لضمان التشغيل الفعال لمراكز البيانات اليوم ، يتم إنفاق الكثير من الكهرباء. في عام 2013 ، كان لدى مراكز البيانات الأمريكية فقط حوالي 91 مليار كيلوواط / ساعة من الطاقة ، أي ما يعادل الإنتاج السنوي لـ 34 محطة طاقة كبيرة تعمل بالفحم.
تظل الكهرباء أحد عناصر التكلفة الرئيسية لشركات مراكز البيانات ، لذا فهم يحاولون ذلك كفاءة البنية التحتية للحوسبة. لهذا ، يتم استخدام حلول تقنية مختلفة ، سنتحدث عن بعضها اليوم.
/ صورة
الافتراضية
عندما يتعلق الأمر بكفاءة الطاقة ، فإن الافتراضية لها العديد من المزايا التي لا يمكن إنكارها. أولاً ، يؤدي دمج الخدمات الحالية على عدد أقل من خوادم الأجهزة إلى توفير صيانة الأجهزة ، مما يعني خفض تكاليف التبريد والطاقة والمساحة الأرضية. ثانيًا ، تسمح لك المحاكاة الافتراضية بتحسين استخدام موارد الأجهزة والمرونة الحق في القوة الافتراضية في عملية العمل.
عقد NRDC و Anthesis مشتركًا ووجدت أن استبدال 3100 خادم بـ 150 مضيفًا افتراضيًا يمكن أن يقلل تكاليف الطاقة بمقدار 2,1 مليون دولار سنويًا. المنظمة التي كانت موضع اهتمام وفرت على صيانة وشراء المعدات ، وخفضت عدد موظفي مسؤولي النظام ، وحصلت على ضمان استعادة البيانات في حالة حدوث أي مشاكل ، وتخلصت من الحاجة إلى بناء مركز بيانات آخر.
وفقا للنتائج Gartner ، في عام 2016 ، سيتجاوز مستوى المحاكاة الافتراضية للعديد من الشركات 75٪ ، وستُقدر قيمة السوق نفسها بـ 5,6 مليار دولار ، ومع ذلك ، هناك بعض العوامل التي تعيق انتشار الافتراضية في كل مكان. يبقى أحد الأسباب الرئيسية هو صعوبة "إعادة بناء" مراكز البيانات إلى نموذج تشغيل جديد ، لأن تكاليف ذلك غالبًا ما تتجاوز الفوائد المحتملة.
أنظمة إدارة الطاقة
يمكن لمثل هذه الأنظمة تحسين كفاءة الطاقة في نظام التبريد أو تقليل استهلاك الطاقة لمعدات تكنولوجيا المعلومات ، مما يؤدي في النهاية إلى تقليل التكلفة. في هذه الحالة خاص ، التي تراقب نشاط الخوادم واستهلاك الكهرباء وتكلفة الكهرباء ، وإعادة توزيع الحمولة تلقائيًا وحتى إيقاف تشغيل المعدات.
أحد أنواع برامج إدارة الطاقة هو أنظمة إدارة البنية التحتية لمركز البيانات (DCIM) ، والتي تُستخدم لمراقبة وتحليل والتنبؤ بكفاءة الطاقة للمعدات المختلفة. لا تُستخدم معظم أدوات DCIM للمراقبة المباشرة لاستهلاك الطاقة لتكنولوجيا المعلومات وغيرها من المعدات ، ولكن العديد من الأنظمة مجهزة بحاسبات PUE (فعالية استخدام الطاقة). وفقًا لإنتل وديل DCIM ، فإن هذه الحلول 53٪ من مديري تكنولوجيا المعلومات.
اليوم ، تتجه معظم الأجهزة بالفعل نحو كفاءة الطاقة ، لكن عمليات شراء الأجهزة غالبًا ما تركز أكثر على السعر أو الأداء مقدمًا أكثر من التكلفة الإجمالية للملكية ، مما يترك الأجهزة الموفرة للطاقة وراءها. . بالإضافة إلى تخفيض فواتير الكهرباء ، مثل هذه المعدات أيضا كمية انبعاثات ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي.
ضغط البيانات
هناك أيضًا طرق أقل وضوحًا لتحسين كفاءة الطاقة لمراكز البيانات ، مثل تقليل كمية البيانات المخزنة. ضغط البيانات قليلة الاستخدام توفير ما يصل إلى 30٪ من الطاقة ، حتى مع الأخذ في الاعتبار حقيقة أن الموارد يتم إنفاقها أيضًا على الضغط وإلغاء الضغط. يمكن أن يُظهر إلغاء البيانات المكررة نتيجة أكثر جاذبية - 40-50٪. في الوقت نفسه ، تجدر الإشارة إلى أن استخدام المخازن منخفضة السعة للبيانات "الباردة" يساعد أيضًا في تقليل استهلاك الطاقة.
تعطيل "خوادم الزومبي"
إحدى المشاكل التي تؤدي إلى الاستخدام غير الفعال للكهرباء في مراكز البيانات هي المعدات الخاملة. خبراء أن بعض الشركات لا تستطيع تقدير الكمية المطلوبة من الموارد بشكل واقعي ، بينما يشتري الباقي قدرات الخادم مع توقع المستقبل. نتيجة لذلك ، ما يقرب من 30٪ من الخوادم معطلة ، بينما تستهلك 30 مليار دولار من الطاقة سنويًا.
في الوقت نفسه ، وفقًا للدراسة ، مديرو تكنولوجيا المعلومات تحديد ما بين 15 و 30٪ من الخوادم المثبتة ، لكن لا تشطب المعدات خوفًا من العواقب المحتملة. احتفظ 14٪ فقط من المستجيبين بسجلات للخوادم غير المستخدمة ويعرفون عددها التقريبي.
أحد الحلول لهذه المشكلة هو استخدام السحابات العامة مع نموذج الدفع أولاً بأول ، عندما تدفع الشركة فقط مقابل السعة المستخدمة بالفعل. تعمل العديد من الشركات بالفعل بموجب هذا المخطط ، ويدعي مالك مركز بيانات Aligned Energy في بلانو ، تكساس ، أن هذا يتيح للعملاء توفير ما بين 30 إلى 50٪ سنويًا.
التحكم في مناخ مركز البيانات
حول كفاءة الطاقة في مركز البيانات المناخ المحلي للغرفة التي توجد بها المعدات. من أجل التشغيل الفعال لمحطات التبريد ، من الضروري تقليل فقد البرودة عن طريق عزل غرفة مركز البيانات عن البيئة الخارجية ومنع انتقال الحرارة عبر الجدران والسقف والأرضية. طريقة ممتازة هي حاجز بخار ، والذي ينظم أيضًا مستوى الرطوبة في الغرفة.
يمكن أن تؤدي الرطوبة العالية جدًا إلى حدوث أعطال مختلفة في المعدات ، وزيادة التآكل والتآكل ، في حين أن الرطوبة المنخفضة جدًا يمكن أن تؤدي إلى تفريغ الشحنات الكهروستاتيكية. يحدد المستوى الأمثل للرطوبة النسبية لمركز البيانات في النطاق من 40 إلى 55٪.
يمكن أن يوفر توزيع تدفق الهواء الفعال أيضًا 20-25٪ من استهلاك الكهرباء. سيساعد الوضع المناسب لأرفف المعدات في هذا: تقسيم غرف الكمبيوتر في مركز البيانات إلى ممرات "باردة" و "ساخنة". في نفس الوقت من الضروري التأكد من عزل الممرات: تركيب ألواح مثقبة في الأماكن الضرورية واستخدام ألواح فارغة بين صفوف الخوادم لمنع اختلاط تدفقات الهواء.
يجدر أيضًا التفكير ليس فقط في موقع المعدات ، ولكن أيضًا في موقع نظام المناخ. عند تقسيم القاعة إلى ممرات "باردة" و "ساخنة" ، يجب تركيب مكيفات الهواء بشكل عمودي على تدفقات الهواء الساخن لمنع الأخير من اختراق الممر بالهواء البارد.
من الجوانب التي لا تقل أهمية عن إدارة درجة حرارة مركز البيانات الفعالة وضع الأسلاك ، والتي يمكن أن تعيق تدفق الهواء ، مما يقلل الضغط الساكن ويقلل من كفاءة التبريد لمعدات تكنولوجيا المعلومات. سيسمح تصحيح الموقف بحركة صواني الكابلات من أسفل الأرضية المرتفعة بالقرب من السقف.
التبريد الطبيعي والسائل
من البدائل الممتازة لأنظمة التحكم في المناخ المخصصة التبريد المجاني ، والذي يمكن استخدامه خلال المواسم الباردة. اليوم ، تجعل التكنولوجيا من الممكن التحول إلى استخدام الموفر عندما يسمح الطقس بذلك. وفقًا لدراسة أجرتها Battelle Laboratories ، فإن التبريد المجاني يقلل من فواتير طاقة مركز البيانات بنسبة 13٪.
هناك نوعان من المقتصدات: تلك التي تستخدم الهواء الجاف فقط ، وتلك التي تستخدم ريًا إضافيًا عندما لا يكون هناك تبريد هواء كافٍ. يمكن لبعض الأنظمة الجمع بين أنواع مختلفة من المقتصدات لتشكيل أنظمة تبريد متعددة المستويات.
لكن أنظمة تبريد الهواء غالبًا ما تكون غير فعالة بسبب اختلاط تدفقات الهواء أو عدم القدرة على استخدام الحرارة الزائدة المزالة. بالإضافة إلى ذلك ، غالبًا ما يتطلب تركيب هذه الأنظمة تكاليف إضافية لمرشحات الهواء والمراقبة المستمرة.
يعتقد العديد من الخبراء أن التبريد السائل يؤدي المهمة بشكل أفضل. ممثل البائع الدنماركي Asetek المتخصص في إنشاء أنظمة التبريد السائل للخوادم جون هاميل ، هذا السائل أكثر كفاءة بحوالي 4 مرة من حيث تخزين الحرارة ونقلها من الهواء. وأثناء تجربة أجراها مختبر لورانس بيركلي الوطني بالتعاون مع شركة American Power Conversion Corporation ومجموعة Silicon Valley Leadership Group ، أنه بسبب استخدام التبريد السائل وإمداد المياه من برج التبريد ، بلغ معدل توفير الطاقة في بعض الحالات 50٪.
تقنيات أخرى
اليوم ، هناك ثلاثة مجالات ستساعد في جعل مراكز البيانات أكثر كفاءة: استخدام المعالجات متعددة النواة ، وأنظمة التبريد المدمجة ، والتبريد على مستوى الرقاقة.
يعتقد مصنعو أجهزة الكمبيوتر أن المعالجات متعددة النواة ، من خلال إكمال المزيد من المهام في فترة أقصر ، ستقلل من استهلاك الطاقة للخوادم بنسبة 40٪. مثال على كفاءة نظام التبريد المتكامل هو حل CoolFrame من Egenera و Emerson Network Power. فهي تأخذ الهواء الساخن الخارج من الخوادم وتبريده و "رميه" في الغرفة ، وبالتالي تقليل الحمل على النظام الرئيسي بنسبة 23٪.
مع الاحترام ل تبريد الرقاقة ، يسمح بتبديد الحرارة مباشرة من نقاط اتصال الخادم مثل وحدات المعالجة المركزية ووحدات معالجة الرسومات ووحدات الذاكرة إلى الهواء المحيط في الرف أو خارج غرفة الماكينة.
أصبحت زيادة كفاءة الطاقة اتجاهاً حقيقياً اليوم ، وهو أمر غير مفاجئ ، بالنظر إلى حجم استهلاك مراكز البيانات: يتم احتساب 25-40٪ من جميع نفقات التشغيل عن طريق دفع فواتير الكهرباء. لكن المشكلة الرئيسية هي أن كل كيلو واط في الساعة تستهلكه معدات تكنولوجيا المعلومات يتم تحويله إلى حرارة ، والتي يتم إزالتها بعد ذلك باستخدام معدات التبريد التي تتطلب الكثير من الطاقة. لذلك ، في السنوات القادمة ، لن يتوقف الحد من استهلاك الطاقة لمراكز البيانات عن كونه ذا صلة - ستظهر المزيد والمزيد من الطرق الجديدة لتحسين كفاءة الطاقة في مراكز البيانات.
مواد أخرى من مدونتنا على Habré:
المصدر: www.habr.com