"לרסן את התיאבון שלך": מספר דרכים לשפר את היעילות האנרגטית של מרכזי נתונים

כיום מוציאים הרבה חשמל כדי להבטיח תפעול יעיל של מרכזי נתונים. ב-2013 היו רק מרכזי נתונים בארה"ב מְאוּכָּל כ-91 מיליארד קילוואט-שעה של אנרגיה, השווה לתפוקה השנתית של 34 תחנות כוח גדולות פחמיות.

חשמל נותר אחד מסעיפי ההוצאות העיקריים של חברות שמחזיקות במרכזי נתונים, וזו הסיבה שהן מנסים לעשות זאת הַעֲלָאָה יעילות תשתית המחשוב. לשם כך נעשה שימוש בפתרונות טכניים שונים, שעל חלקם נדבר היום.

/ תמונה טורקילד רטווד CC

וירטואליזציה

כשמדובר בשיפור יעילות האנרגיה, לווירטואליזציה יש מספר יתרונות משכנעים. ראשית, איחוד שירותים קיימים על פחות שרתי חומרה מאפשר חיסכון בתחזוקת החומרה, כלומר עלויות קירור, חשמל ושטח נמוכות יותר. שנית, וירטואליזציה מאפשרת לך לייעל את השימוש במשאבי החומרה ובגמישות להפיץ מחדש כוח וירטואלי ממש בתהליך העבודה.

NRDC ו-Anthesis ערכו ג'וינט מחקר ומצא כי על ידי החלפת 3100 שרתים ב-150 מארחים וירטואליים, ניתן להוזיל את עלויות האנרגיה ב-2,1 מיליון דולר בשנה. הארגון שהיה מושא ההתעניינות חסך בתחזוקה ורכישת ציוד, צמצם את צוות מנהלי המערכת, קיבל ערבות לשחזור נתונים בכל בעיה ונפטר מהצורך בבניית מרכז מידע נוסף.

לפי התוצאות מחקר גרטנר, בשנת 2016, רמת הווירטואליזציה של חברות רבות תעלה על 75%, והשוק עצמו יוערך ב-5,6 מיליארד דולר. עם זאת, ישנם גורמים מסוימים המעכבים את האימוץ הנרחב של הוירטואליזציה. אחת הסיבות העיקריות נותרה הקושי "לבנות מחדש" מרכזי נתונים למודל תפעולי חדש, שכן העלויות של זה עולות לרוב על היתרונות הפוטנציאליים.

מערכות ניהול אנרגיה

מערכות כאלה מאפשרות להגביר את היעילות האנרגטית של מערכת הקירור או להפחית את צריכת האנרגיה של ציוד IT, מה שמוביל בסופו של דבר למזעור עלויות. במקרה הזה, מיוחד תוכנה, המנטר את פעילות השרת, צריכת האנרגיה והעלות, מחלק מחדש את העומס באופן אוטומטי ואף מכבה את הציוד.

סוג אחד של תוכנות לניהול אנרגיה הוא מערכות ניהול תשתיות מרכזי נתונים (DCIM), המשמשות לניטור, ניתוח וחיזוי היעילות האנרגטית של ציוד שונים. רוב כלי DCIM אינם משמשים לניטור ישיר של צריכת החשמל של IT וציוד אחר, אך מערכות רבות מגיעות עם מחשבוני PUE (Power Usage Effectiveness). לפי אינטל ו-Dell DCIM, פתרונות כאלה שימוש 53% ממנהלי IT.

רוב החומרה כיום כבר מתוכננת להיות חסכונית באנרגיה, אך רכישת חומרה שמה לעתים קרובות יותר דגש על המחיר או הביצועים הראשוניים במקום על עלות הבעלות הכוללת, מה שמותיר חומרה חסכונית באנרגיה להישאר ללא שם. בנוסף להפחתת חשבונות האנרגיה, ציוד כזה מפחית גם את כמות פליטת ה-CO2 לאטמוספירה.

דחיסת נתונים

יש גם גישות פחות ברורות לשיפור היעילות האנרגטית של מרכזי נתונים, למשל, הפחתת כמות הנתונים המאוחסנים. דחיסת נתונים בשימוש נדיר יכול חסכון של עד 30% אנרגיה, אפילו אם לוקחים בחשבון את העובדה שהמשאבים נצרכים גם לדחיסה ופירוק. מניעת כפילות נתונים יכולה להראות תוצאה אטרקטיבית עוד יותר - 40-50%. ראוי לציין שהשימוש באחסון בצריכת חשמל נמוכה לנתונים "קרים" עוזר גם הוא להפחית את צריכת החשמל.

השבתת שרתי זומבים

אחת הבעיות המובילות לצריכת אנרגיה לא יעילה במרכזי נתונים היא ציוד סרק. מומחים שקולשחברות מסוימות אינן יכולות להעריך באופן ריאלי את כמות המשאבים הנדרשת, בעוד שאחרות רוכשות קיבולת שרתים עם עין לעתיד. כתוצאה מכך, כמעט 30% מהשרתים אינם פעילים, וצורכים אנרגיה של 30 מיליארד דולר בשנה.

במקביל, על פי המחקר, מנהלי IT לא יכול זהה בין 15 ל-30% מהשרתים המותקנים, אך אל תמחק את הציוד מחשש להשלכות אפשריות. רק 14% מהמשיבים שמרו תיעוד של שרתים שאינם בשימוש וידעו את מספרם המשוער.

אחת האפשרויות לפתור את הבעיה היא שימוש בעננים ציבוריים עם מודל תשלום לפי שיטת תשלום, כאשר החברה משלמת רק עבור הקיבולת המשמשת בפועל. חברות רבות כבר משתמשות בתוכנית זו, והבעלים של מרכז הנתונים של Aligned Energy בפלאנו, טקסס, טוען שהיא מאפשרת ללקוחות לחסוך 30 עד 50% בשנה.

בקרת אקלים של מרכז נתונים

על יעילות אנרגיה במרכז הנתונים להשפיע מיקרו אקלים של החדר בו נמצא הציוד. כדי שיחידות הקירור יפעלו ביעילות, יש צורך למזער את הפסדי הקור על ידי בידוד חדר הנתונים מהסביבה החיצונית ומניעת העברת חום דרך הקירות, התקרה והרצפה. דרך מצוינת היא מחסום אדים, המווסת גם את רמת הלחות בחדר.

לחות גבוהה מדי עלולה להוביל לטעויות שונות בתפעול הציוד, בלאי מוגבר וקורוזיה, בעוד לחות נמוכה מדי עלולה להוביל לפריקות אלקטרוסטטיות. אשירה קובע את רמת הלחות היחסית האופטימלית עבור מרכז נתונים בטווח שבין 40 ל-55%.

חלוקת זרימת אוויר יעילה יכולה גם לחסוך 20-25% מצריכת האנרגיה. מיקום נכון של מדפי ציוד יעזור בכך: חלוקת חדרי מחשב במרכז הנתונים למסדרונות "קרים" ו"חמים". במקרה זה, יש צורך להבטיח בידוד של המסדרונות: התקן צלחות מחוררות במקומות הדרושים והשתמש בלוחות ריקים בין שורות שרתים כדי למנוע ערבוב של זרימות אוויר.

כדאי גם לשקול לא רק את מיקום הציוד, אלא גם את מיקום מערכת האקלים. כאשר מחלקים את האולם למסדרונות "קרים" ו"חמים", יש להתקין מזגנים בניצב לזרמי האוויר החם כדי למנוע מהאחרונים לחדור לתוך המסדרון עם אוויר קר.

היבט חשוב לא פחות של ניהול תרמי יעיל במרכז נתונים הוא הצבת חוטים, שיכולים לחסום את זרימת האוויר, להפחית לחץ סטטי ולהפחית את יעילות הקירור של ציוד IT. ניתן לתקן את המצב על ידי העברת מגשי הכבלים מתחת לרצפה המוגבהת קרוב יותר לתקרה.

קירור טבעי ונוזלי

חלופה מצוינת למערכות בקרת אקלים ייעודיות היא קירור טבעי, שניתן להשתמש בו בעונות קרות. כיום, הטכנולוגיה מאפשרת לעבור לשימוש באקונומייזר כאשר מזג האוויר מאפשר זאת. על פי מחקר של Battelle Laboratories, קירור חינם מפחית את עלויות האנרגיה של מרכז הנתונים ב-13%.

ישנם שני סוגים של חסכונים: כאלה שמשתמשים רק באוויר יבש, וכאלה שמשתמשים בהשקיה נוספת כשהאוויר אינו מקורר מספיק. מערכות מסוימות יכולות לשלב סוגים שונים של חסכונים ליצירת מערכות קירור מרובות רמות.

אבל מערכות קירור אוויר אינן יעילות לעתים קרובות בגלל ערבוב של זרימות אוויר או חוסר יכולת להשתמש בחום העודף שהוסר. בנוסף, התקנת מערכות כאלה גוררת לרוב עלויות נוספות עבור מסנני אוויר וניטור מתמיד.

מומחים רבים מאמינים שקירור נוזלי עושה את עבודתו טוב יותר. נציג הספק הדני Asetek, המתמחה ביצירת מערכות קירור נוזלי לשרתים, ג'ון המיל, בטוחהנוזל הזה יעיל פי 4 יותר במונחים של אחסון והעברת חום מאשר אוויר. ובמהלך ניסוי שנערך על ידי המעבדה הלאומית לורנס ברקלי בשיתוף עם תאגיד המרת הכוח האמריקאי וקבוצת המנהיגות של עמק הסיליקון, מוּכָח, שבזכות השימוש בקירור נוזלי ואספקת מים ממגדל הקירור, בחלק מהמקרים החיסכון באנרגיה הגיע ל-50%.

טכנולוגיות אחרות

כיום ישנם שלושה תחומים שפיתוחם יסייע לייעל את מרכזי הנתונים: שימוש במעבדים מרובי ליבות, מערכות קירור משולבות וקירור ברמת השבב.

יצרניות מחשבים מאמינות שמעבדים מרובי ליבות, על ידי השלמת יותר משימות בפרק זמן קצר יותר, יפחיתו את צריכת האנרגיה של השרת ב-40%. דוגמה ליעילות של מערכת קירור משולבת היא פתרון CoolFrame מבית Egenera ו-Emerson Network Power. הוא מוציא את האוויר החם שיוצא מהשרתים, מקרר אותו ו"זורק אותו" לחדר, ובכך מפחית את העומס על המערכת הראשית ב-23%.

ביחס טכנולוגיה קירור שבב, הוא מאפשר העברת חום ישירות מהנקודות החמות של השרת, כגון יחידות עיבוד מרכזיות, יחידות עיבוד גרפיות ומודולי זיכרון, לאוויר הסביבה של המתלה או מחוץ לחדר המחשב.

הגברת ההתייעלות האנרגטית הפכה למגמה של ממש כיום, מה שלא מפתיע בהתחשב בהיקף הצריכה של מרכזי הנתונים: 25–40% מכלל הוצאות התפעול מגיעות מתשלום חשבונות חשמל. אבל הבעיה העיקרית היא שכל קילוואט-שעה הנצרכת על ידי ציוד IT מומרת לחום, אשר מוסר לאחר מכן על ידי ציוד קירור עתיר אנרגיה. לכן, בשנים הקרובות, הפחתת צריכת האנרגיה של מרכזי נתונים לא תפסיק להיות רלוונטית – יצוצו עוד ועוד דרכים חדשות להגברת היעילות האנרגטית של מרכזי הנתונים.

חומרים נוספים מהבלוג שלנו על Habré:

• 30 חומרים על טרנספורמציה טכנולוגית
• על וירטואליזציה והענן
• על פרויקטים המיושמים בענן
• 30 חומרים בנושא וירטואליזציה
• 30 חומרים בנושא אבטחת מידע
• 30 חומרים בנושא אבטחת ענן

מקור: www.habr.com