Dziś wiele energii elektrycznej wydaje się na efektywne działanie centrów danych. W 2013 roku tylko centra danych w USA zużyły 91 miliardów kilowatogodzin energii, co odpowiada rocznej produkcji 34 dużych elektrowni węglowych.
Elektryczność pozostaje jedną z głównych pozycji kosztów dla firm będących właścicielami centrów danych, dlatego podejmują one próby efektywności działania infrastruktury obliczeniowej. Do tego stosowane są różne rozwiązania techniczne, o części z nich dzisiaj porozmawiamy.
/ фото
Wirtualizacja
Kiedy mowa o zwiększaniu efektywności energetycznej, wirtualizacja ma kilka niezaprzeczalnych zalet. Po pierwsze, konsolidacja istniejących usług na mniejszej liczbie fizycznych serwerów pozwala zaoszczędzić na konserwacji „sprzętu”, co oznacza obniżenie kosztów chłodzenia, energii elektrycznej oraz zajmowanej powierzchni. Po drugie, wirtualizacja umożliwia optymalizację wykorzystania zasobów sprzętowych i elastyczne mocy wirtualnych w trakcie pracy.
Firmy NRDC i Anthesis przeprowadziły wspólne badania i ustaliły, że wymieniając 3100 serwerów na 150 wirtualnych hostów można osiągnąć oszczędności na kosztach energii na poziomie 2,1 miliona dolarów rocznie. Organizacja, która stała się celem badań, zaoszczędziła na konserwacji i zakupie sprzętu, zmniejszyła liczbę administratorów systemów, uzyskała gwarancję przywrócenia danych w przypadku problemów i pozbyła się potrzeby budowy kolejnego centrum danych.
Z wynikami Według Gartnera w 2016 roku wskaźnik wirtualizacji w wielu firmach przekroczy 75%, a sam rynek będzie wyceniony na 5,6 miliarda dolarów. Jednak istnieją pewne czynniki, które hamują powszechne wprowadzenie wirtualizacji. Jednym z głównych powodów jest złożoność „przebudowy” centrów danych do nowego modelu pracy, ponieważ koszty tego często przewyższają potencjalne korzyści.
Systemy zarządzania zużyciem energii
takie systemy pozwalają zwiększyć efektywność energetyczną systemów chłodzenia lub zmniejszyć zużycie energii przez sprzęt IT, co ostatecznie prowadzi do minimalizacji kosztów. W tym przypadku stosowane są specjalne , które monitoruje aktywność serwerów, zużycie i koszty energii, automatycznie rozdzielając obciążenie i nawet wyłączając urządzenia.
Jednym z rodzajów oprogramowania do zarządzania zużyciem energii są systemy zarządzania infrastrukturą centrów danych (DCIM), które służą do kontroli, analizy i prognozowania wskaźników efektywności energetycznej różnego sprzętu. Większość narzędzi DCIM nie jest wykorzystywana do bezpośredniego monitorowania zużycia energii przez sprzęt IT i inne urządzenia, ale wiele systemów jest wyposażonych w kalkulatory PUE (Power usage effectiveness). Zgodnie z danymi Intel i Dell DCIM, takie rozwiązania 53% menedżerów IT.
Obecnie większość sprzętu jest już zaprojektowana z myślą o oszczędnym zużyciu energii, ale podczas zakupu sprzętu często większą uwagę przykłada się do początkowej ceny lub wydajności, a nie do całkowitych kosztów posiadania, przez co energooszczędny sprzęt pozostaje . Oprócz zmniejszenia rachunków za energię, taki sprzęt także ilość emisji CO2 do atmosfery.
Kompresja danych
Istnieją również mniej oczywiste metody zwiększania efektywności energetycznej centrów danych, na przykład zmniejszanie objętości przechowywanych danych. Kompresja rzadko używanych danych może zaoszczędzić do 30% energii, nawet biorąc pod uwagę, że na kompresję i dekompresję zasoby również są wykorzystywane. Dedupikacja danych może przynieść jeszcze bardziej atrakcyjny wynik – 40-50%. Należy również zaznaczyć, że zmniejszenie zużycia energii wspomaga również użycie niskomocnych magazynów dla 'zimnych' danych.
Wyłączanie 'zombie-serwerów'
Jednym z problemów prowadzących do nieefektywnego zużycia energii w centrach danych jest bezczynny sprzęt. Eksperci , że niektóre firmy nie potrafią realnie ocenić potrzebnej ilości zasobów, a inne kupują moce serwerowe z myślą o przyszłości. W rezultacie prawie 30% serwerów stoi bez pracy, zużywając energię wartą 30 miliardów dolarów rocznie.
Jednocześnie zgodnie z badaniem, menedżerowie IT zidentyfikowano od 15 do 30% zainstalowanych serwerów, ale nie odpisują sprzętu, obawiając się możliwych konsekwencji. Tylko 14% badanych śledziło nieużywane serwery i miało świadomość ich przybliżonej liczby.
Jednym z rozwiązań tego problemu jest wykorzystanie publicznych chmur w modelu płatności pay-as-you-go, gdzie firma płaci tylko za rzeczywiście używane zasoby. W ten sposób działa już wiele firm, a właściciel centrum danych Aligned Energy w Plano, Texas, twierdzi, że pozwala to klientom zaoszczędzić od 30 do 50% rocznie.
Zarządzanie mikroklimatem centrum danych
Na efektywność energetyczną centrum danych mikroklimat pomieszczenia, w którym znajdują się urządzenia. Aby chłodnie mogły działać efektywnie, należy minimalizować straty chłodu, izolując pomieszczenie od wpływów zewnętrznych i zapobiegając wymianie ciepła przez ściany, sufit i podłogę. Doskonałym rozwiązaniem jest paroizolacja, która dodatkowo reguluje poziom wilgotności w pomieszczeniu.
Zbyt wysoka wilgotność może prowadzić do różnych błędów w pracy sprzętu, zwiększonego zużycia i korozji, natomiast zbyt niska może skutkować powstawaniem ładunków elektrostatycznych. określa optymalny poziom wilgotności względnej dla centrum danych w przedziale od 40 do 55%.
Efektywne rozdzielanie strumieni powietrza może również zaoszczędzić 20–25% zużywanej energii elektrycznej. W tym pomoże prawidłowe rozmieszczenie szaf sprzętowych: podział sal serwerowych centrum danych na „zimne” i „gorące” korytarze. Należy również zapewnić izolację korytarzy: zainstalować perforowane płyty w odpowiednich miejscach oraz wykorzystać panele-zatyczki między rzędami serwerów, aby zapobiec mieszaniu się strumieni powietrza.
Warto również przemyśleć nie tylko rozmieszczenie sprzętu, ale także lokalizację systemu klimatyzacyjnego. Przy podziale sali na „zimne” i „gorące” korytarze, klimatyzatory powinny być instalowane prostopadle do gorących strumieni powietrza, aby zapobiec ich przenikaniu do korytarza z zimnym powietrzem.
Nie mniej ważnym aspektem efektywnego zarządzania temperaturą w centrach danych jest rozmieszczenie kabli, które mogą utrudniać przepływ powietrza, zmniejszając ciśnienie statyczne i obniżając efektywność chłodzenia sprzętu IT. Aby poprawić sytuację, można przenieść koryta kablowe z podłogi podniesionej w kierunku sufitu.
Chłodzenie naturalne i cieczy
Świetną alternatywą dla specjalnych systemów klimatyzacyjnych jest chłodzenie naturalne, które można wykorzystać w zimnych porach roku. Dziś technologie pozwalają na przełączenie się na użycie systemu oszczędzającego, gdy pozwala na to pogoda. Zgodnie z badaniami Battelle Laboratories, chłodzenie naturalne ogranicza wydatki na energię elektryczną w centrach danych o 13%.
Istnieją dwa typy systemów oszczędzających: takie, które wykorzystują tylko suche powietrze, oraz takie, które stosują dodatkowe nawilżanie w przypadku niewystarczającego chłodzenia powietrza. Niektóre systemy mogą łączyć różne typy oszczędzaczy, tworząc systemy chłodzenia wielopoziomowego.
Jednak systemy chłodzenia powietrzem często okazują się nieskuteczne z powodu mieszania strumieni powietrza lub niemożności wykorzystania odprowadzonego nadmiaru ciepła. Ponadto instalacja takich systemów często wiąże się z dodatkowymi kosztami na filtry powietrza i ciągłym monitoringiem.
Wielu ekspertów uważa, że chłodzenie cieczą lepiej radzi sobie ze swoim zadaniem. Przedstawiciel duńskiego dostawcy Asetek, specjalizującego się w tworzeniu systemów chłodzenia cieczy dla serwerów, John Hamill, , że ciecz jest około 4 tysiące razy bardziej efektywna pod względem przechowywania i przekazywania ciepła niż powietrze. A podczas eksperymentu przeprowadzonego przez Lawrence Berkeley National Laboratory we współpracy z firmą American Power Conversion i Silicon Valley Leadership Group , że dzięki zastosowaniu chłodzenia cieczą i dostarczaniu wody z wieży chłodniczej w niektórych przypadkach oszczędności energii elektrycznej sięgały nawet 50%.
Inne technologie
Dziś istnieją trzy kierunki rozwoju, które pomogą uczynić pracę centrów danych bardziej efektywną: wykorzystanie procesorów wielordzeniowych, wbudowane systemy chłodzenia i chłodzenie na poziomie chipów.
Producenci komputerów są przekonani, że wielordzeniowe procesory, realizując większą liczbę zadań w krótszym czasie, mogą zmniejszyć zużycie energii przez serwery o 40%. Przykładem efektywności zintegrowanego systemu chłodzenia jest rozwiązanie CoolFrame firmy Egenera i Emerson Network Power. Pobiera ono gorące powietrze wydobywające się z serwerów, schładza je i 'wyrzuca' do pomieszczenia, co zmniejsza obciążenie głównego systemu o 23%.
Jeśli chodzi o chłodzenia układów scalonych, co pozwala na odprowadzanie ciepła bezpośrednio z 'gorących punktów' serwera, takich jak centralne jednostki przetwarzające, jednostki graficzne i moduły pamięci, do otaczającego powietrza szafy serwerowej lub poza budynek.
Zwiększenie efektywności energetycznej stało się dzisiaj prawdziwym trendem, co nie jest zaskakujące, biorąc pod uwagę skalę zużycia w centrach danych: 25–40% wszystkich kosztów operacyjnych przypada na rachunki za energię elektryczną. Jednak głównym problemem jest to, że każdy kilowatogodzina zużywana przez sprzęt IT zamienia się w ciepło, które następnie jest usuwane za pomocą sprzętu chłodniczego, wymagającego dużej ilości energii. Dlatego w nadchodzących latach zmniejszenie zużycia energii przez centra danych pozostanie aktualne – będą się pojawiać kolejne sposoby zwiększania efektywności energetycznej DC.
Inne materiały z naszego bloga na Habrze:
Źródło: habr.com
