Um den effizienten Betrieb von Rechenzentren zu gewährleisten, wird heute sehr viel Elektrizität verbraucht. Im Jahr 2013 wurde allein durch die Rechenzentren der USA rund 91 Milliarden Kilowattstunden Energie, was der jährlichen Produktion von 34 großen Kohlekraftwerken entspricht.
Strom bleibt einer der Hauptkostenfaktoren für die Unternehmen, die Rechenzentren betreiben, weshalb sie Maßnahmen zur der Effizienz ihrer IT-Infrastruktur ergreifen. Dazu werden verschiedene technische Lösungen eingesetzt, über die wir heute sprechen werden.
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Virtualisierung
Wenn es um die Steigerung der Energieeffizienz geht, bietet die Virtualisierung mehrere unbestreitbare Vorteile. Erstens ermöglicht die Konsolidierung bestehender Dienste auf einer geringeren Anzahl von physischen Servern eine Reduzierung der Kosten für die Wartung der Hardware, was eine Senkung der Ausgaben für Kühlung, Elektrizität und genutzte Fläche bedeutet. Zweitens ermöglicht die Virtualisierung eine Optimierung der Nutzung von Hardware-Ressourcen und eine flexible virtueller Kapazitäten direkt während des Betriebs.
Die Unternehmen NRDC und Anthesis haben gemeinsam festgestellt, dass durch den Austausch von 3100 Servern gegen 150 virtuelle Hosts die Energiekosten um 2,1 Millionen Dollar pro Jahr gesenkt werden können. Die Organisation, die im Mittelpunkt des Interesses stand, sparte bei der Wartung und dem Kauf von Equipment, verringerte die Zahl der Systemadministratoren, erhielt eine Garantie für die Wiederherstellung von Daten im Falle von Problemen und entging der Notwendigkeit, ein weiteres Rechenzentrum zu bauen.
Laut den Ergebnissen Laut Gartner wird im Jahr 2016 der Virtualisierungsgrad vieler Unternehmen über 75% liegen, während der Markt auf 5,6 Milliarden Dollar geschätzt wird. Es gibt jedoch bestimmte Faktoren, die die weit verbreitete Verbreitung der Virtualisierung einschränken. Einer der Hauptgründe ist die Komplexität der "Umstellung" von Rechenzentren auf ein neues Betriebsmodell, da die Kosten dafür oft den potenziellen Nutzen übersteigen.
Energieverbrauchsmanagementsysteme
solche Systeme ermöglichen es, die Energieeffizienz der Kühlsysteme zu erhöhen oder den Energieverbrauch der IT-Ausrüstung zu senken, was letztendlich zu einer Minimierung der Kosten führt. In diesem Fall kommt eine spezielle , das die Aktivität von Servern, den Verbrauch und die Kosten für elektrische Energie überwacht und die Last automatisch umverteilt und sogar Geräte ausschaltet.
Eine Art von Software zur Verwaltung des Energieverbrauchs sind Systeme zur Verwaltung der Rechenzentrumsinfrastruktur (DCIM), die zur Überwachung, Analyse und Prognose der Energieeffizienz verschiedener Geräte eingesetzt werden. Die meisten DCIM-Tools werden nicht für die direkte Überwachung des Energieverbrauchs von IT- und anderen Geräten verwendet, aber viele Systeme sind mit PUE (Power Usage Effectiveness)-Berechnungsprogrammen ausgestattet. Laut Intel- und Dell-DCIM-Daten sind solche Lösungen 53 % der IT-Manager.
Heute ist der Großteil der Hardware bereits auf energieeffizienten Verbrauch ausgelegt, jedoch wird beim Kauf von Hardware oft mehr Wert auf den Anschaffungspreis oder die Leistung gelegt, als auf die Gesamtkosten des Besitzes, wodurch energieeffiziente Geräte . Neben der Verringerung der Stromrechnung trägt solche Hardware der CO2-Emissionen in die Atmosphäre bei.
Datenkompression
Es gibt auch weniger offensichtliche Ansätze zur Steigerung der Energieeffizienz von Rechenzentren, wie z.B. die Reduzierung des Umfangs der gespeicherten Daten. Die Komprimierung selten genutzter Daten kann bis zu 30 % Energie sparen, selbst wenn man bedenkt, dass auch für die Komprimierung und Dekomprimierung Ressourcen benötigt werden. Die Daten-Deduplizierung kann ein noch attraktiveres Ergebnis zeigen – 40–50 %. Dabei sollte erwähnt werden, dass auch die Nutzung energieeffizienter Speicher für "kalte" Daten den Stromverbrauch senkt.
Deaktivierung von "Zombie-Servern"
Ein Problem, das zu einer ineffizienten Nutzung von Elektrizität in Rechenzentren führt, ist ungenutzte Hardware. Experten , dass einige Unternehmen den tatsächlichen Ressourcenbedarf nicht realistisch einschätzen können, während andere Serverkapazitäten für die Zukunft kaufen. Infolgedessen stehen fast 30 % der Server ungenutzt und verbrauchen dabei Energie in Höhe von 30 Milliarden US-Dollar pro Jahr.
Dabei können laut einer Studie IT-Manager 15 bis 30 % der installierten Server zu identifizieren, jedoch keine Geräte abzuschreiben, aus Angst vor möglichen Folgen. Nur 14 % der Befragten führten Aufzeichnungen über nicht genutzte Server und kannten ihre ungefähre Anzahl.
Eine Möglichkeit, dieses Problem zu lösen, besteht darin, öffentliche Cloud-Dienste mit einem Pay-as-you-go-Modell zu nutzen, bei dem das Unternehmen nur die tatsächlich genutzten Ressourcen bezahlt. Viele Unternehmen arbeiten bereits nach diesem Modell, und der Betreiber des Rechenzentrums Aligned Energy in Plano, Texas, behauptet, dass dies den Kunden hilft, 30 bis 50 % pro Jahr zu sparen.
Management des Raumklimas im Rechenzentrum
Einfluss auf die Energieeffizienz des Rechenzentrums das Mikroklima des Raumes, in dem die Geräte untergebracht sind. Um den effizienten Betrieb der Kühlsysteme zu gewährleisten, muss der Kälteverlust minimiert werden, indem der Raum des Rechenzentrums von den Einflüssen der Außenumgebung isoliert wird und der Wärmeübergang durch Wände, Decken und Böden verhindert wird. Eine hervorragende Methode ist die Dampfsperre, die zudem das Feuchtigkeitsniveau im Raum reguliert.
Eine zu hohe Luftfeuchtigkeit kann zu verschiedenen Fehlfunktionen von Geräten, erhöhtem Verschleiß und Korrosion führen, während eine zu niedrige Luftfeuchtigkeit elektrostatistische Entladungen hervorrufen kann. definiert den optimalen relativen Feuchtigkeitsbereich für Rechenzentren zwischen 40 und 55 %.
Eine effiziente Verteilung der Luftströme kann ebenfalls 20–25 % des Stromverbrauchs einsparen. Dabei hilft die richtige Anordnung der Geräte-Racks: Die Trennung der Rechenzentrumsräume in "kalte" und "warme" Gänge. Es ist wichtig, die Gänge zu isolieren: In notwendigen Bereichen sind perforierte Platten zu installieren und Blenden zwischen den Serverreihen zu verwenden, um das Mischen der Luftströme zu verhindern.
Es sollte auch über die Anordnung der Geräte und die Positionierung der Klimaanlage nachgedacht werden. Bei der Trennung des Raumes in "kalte" und "warme" Gänge sollten die Klimaanlagen senkrecht zu den warmen Luftströmen installiert werden, um das Eindringen der warmen Luft in den kalten Luftgang zu verhindern.
Ein ebenso wichtiger Aspekt des effektiven Temperaturmanagements in Rechenzentren ist die Anordnung der Kabel, die den Luftstrom behindern können, was den statischen Druck verringert und die Effizienz der Kühlung von IT-Ausrüstung senkt. Die Situation kann durch die Verlagerung der Kabelkanäle von unter dem Doppelboden näher zur Decke verbessert werden.
Natürliche und Flüssigkeitskühlung
Eine hervorragende Alternative zu speziellen Klimakontrollsystemen ist die natürliche Kühlung, die in kalten Jahreszeiten eingesetzt werden kann. Heutzutage ermöglichen Technologien den Wechsel zur Nutzung eines Economizers, wenn das Wetter es zulässt. Laut einer Studie der Battelle Laboratories senkt die natürliche Kühlung die Energiekosten von Rechenzentren um 13 %.
Es gibt zwei Arten von Economizern: solche, die nur trockene Luft verwenden, und solche, die bei unzureichender Luftkühlung zusätzliches Sprühen nutzen. Einige Systeme können verschiedene Arten von Economizern kombinieren, um mehrstufige Kühlsysteme zu bilden.
Aber Luftkühlungssysteme erweisen sich oft als ineffektiv aufgrund der Vermischung von Luftströmen oder der Unfähigkeit, überschüssige Wärme abzuführen. Darüber hinaus bringen die Installation solcher Systeme häufig zusätzliche Kosten für Luftfilter und ständige Überwachung mit sich.
Viele Experten sind der Meinung, dass Flüssigkeitskühlung ihre Aufgabe besser erfüllt. John Hamill, ein Vertreter des dänischen Anbieters Asetek, der auf die Entwicklung von Flüssigkeitskühlungssystemen für Server spezialisiert ist, , dass Flüssigkeiten etwa 4.000 Mal effizienter im Hinblick auf Wärmeübertragung und -speicherung sind als Luft. Während eines Experiments, das im Auftrag des Lawrence Berkeley National Laboratory in Zusammenarbeit mit American Power Conversion und Silicon Valley Leadership Group durchgeführt wurde, wurde , dass durch die Nutzung von Flüssigkeitskühlung und die Wasserzufuhr aus dem Kühlturm in einigen Fällen die Einsparung von Energie bis zu 50 % betrug.
Andere Technologien
Heute gibt es drei Entwicklungen, die dazu beitragen werden, die Effizienz von Rechenzentren zu steigern: der Einsatz von Mehrkernprozessoren, integrierte Kühlsysteme und Mikrochip-Kühlung.
Computerhersteller sind sich sicher, dass Multicore-Prozessoren, die in der Lage sind, eine größere Anzahl von Aufgaben in kurzer Zeit zu erledigen, den Energieverbrauch von Servern um 40 % senken werden. Ein Beispiel für die Effizienz eines eingebauten Kühlsystems ist die Lösung CoolFrame von Egenera und Emerson Network Power. Es nimmt die heiße Luft, die aus den Servern austritt, kühlt sie ab und „bläst“ sie in den Raum, wodurch die Belastung des Hauptkühlsystems um 23 % verringert wird.
Was das betrifft Die Kühlung von Mikrochips ermöglicht es, Wärme direkt von den „heißen Punkten“ des Servers abzuleiten, wie z.B. von den zentralen Prozessoren, Grafikprozessoren und Speichermodulen, in die umgebende Luft des Racks oder außerhalb des Rechenzentrums.
Die Steigerung der Energieeffizienz ist heutzutage zu einem echten Trend geworden, was angesichts des Energieverbrauchs von Rechenzentren nicht verwunderlich ist: 25–40 % aller Betriebskosten entfallen auf die Stromrechnung. Die Hauptproblematik besteht jedoch darin, dass jede Kilowattstunde, die von IT-Ausrüstung verbraucht wird, in Wärme umgewandelt wird, die dann mit energieintensiven Kühlsystemen abgeleitet werden muss. Daher wird die Reduzierung des Energieverbrauchs von Rechenzentren in den kommenden Jahren weiterhin relevant bleiben – es werden ständig neue Methoden zur Steigerung der Energieeffizienz von Rechenzentren entwickelt.
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Quelle: habr.com
