На обеспечение эффективной работы дата-центров сегодня тратится очень много электроэнергии. В 2013 году только дата-центрами США было порядка 91 миллиарда киловатт-часов энергии, что равняется годовой выработке 34 крупных угольных электростанций.
Электричество остается одной из основных статей расходов компаний-владельцев ЦОД, потому они предпринимают попытки к эффективности работы вычислительной инфраструктуры. Для этого применяются различные технические решения, о части которых мы сегодня и поговорим.
/ фото
Виртуализация
Когда речь заходит о повышении энергоэффективности, виртуализация обладает несколькими неоспоримыми преимуществами. Во-первых, консолидация существующих сервисов на меньшем количестве аппаратных серверов позволяет экономить на обслуживании «железа», что означает снижение затрат на охлаждение, электроэнергию и занимаемые площади. Во-вторых, виртуализация позволяет оптимизировать использование аппаратных ресурсов и гибко виртуальные мощности прямо в процессе работы.
Компании NRDC и Anthesis провели совместное и установили, что при замене 3100 серверов на 150 виртуальных хостов можно добиться снижения затрат на электроэнергию на $2,1 млн в год. Организация, явившаяся объектом интереса, сэкономила на обслуживании и покупке оборудования, сократила штат системных администраторов, получила гарантию восстановления данных в случае каких-либо проблем и избавилась от необходимости строить еще один дата-центр.
По результатам Gartner, в 2016 году уровень виртуализации многих компаний превысит 75%, а сам рынок будет оценен в $5,6 млрд. Однако существуют определенные факторы, которые сдерживают повсеместное распространение виртуализации. Одной из главных причин остается сложность «перестройки» дата-центров на новую модель работы, поскольку затраты на это часто превышают потенциальную выгоду.
Системы управления энергопотреблением
Такие системы позволяют, повысить энергоэффективность охлаждающей системы или сократить энергопотребление ИТ-оборудования, что в конечном счете приводит к минимизации затрат. В этом случае применяется специальное , которое следит за активностью серверов, потреблением и стоимостью электроэнергии, автоматически перераспределяя нагрузку и даже отключая оборудование.
Один из видов ПО для управления энергопотреблением – это системы управления инфраструктурой дата-центра (DCIM), которые используются для контроля, анализа и прогнозирования показателей энергоэффективности различного оборудования. Большинство DCIM-инструментов не применяется для непосредственного контроля энергопотребления ИТ- и другого оборудования, но многие системы снабжены калькуляторами PUE (Power usage effectiveness). Согласно данным Intel и Dell DCIM, такие решения 53% ИТ-менеджеров.
Сегодня большая часть аппаратного обеспечения уже нацелена на экономичное потребление энергии, но во время закупки «железа» часто большее внимание уделяется первоначальной цене или производительности, а не совокупной стоимости владения, из-за чего энергоэффективное оборудование остается . Помимо уменьшения счетов на электроэнергию, такое оборудование еще и количество выбросов CO2 в атмосферу.
Сжатие данных
Существуют и менее очевидные подходы к повышению энергоэффективности дата-центров, например, уменьшение объема хранимых данных. Компрессия редко используемых данных сэкономить до 30% энергии, даже учитывая тот факт, что на сжатие и распаковку ресурсы также расходуются. Дедупликация данных может показать еще более привлекательный результат – 40–50%. При этом стоит отметить, что снизить электропотребление также помогает использование маломощных хранилищ для «холодных» данных.
Отключение «зомби-серверов»
Одной из проблем, ведущих к неэффективному расходованию электроэнергии в дата-центрах, является простаивающее оборудование. Эксперты , что некоторые компании не могут реально оценить необходимое количество ресурсов, а остальные закупают серверные мощности с расчетом на будущее. В результате почти 30% серверов стоят без работы, потребляя при этом энергии на $30 млрд в год.
При этом, согласно исследованию, ИТ-менеджеры идентифицировать от 15 до 30% установленных серверов, но не списывают оборудование, опасаясь возможных последствий. Лишь 14% опрошенных вели учет неиспользуемых серверов и знали примерное их количество.
Одним из вариантов решения этой проблемы является использование публичных облаков c моделью оплаты pay-as-you-go, когда компания оплачивает только реально используемые мощности. По такой схеме уже работает множество компаний, а владелец дата-центра Aligned Energy в Плейно, штат Техас, утверждает, что это позволяет клиентам экономить от 30 до 50% в год.
Управление микроклиматом дата-центра
На энергоэффективность дата-центра микроклимат помещения, в котором находится оборудование. Для эффективной работы охлаждающих установок необходимо минимизировать потери холода, изолируя помещение ЦОД от воздействий внешней среды и предотвращая теплообмен через стены, потолок и пол. Отличным способом является пароизоляция, которая к тому же регулирует уровень влажности в помещении.
Слишком высокая влажность может привести к различным ошибкам в работе оборудования, повышенному износу и коррозии, а слишком низкая – к возникновению электростатических разрядов. определяет оптимальный уровень относительной влажности для дата-центра в интервале от 40 до 55%.
Эффективное распределение потоков воздуха также может сэкономить 20–25% потребляемой электроэнергии. В этом поможет правильное размещение стоек оборудования: разделение машинных залов ЦОД на «холодные» и «горячие» коридоры. При этом необходимо обеспечить изоляцию коридоров: установить в необходимых местах перфорированные плиты и использовать панели-заглушки между рядами серверов для предотвращения смешения воздушных потоков.
Также стоит продумать не только расположение оборудования, но и расположение климат-системы. При разделении зала на «холодные» и «горячие» коридоры, кондиционеры должны устанавливаться перпендикулярно горячим потокам воздуха, чтобы предотвратить проникновение последних в коридор с холодным воздухом.
Не менее важным аспектом эффективного управления температурой в ЦОД считается расположение проводов, которые могут препятствовать движению воздушных потоков, уменьшая статическое давление и снижая эффективность охлаждения ИТ-оборудования. Исправить ситуацию позволит перемещение кабельных лотков из-под фальшпола ближе к потолку.
Естественное и жидкостное охлаждение
Отличная альтернатива специальным системам климат-контроля – естественное охлаждение, которое может быть использовано в холодные времена года. Сегодня технологии дают возможность переключаться на использование экономайзера, когда позволяет погода. Согласно исследованию Battelle Laboratories, естественное охлаждение сокращает траты на электроэнергию дата-центров на 13%.
При этом существует два типа экономайзеров: те, которые используют только сухой воздух, и те, что используют дополнительное орошение при недостаточном охлаждении воздуха. Некоторые системы могут комбинировать разные типы экономайзеров, формируя многоуровневые системы охлаждения.
Но системы воздушного охлаждения часто оказываются неэффективными из-за перемешивания потоков воздуха или невозможности использовать отведенное избыточное тепло. Кроме того, установка таких систем часто влечет за собой дополнительные расходы на воздушные фильтры и постоянный мониторинг.
Многие эксперты считают, что жидкостное охлаждение лучше справляется со своей задачей. Представитель датского вендора Asetek, специализирующегося на создании систем жидкостного охлаждения серверов, Джон Хэмилл (John Hamill), , что жидкость примерно в 4 тыс. раз эффективнее с точки зрения хранения и передачи тепла, чем воздух. А во время эксперимента, проведенного Lawrence Berkeley National Laboratory в сотрудничестве с корпорацией American Power Conversion и Silicon Valley Leadership Group было , что благодаря использованию жидкостного охлаждения и подаче воды из градирни в некоторых случаях экономия электроэнергии достигала 50%.
Иные технологии
Сегодня существует три направления, развитие которых поможет сделать работу дата-центров более эффективной: использование многоядерных процессоров, встроенные системы охлаждения и охлаждение на уровне микросхем.
Производители компьютеров уверены, что многоядерные процессоры, завершая большее количество задач за короткий период, снизят потребление энергии серверами на 40%. Примером эффективности встроенной системы охлаждения может служить решение CoolFrame фирмы Egenera and Emerson Network Power. Оно забирает горячий воздух, выходящий из серверов, охлаждает его и «выбрасывает» в помещение, тем самым снижая нагрузку на основную систему на 23%.
Что касается охлаждения микросхем, то она позволяет отводить тепло непосредственно от «горячих точек» сервера, таких как центральные процессорные устройства, графические процессорные устройства и модули памяти, в окружающий воздух стойки или за пределы машинного зала.
Повышение энергоэффективности сегодня стало настоящим трендом, что неудивительно, учитывая объемы потребления дата-центров: 25–40% всех операционных расходов приходится на оплату счетов за электричество. Но главная проблема заключается в том, что каждый киловатт-час, потребляемый ИТ-оборудованием, превращается тепло, которое затем удаляется с помощью охлаждающего оборудования, требующего много энергии. Поэтому в ближайшие годы снижение энергопотребления дата-центров не перестанет быть актуальным – будут появляться все новые способы повышения энергоэффективности ЦОД.
Другие материалы из нашего блога на Хабре:
Источник: habr.com