На забезпечення ефективної роботи дата-центрів сьогодні витрачається багато електроенергії. У 2013 році лише дата-центрами США було близько 91 мільярда кіловат-годин енергії, що дорівнює річному виробленню 34 великих вугільних електростанцій.
Електрика залишається однією з основних статей витрат компаній-власників ЦОД, тому вони роблять спроби до ефективності роботи обчислювальної інфраструктури Для цього застосовуються різні технічні рішення, про частину яких ми сьогодні й поговоримо.
/ фото
Віртуалізація
Коли мова заходить про підвищення енергоефективності, віртуалізація має кілька незаперечних переваг. По-перше, консолідація існуючих сервісів на меншій кількості апаратних серверів дозволяє економити на обслуговуванні «заліза», що означає зниження витрат на охолодження, електроенергію та площі. По-друге, віртуалізація дозволяє оптимізувати використання апаратних ресурсів та гнучко віртуальні потужності у процесі роботи.
Компанії NRDC та Anthesis провели спільне і встановили, що при заміні 3100 серверів на 150 віртуальних хостів можна досягти зниження витрат на електроенергію на $2,1 млн на рік. Організація, що стала об'єктом інтересу, заощадила на обслуговуванні та купівлі обладнання, скоротила штат системних адміністраторів, отримала гарантію відновлення даних у разі будь-яких проблем і позбавилася необхідності будувати ще один дата-центр.
За результатами Gartner, у 2016 році рівень віртуалізації багатьох компаній перевищить 75%, а сам ринок буде оцінений у $5,6 млрд. Проте існують певні фактори, які стримують поширення віртуалізації. Однією з головних причин залишається складність перебудови дата-центрів на нову модель роботи, оскільки витрати на це часто перевищують потенційну вигоду.
Системи керування енергоспоживанням
Такі системи дозволяють підвищити енергоефективність системи охолодження або скоротити енергоспоживання ІТ-обладнання, що в кінцевому рахунку призводить до мінімізації витрат. У цьому випадку застосовується спеціальне , яке стежить за активністю серверів, споживанням та вартістю електроенергії, автоматично перерозподіляючи навантаження та навіть відключаючи обладнання.
Один із видів ПЗ для управління енергоспоживанням – це системи управління інфраструктурою дата-центру (DCIM), які використовуються для контролю, аналізу та прогнозування показників енергоефективності різного обладнання. Більшість інструментів DCIM не застосовується для безпосереднього контролю енергоспоживання ІТ- та іншого обладнання, але багато систем забезпечені калькуляторами PUE (Power usage effectiveness). Згідно з даними Intel та Dell DCIM, такі рішення 53% ІТ-менеджерів.
Сьогодні більшість апаратного забезпечення вже націлена на економічне споживання енергії, але під час закупівлі «заліза» часто більша увага приділяється початковій ціні чи продуктивності, а не сукупній вартості володіння, через що енергоефективне обладнання залишається . Окрім зменшення рахунків на електроенергію, таке обладнання ще й кількість викидів CO2 у атмосферу.
Стиснення даних
Існують і менш очевидні підходи до підвищення енергоефективності дата-центрів, наприклад, зменшення обсягу даних, що зберігаються. Компресія даних, що рідко використовуються заощадити до 30% енергії, навіть враховуючи той факт, що на стиснення та розпакування ресурси також витрачаються. Дедуплікація даних може показати ще привабливіший результат – 40–50%. При цьому варто зазначити, що знизити споживання електроенергії також допомагає використання малопотужних сховищ для «холодних» даних.
Відключення «зомбі-серверів»
Однією з проблем, що ведуть до неефективного витрачання електроенергії в дата-центрах, є обладнання, що простоює. Експерти , деякі компанії що неспроможні реально оцінити необхідну кількість ресурсів, інші закуповують серверні потужності з розрахунком у майбутнє. Внаслідок цього майже 30% серверів стоять без роботи, споживаючи при цьому енергії на $30 млрд на рік.
При цьому, згідно з дослідженням, ІТ-менеджери ідентифікувати від 15 до 30% встановлених серверів, але не списують обладнання, побоюючись можливих наслідків. Лише 14% опитаних вели облік серверів, що не використовуються, і знали зразкову їх кількість.
Одним з варіантів вирішення цієї проблеми є використання публічних хмар з моделлю оплати pay-as-you-go, коли компанія оплачує тільки потужності, що реально використовуються. За такою схемою вже працює безліч компаній, а власник дата-центру Aligned Energy у Плейно, штат Техас, стверджує, що це дозволяє клієнтам заощаджувати від 30 до 50% на рік.
Управління мікрокліматом дата-центру
На енергоефективність дата-центру мікроклімат приміщення, де знаходиться обладнання. Для ефективної роботи охолоджувальних установок необхідно мінімізувати втрати холоду, ізолюючи приміщення ЦОД від впливів зовнішнього середовища та запобігаючи теплообміну через стіни, стелю та підлогу. Відмінним способом є пароізоляція, яка регулює рівень вологості в приміщенні.
Занадто висока вологість може призвести до різних помилок у роботі обладнання, підвищеному зносі та корозії, а надто низька – до виникнення електростатичних розрядів. визначає оптимальний рівень відносної вологості дата-центру в інтервалі від 40 до 55%.
Ефективний розподіл потоків повітря також може заощадити 20-25% споживаної електроенергії. У цьому допоможе правильне розміщення стійок обладнання: поділ машинних залів ЦОД на холодні та гарячі коридори. При цьому необхідно забезпечити ізоляцію коридорів: встановити в необхідних місцях перфоровані плити та використовувати панелі-заглушки між рядами серверів для запобігання змішуванню повітряних потоків.
Також варто продумати не лише розташування обладнання, а й розташування клімат-системи. При поділі зали на «холодні» та «гарячі» коридори, кондиціонери повинні встановлюватись перпендикулярно гарячим потокам повітря, щоб запобігти проникненню останніх у коридор з холодним повітрям.
Не менш важливим аспектом ефективного управління температурою в ЦОД вважається розташування проводів, які можуть перешкоджати руху повітряних потоків, зменшуючи статичний тиск та знижуючи ефективність охолодження ІТ-обладнання. Виправити ситуацію дозволить переміщення кабельних лотків з-під фальшпідлоги ближче до стелі.
Природне та рідинне охолодження
Відмінна альтернатива спеціальним системам клімат-контролю – природне охолодження, яке може бути використане в холодну пору року. Сьогодні технології дозволяють переключатися на використання економайзера, коли дозволяє погода. Згідно із дослідженням Battelle Laboratories, природне охолодження скорочує витрати на електроенергію дата-центрів на 13%.
При цьому існує два типи економайзерів: ті, які використовують тільки сухе повітря, і ті, що використовують додаткове зрошення при недостатньому охолодженні повітря. Деякі системи можуть поєднувати різні типи економайзерів, формуючи багаторівневі системи охолодження.
Але системи повітряного охолодження часто виявляються неефективними через перемішування потоків повітря або неможливості використовувати надлишкове тепло. Крім того, встановлення таких систем часто тягне за собою додаткові витрати на повітряні фільтри та постійний моніторинг.
Багато експертів вважають, що рідинне охолодження краще справляється зі своїм завданням. Представник датського вендора Asetek, що спеціалізується на створенні систем рідинного охолодження серверів, Джон Хемілл (John Hamill), , Що рідина приблизно в 4 тис. разів ефективніше з точки зору зберігання та передачі тепла, ніж повітря. А під час експерименту, проведеного Lawrence Berkeley National Laboratory у співпраці з корпорацією American Power Conversion та Silicon Valley Leadership Group було , Що завдяки використанню рідинного охолодження та подачі води з градирні в деяких випадках економія електроенергії досягала 50%.
Інші технології
Сьогодні існує три напрямки, розвиток яких допоможе зробити роботу дата-центрів ефективнішою: використання багатоядерних процесорів, вбудовані системи охолодження та охолодження на рівні мікросхем.
Виробники комп'ютерів упевнені, що багатоядерні процесори, завершуючи більшу кількість завдань за короткий період, зменшать споживання енергії серверами на 40%. Прикладом ефективності вбудованої системи охолодження може бути рішення CoolFrame фірми Egenera and Emerson Network Power. Воно забирає гаряче повітря, що виходить із серверів, охолоджує його і «викидає» до приміщення, тим самим знижуючи навантаження на основну систему на 23%.
Щодо охолодження мікросхем, вона дозволяє відводити тепло безпосередньо від «гарячих точок» сервера, таких як центральні процесорні пристрої, графічні процесорні пристрої і модулі пам'яті, в навколишнє повітря стійки або за межі машинного залу.
Підвищення енергоефективності сьогодні стало справжнім трендом, що не дивно з огляду на обсяги споживання дата-центрів: 25–40% усіх операційних витрат припадає на оплату рахунків за електрику. Але головна проблема полягає в тому, що кожна кіловат-година, споживана ІТ-обладнанням, перетворюється тепло, яке потім видаляється за допомогою охолоджуючого обладнання, що вимагає багато енергії. Тому найближчими роками зниження енергоспоживання дата-центрів не перестане бути актуальним – з'являтимуться нові способи підвищення енергоефективності ЦОД.
Інші матеріали з нашого блогу на Хабрі:
Джерело: habr.com