 此可扩展解决方案统一数据智能，并在其可持续性旅程的任何阶段为组织提供全面的、集成和自动化的可持续性管理。 它自动执行手动流程，使组织能够更高效地记录、报告和减少其排放。

使用代理解决方案测量排放

估算工作负载的碳排放的一种方法是基于 SCI 模型 设计代理解决方案体系结构，如前所述。

可以通过不同的方式定义应用程序的代理。 例如，使用这些变量：

  • 基础设施的任何已知碳排放
  • 基础结构的成本
  • 边缘服务和基础结构碳排放
  • 使用应用程序并发的用户数
  • 应用程序指标，告知我们一段时间内的性能

通过使用上述变量设计公式，可以估计碳分数（近似值），帮助你了解是否要构建可持续解决方案。

应用程序性能还有一个方面。 可以将性能链接到成本和碳，并假定此关系产生值。 通过这种关系，可以简化如下所示的视图：

应用程序性能 应用程序成本 可能的结果
高 Unchanged 优化的应用
高 较低 优化的应用
未更改/较低 较高 根据绿色原则，更高的能源成本可能导致更高的碳排放。 因此，可以假定应用产生不必要的碳排放。
高 高 应用可能会产生不必要的碳

因此，构建碳分数仪表板可以使用以下代理：

  • 成本
  • 性能
  • 基础设施的碳排放（如果已知/可用）
  • 一段时间内的使用情况（请求、用户、API 调用等）
  • 与应用程序相关的任何额外度量

4 - 可持续性的共同责任模型

减少排放是云提供商与客户在平台上设计和部署应用程序之间的共同责任。

减少排放的方法

可以通过三种可能的解决方案减少碳排放：

  • 碳中和;补偿碳排放
  • 碳避免;不首先排放碳
  • 碳移除;从大气中减去碳

绿色软件的目标是首先避免不必要的排放，从而积极努力实现更可持续的未来。 此外， 碳去除 是我们大气中排放的首选目标。

Microsoft 承诺 到 2030 年为碳负值， 到 2050 年，该公司自 1975 年成立以来一直排放的所有碳 。

共担责任

作为云提供商，Microsoft 负责托管应用程序的数据中心。

但是，在 Microsoft 云中部署应用程序不会自动使其可持续，即使数据中心已针对可持续性进行优化。 未经优化的应用程序的碳排放仍可能超过必要值。

让我们以示例为例。

将应用部署到 Azure 服务，但仅利用 10% 的已分配资源。 预配的资源未充分利用，最终导致不必要的排放。

如果你考虑缩放到适当的资源层（权限化），或者将更多应用部署到同一预配的资源，这将有所帮助。

建议使应用程序更高效，以尽可能最好的方式利用数据中心容量。 可持续性是一个共同的责任目标，必须结合云提供商和客户在设计和实施应用程序方面的努力。

后续步骤

查看可持续性的设计原则。

设计原则