«Стримати апетити»: Кілька способів підвищення енергоефективності дата-центрів

На забезпечення ефективної роботи дата-центрів сьогодні витрачається дуже багато електроенергії. У 2013 році лише дата-центрами США було потреблено близько 91 мільярда кіловат-годин енергії, що дорівнює річного виробітку 34 великих вугільних електростанцій.

Електрика залишається однією з основних статей витрат компаній-власників ЦОД, бо вони роблять спроби до підвищенню ефективності роботи обчислювальної інфраструктури. Для цього застосовуються різні технічні рішення, про частину яких ми сьогодні і поговоримо.



/ фото Torkild Retvedt CC

Віртуалізація
Коли мова заходить про підвищення енергоефективності, віртуалізація має декілька 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 займані площі. По-друге, віртуалізація дозволяє оптимізувати використання апаратних ресурсів і гнучко перераспределять віртуальні потужності прямо в процесі роботи.

Компанії NRDC і Anthesis провели спільне исследование і встановили, що при заміні 3100 серверів на 150 віртуальних хостів можна добитися зниження витрат на електроенергію на $2,1 млн в рік. Організація, що стала об'єктом інтересу, заощадила на обслуговування та придбання обладнання, скоротила штат системних адміністраторів, отримала гарантію відновлення даних у разі будь-яких проблем і позбулася необхідності будувати ще один дата-центр.

За результатами исследования Gartner, до 2016 року рівень віртуалізації багатьох компаній перевищить 75%, а сам ринок буде оцінений в $5,6 млрд. Однак існують певні чинники, які стримують повсюдне поширення віртуалізації. Однією з головних причин залишається складність «перебудови» дата-центрів на нову модель роботи, оскільки витрати на це часто перевищують потенційну вигоду.

Системи управління енергоспоживанням
Такі системи дозволяють підвищити енергоефективність охолоджуючої системи або скоротити енергоспоживання ІТ-обладнання, що в кінцевому рахунку призводить до мінімізації витрат. У цьому випадку застосовується спеціальне програмне забезпечення, яке стежить за активністю серверів, споживанням і вартістю електроенергії, автоматично перерозподіляючи навантаження і навіть відключаючи обладнання.

Один з видів ПЗ для управління енергоспоживанням – це системи управління інфраструктурою дата-центру (DCIM), які використовуються для контролю, аналізу та прогнозування показників енергоефективності різного обладнання. Більшість DCIM-інструментів не застосовується для безпосереднього контролю енергоспоживання ІТ — та іншого обладнання, але багато хто системи забезпечені калькуляторами PUE (Power usage effectiveness). Згідно з даними Intel, Dell DCIM, такі рішення используют 53% ІТ-менеджерів.

Сьогодні велика частина апаратного забезпечення вже націлена на економічне споживання енергії, але під час закупівлі «заліза» часто більша увага приділяється початковою ціною або продуктивності, а не сукупної вартості володіння, з-за чого енергоефективне обладнання залишається незамеченным. Крім зменшення рахунків на електроенергію, таке обладнання снижает кількість викидів CO2 в атмосферу.

Стиснення даних
Існують і менш очевидні підходи до підвищення енергоефективності дата-центрів, наприклад, зменшення обсягу збережених даних. Компресія рідко використовуваних даних может заощадити до 30% енергії, навіть враховуючи той факт, що на стиснення і розпаковування ресурси витрачаються. Дедупликация даних може показати ще більш привабливий результат – 40-50%. При цьому варто відзначити, що знизити електроспоживання також допомагає використання малопотужних сховищ для «холодних».

Відключення «зомбі-серверів»
Однією з проблем, що ведуть до неефективного витрачання електроенергії в дата-центрах, є обладнання, що простоює. Експерти считают, що деякі компанії не можуть реально оцінити необхідну кількість ресурсів, а решта закуповують серверні потужності з розрахунком на майбутнє. В результаті майже 30% серверів стоять без роботи, споживаючи при цьому енергії на $30 млрд на рік.

При цьому, згідно з дослідженням, ІТ-менеджери не можуть ідентифікувати від 15 до 30% встановлених серверів, але не списують обладнання, побоюючись можливих наслідків. Лише 14% опитаних вели облік невикористовуваних серверів і знали приблизна їх кількість.

Одним з варіантів вирішення цієї проблеми є використання публічних хмар c моделлю оплати pay-as-you-go, коли компанія оплачує тільки реально використовувані потужності. За такою схемою вже працює безліч компаній, а власник дата-центру Aligned Energy в Плейно, штат Техас, стверджує, що це дозволяє клієнтам економити від 30 до 50% в рік.

Управління мікрокліматом дата-центру
На енергоефективність дата-центру впливає мікроклімат приміщення, в якому знаходиться обладнання. Для ефективної роботи охолоджувальних установок необхідно мінімізувати втрати холоду, ізолюючи приміщення ЦОД від впливів зовнішнього середовища і запобігаючи теплообмін через стіни, стелю та підлогу. Відмінним способом є пароізоляція, яка до того ж регулює рівень вологості в приміщенні.

Занадто висока вологість може призвести до різних помилок у роботі обладнання, підвищеного зносу і корозії, а надто низька – до виникнення електростатичних розрядів. ASHRAE визначає оптимальний рівень відносної вологості для 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» і «гарячі» коридори. При цьому необхідно забезпечити ізоляцію коридорів: встановити в необхідних місцях перфоровані плити і використовувати панелі-заглушки між рядами серверів для запобігання змішування повітряних потоків.

Також варто продумати не тільки розташування обладнання, але і розташування клімат-системи. При поділі залу на «холодні» і «гарячі» коридори, кондиціонери повинні встановлюватися перпендикулярно гарячих потоків повітря, щоб запобігти проникненню останніх в 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 і знижуючи ефективність охолодження ІТ-обладнання. Виправити ситуацію дозволить переміщення кабельних лотків з-під фальшпола ближче до стелі.

Природне і рідинне охолодження
Відмінна альтернатива спеціальними системами клімат-контролю – природне охолодження, яке може бути використане в холодні пори року. Сьогодні технології дають можливість перемикатися на використання економайзера, коли дозволяє погода. Згідно з 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 комбінувати різні типи економайзерів, формуючи багаторівневі системи охолодження.

Але системи повітряного охолодження часто виявляються неефективними із-за перемішування потоків повітря або неможливості використовувати відведений надлишкове тепло. Крім того, установка таких систем часто тягне за собою додаткові витрати на повітряні фільтри і постійний моніторинг.

Багато експертів вважають, що рідинне охолодження краще справляється зі своїм завданням. Представник данської вендора Asetek, що спеціалізується на створенні систем рідинного охолодження серверів, Джон Хемілл (John Hamill), уверен, що рідина приблизно в 4 тис. разів ефективніше з точки зору зберігання і передачі тепла, ніж повітря. А під час експерименту, проведеного Lawrence Berkeley National Laboratory у співпраці з корпорацією American Power Conversion і Silicon Valley Leadership Group було доведено, 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 більш ефективною: використання багатоядерних процесорів, вбудовані системи охолодження і охолодження на рівні мікросхем.

Виробники комп'ютерів впевнені, що багатоядерні процесори, завершуючи більшу кількість завдань за короткий період, знизять споживання енергії серверами на 40%. Прикладом ефективності вбудованої системи охолодження може служити рішення CoolFrame фірми Egenera and Emerson Network Power. Воно забирає гаряче повітря, що виходить з серверів, охолоджує його і «викидає» в приміщення, тим самим знижуючи навантаження на основну систему на 23%.

Що стосується технологии охолодження мікросхем, то вона дозволяє відводити тепло безпосередньо від «гарячих точок» сервера, таких як центральні процесорні пристрої, графічні процесорні пристрої і модулі пам'яті, в навколишній повітря стійки або за межі машинного залу.

Підвищення енергоефективності сьогодні стало справжнім трендом, що не дивно, враховуючи обсяги споживання дата-центрів: 25-40% всіх операційних витрат припадає на оплату рахунків за електрику. Але головна проблема полягає в тому, що кожен кіловат-годину, споживаний ІТ-устаткуванням, перетворюється на тепло, яке потім видаляється з допомогою охолоджуючого обладнання, що вимагає багато енергії. Тому в найближчі роки зниження енергоспоживання дата-центрів не перестане бути актуальним – будуть з'являтися все нові способи підвищення енергоефективності ЦОД.

Інші матеріали з нашого блогу на Хабре:

Джерело: Хабрахабр

0 коментарів

Тільки зареєстровані та авторизовані користувачі можуть залишати коментарі.