Obecnie duże ilości energii elektrycznej zużywa się na zapewnienie wydajnego działania centrów danych. W 2013 r. były to wyłącznie centra danych w USA około 91 miliardów kilowatogodzin energii, co odpowiada rocznej produkcji 34 dużych elektrowni węglowych.
Energia elektryczna pozostaje jedną z głównych pozycji wydatków firm posiadających centra danych i dlatego podejmują takie próby efektywność infrastruktury obliczeniowej. W tym celu stosuje się różne rozwiązania techniczne, o niektórych z nich dzisiaj porozmawiamy.
/ zdjęcie
иртуализация
Jeśli chodzi o poprawę efektywności energetycznej, wirtualizacja ma kilka istotnych zalet. Po pierwsze, konsolidacja istniejących usług na mniejszej liczbie serwerów sprzętowych pozwala zaoszczędzić na konserwacji sprzętu, co oznacza niższe koszty chłodzenia, zasilania i przestrzeni. Po drugie, wirtualizacja pozwala zoptymalizować wykorzystanie zasobów sprzętowych i elastycznie wirtualna moc już w trakcie pracy.
NRDC i Anthesis połączyły siły i odkryli, że zastępując 3100 serwerów 150 wirtualnymi hostami, koszty energii można zmniejszyć o 2,1 miliona dolarów rocznie. Organizacja będąca przedmiotem zainteresowania zaoszczędziła na utrzymaniu i zakupie sprzętu, zredukowała personel administratorów systemów, otrzymała gwarancję odzyskania danych w przypadku jakichkolwiek problemów i pozbyła się konieczności budowy kolejnego centrum danych.
Zgodnie z wynikami Gartnera w 2016 roku poziom wirtualizacji w wielu firmach przekroczy 75%, a sam rynek będzie wyceniany na 5,6 miliarda dolarów, istnieją jednak pewne czynniki, które powstrzymują powszechne przyjęcie wirtualizacji. Jedną z głównych przyczyn pozostaje trudność „przebudowy” centrów danych do nowego modelu operacyjnego, gdyż koszty tego często przewyższają potencjalne korzyści.
Systemy zarządzania energią
Takie systemy pozwalają zwiększyć efektywność energetyczną układu chłodzenia lub zmniejszyć energochłonność sprzętu IT, co w efekcie prowadzi do minimalizacji kosztów. W tym przypadku specjalnie , który monitoruje aktywność serwera, zużycie i koszty energii, automatycznie redystrybuując obciążenie, a nawet wyłączając sprzęt.
Jednym z rodzajów oprogramowania do zarządzania energią są systemy zarządzania infrastrukturą centrów danych (DCIM), które służą do monitorowania, analizowania i przewidywania efektywności energetycznej różnych urządzeń. Większość narzędzi DCIM nie jest używana do bezpośredniego monitorowania zużycia energii przez sprzęt IT i inny, ale wiele systemów jest wyposażonych w kalkulatory PUE (efektywność zużycia energii). Zdaniem Intela i Della DCIM takie rozwiązania 53% menedżerów IT.
Większość dzisiejszego sprzętu jest już zaprojektowana tak, aby była energooszczędna, ale przy zakupie sprzętu często większy nacisk kładzie się na początkową cenę lub wydajność, a nie na całkowity koszt posiadania, pozostawiając sprzęt energooszczędny . Oprócz zmniejszenia rachunków za energię, taki sprzęt także wielkość emisji CO2 do atmosfery.
Kompresja danych
Istnieją również mniej oczywiste podejścia do poprawy efektywności energetycznej centrów danych, na przykład poprzez zmniejszenie ilości przechowywanych danych. Kompresja rzadko używanych danych zaoszczędzić do 30% energii, nawet biorąc pod uwagę fakt, że zasoby są zużywane również na kompresję i dekompresję. Deduplikacja danych może dać jeszcze atrakcyjniejszy wynik – 40–50%. Warto zauważyć, że zastosowanie pamięci masowej o niskim poborze mocy do przechowywania „zimnych” danych pomaga również zmniejszyć zużycie energii.
Wyłączanie serwerów zombie
Jednym z problemów prowadzących do nieefektywnego zużycia energii w centrach danych jest przestoje sprzętu. Eksperci że niektóre firmy nie są w stanie realistycznie oszacować wymaganej ilości zasobów, inne zaś kupują pojemność serwerów z myślą o przyszłości. W rezultacie prawie 30% serwerów pozostaje bezczynnych, zużywając energię o wartości 30 miliardów dolarów rocznie.
Jednocześnie, jak wynika z badania, menedżerowie IT zidentyfikuj od 15 do 30% zainstalowanych serwerów, ale nie skreślaj sprzętu w obawie przed możliwymi konsekwencjami. Tylko 14% respondentów prowadziło ewidencję nieużywanych serwerów i znało ich przybliżoną liczbę.
Jedną z możliwości rozwiązania tego problemu jest wykorzystanie chmur publicznych w modelu płatności typu pay-as-you-go, gdy firma płaci tylko za faktycznie wykorzystaną pojemność. Wiele firm korzysta już z tego schematu, a właściciel centrum danych Aligned Energy w Plano w Teksasie twierdzi, że pozwala on klientom zaoszczędzić od 30 do 50% rocznie.
Sterowanie klimatem w centrum danych
O efektywności energetycznej centrów danych mikroklimat pomieszczenia, w którym znajduje się sprzęt. Aby urządzenia chłodzące działały wydajnie, należy zminimalizować straty zimna poprzez izolację pomieszczenia centrum danych od środowiska zewnętrznego i zapobieganie przenikaniu ciepła przez ściany, sufit i podłogę. Doskonałym sposobem jest paroizolacja, która reguluje również poziom wilgotności w pomieszczeniu.
Zbyt wysoka wilgotność może prowadzić do różnych błędów w pracy sprzętu, zwiększonego zużycia i korozji, natomiast zbyt niska wilgotność może prowadzić do wyładowań elektrostatycznych. określa optymalny poziom wilgotności względnej dla centrum danych w zakresie od 40 do 55%.
Efektywna dystrybucja przepływu powietrza może również zaoszczędzić 20-25% zużycia energii. Pomoże w tym prawidłowe rozmieszczenie szaf sprzętowych: podzielenie pomieszczeń komputerowych centrum danych na korytarze „zimne” i „gorące”. W takim przypadku należy zadbać o izolację korytarzy: w niezbędnych miejscach zamontować płyty perforowane, a pomiędzy rzędami serwerów zastosować zaślepki, aby zapobiec mieszaniu się strumieni powietrza.
Warto również wziąć pod uwagę nie tylko lokalizację sprzętu, ale także lokalizację systemu grzewczego. Przy podziale hali na korytarze „zimny” i „gorący” klimatyzatory należy instalować prostopadle do strumieni gorącego powietrza, aby zapobiec przedostawaniu się przez nie zimnego powietrza do korytarza.
Równie ważnym aspektem skutecznego zarządzania ciepłem w centrum danych jest rozmieszczenie przewodów, które mogą utrudniać przepływ powietrza, zmniejszając ciśnienie statyczne i zmniejszając wydajność chłodzenia sprzętu IT. Sytuację można skorygować przesuwając koryta kablowe spod podłogi podniesionej bliżej sufitu.
Chłodzenie naturalne i cieczowe
Doskonałą alternatywą dla dedykowanych systemów klimatyzacji jest chłodzenie naturalne, które można stosować w zimnych porach roku. Obecnie technologia umożliwia przejście na korzystanie z ekonomizera, gdy pozwala na to pogoda. Według badania przeprowadzonego przez Battelle Laboratories, bezpłatne chłodzenie zmniejsza koszty energii w centrum danych o 13%.
Istnieją dwa rodzaje ekonomizerów: te, które wykorzystują wyłącznie suche powietrze, oraz te, które wykorzystują dodatkowe nawadnianie, gdy powietrze nie jest wystarczająco schłodzone. Niektóre systemy mogą łączyć różne typy ekonomizerów, tworząc wielopoziomowe systemy chłodzenia.
Jednak systemy chłodzenia powietrzem są często nieskuteczne ze względu na mieszanie się strumieni powietrza lub brak możliwości wykorzystania usuniętego nadmiaru ciepła. Ponadto instalacja takich systemów często wiąże się z dodatkowymi kosztami filtrów powietrza i stałego monitorowania.
Wielu ekspertów uważa, że chłodzenie cieczą lepiej spełnia swoje zadanie. Przedstawiciel duńskiego dostawcy Asetek, specjalizującego się w tworzeniu systemów chłodzenia cieczą do serwerów, John Hamill, ciecz ta jest około 4 tysiące razy wydajniejsza w magazynowaniu i przekazywaniu ciepła niż powietrze. Podczas eksperymentu przeprowadzonego przez Lawrence Berkeley National Laboratory we współpracy z American Power Conversion Corporation i Silicon Valley Leadership Group, , że dzięki zastosowaniu chłodzenia cieczą i doprowadzeniu wody z wieży chłodniczej w niektórych przypadkach oszczędność energii sięgała 50%.
Inne technologie
Obecnie istnieją trzy obszary, których rozwój pomoże zwiększyć efektywność centrów danych: wykorzystanie procesorów wielordzeniowych, zintegrowane systemy chłodzenia oraz chłodzenie na poziomie chipa.
Producenci komputerów uważają, że procesory wielordzeniowe, realizując więcej zadań w krótszym czasie, zmniejszą zużycie energii przez serwery o 40%. Przykładem efektywności zintegrowanego układu chłodzenia jest rozwiązanie CoolFrame firm Egenera i Emerson Network Power. Pobiera gorące powietrze wychodzące z serwerów, schładza je i „wrzuca” do pomieszczenia, zmniejszając w ten sposób obciążenie głównego systemu o 23%.
Jeśli chodzi o chłodzenie chipów, umożliwia przenoszenie ciepła bezpośrednio z gorących punktów serwera, takich jak jednostki centralne, procesory graficzne i moduły pamięci, do powietrza otoczenia w szafie lub na zewnątrz pomieszczenia komputerowego.
Zwiększanie efektywności energetycznej stało się dziś prawdziwym trendem, co nie jest zaskakujące, biorąc pod uwagę wielkość zużycia centrów danych: 25–40% wszystkich wydatków operacyjnych pochodzi z płacenia rachunków za energię elektryczną. Jednak głównym problemem jest to, że każda kilowatogodzina zużywana przez sprzęt IT zamieniana jest na ciepło, które następnie jest usuwane za pomocą energochłonnych urządzeń chłodzących. Dlatego w nadchodzących latach ograniczanie energochłonności centrów danych nie przestanie być aktualne – pojawiać się będzie coraz więcej nowych sposobów na zwiększenie efektywności energetycznej centrów danych.
Inne materiały z naszego bloga na temat Habré:
Źródło: www.habr.com