На обеспечение эффективной работы дата-центров сегодня тратится очень много электроэнергии. В 2013 году только дата-центрами США было потреблено порядка 91 миллиарда киловатт-часов энергии, что равняется годовой выработке 34 крупных угольных электростанций.
Электричество остается одной из основных статей расходов компаний-владельцев ЦОД, потому они предпринимают попытки к повышению эффективности работы вычислительной инфраструктуры. Для этого применяются различные технические решения, о части которых мы сегодня и поговорим.
/ фото Torkild Retvedt CC
Когда речь заходит о повышении энергоэффективности, виртуализация обладает несколькими неоспоримыми преимуществами. Во-первых, консолидация существующих сервисов на меньшем количестве аппаратных серверов позволяет экономить на обслуживании «железа», что означает снижение затрат на охлаждение, электроэнергию и занимаемые площади. Во-вторых, виртуализация позволяет оптимизировать использование аппаратных ресурсов и гибко перераспределять виртуальные мощности прямо в процессе работы.
Компании NRDC и Anthesis провели совместное исследование и установили, что при замене 3100 серверов на 150 виртуальных хостов можно добиться снижения затрат на электроэнергию на $2,1 млн в год. Организация, явившаяся объектом интереса, сэкономила на обслуживании и покупке оборудования, сократила штат системных администраторов, получила гарантию восстановления данных в случае каких-либо проблем и избавилась от необходимости строить еще один дата-центр.
По результатам исследования Gartner, в 2016 году уровень виртуализации многих компаний превысит 75%, а сам рынок будет оценен в $5,6 млрд. Однако существуют определенные факторы, которые сдерживают повсеместное распространение виртуализации. Одной из главных причин остается сложность «перестройки» дата-центров на новую модель работы, поскольку затраты на это часто превышают потенциальную выгоду.
Такие системы позволяют, повысить энергоэффективность охлаждающей системы или сократить энергопотребление ИТ-оборудования, что в конечном счете приводит к минимизации затрат. В этом случае применяется специальное программное обеспечение, которое следит за активностью серверов, потреблением и стоимостью электроэнергии, автоматически перераспределяя нагрузку и даже отключая оборудование.
Один из видов ПО для управления энергопотреблением – это системы управления инфраструктурой дата-центра (DCIM), которые используются для контроля, анализа и прогнозирования показателей энергоэффективности различного оборудования. Большинство DCIM-инструментов не применяется для непосредственного контроля энергопотребления ИТ- и другого оборудования, но многие системы снабжены калькуляторами PUE (Power usage effectiveness). Согласно данным Intel и Dell DCIM, такие решения используют 53% ИТ-менеджеров.
Сегодня большая часть аппаратного обеспечения уже нацелена на экономичное потребление энергии, но во время закупки «железа» часто большее внимание уделяется первоначальной цене или производительности, а не совокупной стоимости владения, из-за чего энергоэффективное оборудование остается незамеченным. Помимо уменьшения счетов на электроэнергию, такое оборудование снижает еще и количество выбросов CO2 в атмосферу.
Существуют и менее очевидные подходы к повышению энергоэффективности дата-центров, например, уменьшение объема хранимых данных. Компрессия редко используемых данных может сэкономить до 30% энергии, даже учитывая тот факт, что на сжатие и распаковку ресурсы также расходуются. Дедупликация данных может показать еще более привлекательный результат – 40–50%. При этом стоит отметить, что снизить электропотребление также помогает использование маломощных хранилищ для «холодных» данных.
Одной из проблем, ведущих к неэффективному расходованию электроэнергии в дата-центрах, является простаивающее оборудование. Эксперты считают, что некоторые компании не могут реально оценить необходимое количество ресурсов, а остальные закупают серверные мощности с расчетом на будущее. В результате почти 30% серверов стоят без работы, потребляя при этом энергии на $30 млрд в год.
При этом, согласно исследованию, ИТ-менеджеры не могут идентифицировать от 15 до 30% установленных серверов, но не списывают оборудование, опасаясь возможных последствий. Лишь 14% опрошенных вели учет неиспользуемых серверов и знали примерное их количество.
Одним из вариантов решения этой проблемы является использование публичных облаков c моделью оплаты pay-as-you-go, когда компания оплачивает только реально используемые мощности. По такой схеме уже работает множество компаний, а владелец дата-центра Aligned Energy в Плейно, штат Техас, утверждает, что это позволяет клиентам экономить от 30 до 50% в год.
На энергоэффективность дата-центра влияет микроклимат помещения, в котором находится оборудование. Для эффективной работы охлаждающих установок необходимо минимизировать потери холода, изолируя помещение ЦОД от воздействий внешней среды и предотвращая теплообмен через стены, потолок и пол. Отличным способом является пароизоляция, которая к тому же регулирует уровень влажности в помещении.
Слишком высокая влажность может привести к различным ошибкам в работе оборудования, повышенному износу и коррозии, а слишком низкая – к возникновению электростатических разрядов. ASHRAE определяет оптимальный уровень относительной влажности для дата-центра в интервале от 40 до 55%.
Эффективное распределение потоков воздуха также может сэкономить 20–25% потребляемой электроэнергии. В этом поможет правильное размещение стоек оборудования: разделение машинных залов ЦОД на «холодные» и «горячие» коридоры. При этом необходимо обеспечить изоляцию коридоров: установить в необходимых местах перфорированные плиты и использовать панели-заглушки между рядами серверов для предотвращения смешения воздушных потоков.
Также стоит продумать не только расположение оборудования, но и расположение климат-системы. При разделении зала на «холодные» и «горячие» коридоры, кондиционеры должны устанавливаться перпендикулярно горячим потокам воздуха, чтобы предотвратить проникновение последних в коридор с холодным воздухом.
Не менее важным аспектом эффективного управления температурой в ЦОД считается расположение проводов, которые могут препятствовать движению воздушных потоков, уменьшая статическое давление и снижая эффективность охлаждения ИТ-оборудования. Исправить ситуацию позволит перемещение кабельных лотков из-под фальшпола ближе к потолку.
Отличная альтернатива специальным системам климат-контроля – естественное охлаждение, которое может быть использовано в холодные времена года. Сегодня технологии дают возможность переключаться на использование экономайзера, когда позволяет погода. Согласно исследованию Battelle Laboratories, естественное охлаждение сокращает траты на электроэнергию дата-центров на 13%.
При этом существует два типа экономайзеров: те, которые используют только сухой воздух, и те, что используют дополнительное орошение при недостаточном охлаждении воздуха. Некоторые системы могут комбинировать разные типы экономайзеров, формируя многоуровневые системы охлаждения.
Но системы воздушного охлаждения часто оказываются неэффективными из-за перемешивания потоков воздуха или невозможности использовать отведенное избыточное тепло. Кроме того, установка таких систем часто влечет за собой дополнительные расходы на воздушные фильтры и постоянный мониторинг.
Многие эксперты считают, что жидкостное охлаждение лучше справляется со своей задачей. Представитель датского вендора Asetek, специализирующегося на создании систем жидкостного охлаждения серверов, Джон Хэмилл (John Hamill), уверен, что жидкость примерно в 4 тыс. раз эффективнее с точки зрения хранения и передачи тепла, чем воздух. А во время эксперимента, проведенного Lawrence Berkeley National Laboratory в сотрудничестве с корпорацией American Power Conversion и Silicon Valley Leadership Group было доказано, что благодаря использованию жидкостного охлаждения и подаче воды из градирни в некоторых случаях экономия электроэнергии достигала 50%.
Сегодня существует три направления, развитие которых поможет сделать работу дата-центров более эффективной: использование многоядерных процессоров, встроенные системы охлаждения и охлаждение на уровне микросхем.
Производители компьютеров уверены, что многоядерные процессоры, завершая большее количество задач за короткий период, снизят потребление энергии серверами на 40%. Примером эффективности встроенной системы охлаждения может служить решение CoolFrame фирмы Egenera and Emerson Network Power. Оно забирает горячий воздух, выходящий из серверов, охлаждает его и «выбрасывает» в помещение, тем самым снижая нагрузку на основную систему на 23%.
Что касается технологии охлаждения микросхем, то она позволяет отводить тепло непосредственно от «горячих точек» сервера, таких как центральные процессорные устройства, графические процессорные устройства и модули памяти, в окружающий воздух стойки или за пределы машинного зала.
Повышение энергоэффективности сегодня стало настоящим трендом, что неудивительно, учитывая объемы потребления дата-центров: 25–40% всех операционных расходов приходится на оплату счетов за электричество. Но главная проблема заключается в том, что каждый киловатт-час, потребляемый ИТ-оборудованием, превращается тепло, которое затем удаляется с помощью охлаждающего оборудования, требующего много энергии. Поэтому в ближайшие годы снижение энергопотребления дата-центров не перестанет быть актуальным – будут появляться все новые способы повышения энергоэффективности ЦОД.
Другие материалы из нашего блога на Хабре:
Электричество остается одной из основных статей расходов компаний-владельцев ЦОД, потому они предпринимают попытки к повышению эффективности работы вычислительной инфраструктуры. Для этого применяются различные технические решения, о части которых мы сегодня и поговорим.
/ фото Torkild Retvedt CC
Виртуализация
Когда речь заходит о повышении энергоэффективности, виртуализация обладает несколькими неоспоримыми преимуществами. Во-первых, консолидация существующих сервисов на меньшем количестве аппаратных серверов позволяет экономить на обслуживании «железа», что означает снижение затрат на охлаждение, электроэнергию и занимаемые площади. Во-вторых, виртуализация позволяет оптимизировать использование аппаратных ресурсов и гибко перераспределять виртуальные мощности прямо в процессе работы.
Компании NRDC и Anthesis провели совместное исследование и установили, что при замене 3100 серверов на 150 виртуальных хостов можно добиться снижения затрат на электроэнергию на $2,1 млн в год. Организация, явившаяся объектом интереса, сэкономила на обслуживании и покупке оборудования, сократила штат системных администраторов, получила гарантию восстановления данных в случае каких-либо проблем и избавилась от необходимости строить еще один дата-центр.
По результатам исследования Gartner, в 2016 году уровень виртуализации многих компаний превысит 75%, а сам рынок будет оценен в $5,6 млрд. Однако существуют определенные факторы, которые сдерживают повсеместное распространение виртуализации. Одной из главных причин остается сложность «перестройки» дата-центров на новую модель работы, поскольку затраты на это часто превышают потенциальную выгоду.
Системы управления энергопотреблением
Такие системы позволяют, повысить энергоэффективность охлаждающей системы или сократить энергопотребление ИТ-оборудования, что в конечном счете приводит к минимизации затрат. В этом случае применяется специальное программное обеспечение, которое следит за активностью серверов, потреблением и стоимостью электроэнергии, автоматически перераспределяя нагрузку и даже отключая оборудование.
Один из видов ПО для управления энергопотреблением – это системы управления инфраструктурой дата-центра (DCIM), которые используются для контроля, анализа и прогнозирования показателей энергоэффективности различного оборудования. Большинство DCIM-инструментов не применяется для непосредственного контроля энергопотребления ИТ- и другого оборудования, но многие системы снабжены калькуляторами PUE (Power usage effectiveness). Согласно данным Intel и Dell DCIM, такие решения используют 53% ИТ-менеджеров.
Сегодня большая часть аппаратного обеспечения уже нацелена на экономичное потребление энергии, но во время закупки «железа» часто большее внимание уделяется первоначальной цене или производительности, а не совокупной стоимости владения, из-за чего энергоэффективное оборудование остается незамеченным. Помимо уменьшения счетов на электроэнергию, такое оборудование снижает еще и количество выбросов CO2 в атмосферу.
Сжатие данных
Существуют и менее очевидные подходы к повышению энергоэффективности дата-центров, например, уменьшение объема хранимых данных. Компрессия редко используемых данных может сэкономить до 30% энергии, даже учитывая тот факт, что на сжатие и распаковку ресурсы также расходуются. Дедупликация данных может показать еще более привлекательный результат – 40–50%. При этом стоит отметить, что снизить электропотребление также помогает использование маломощных хранилищ для «холодных» данных.
Отключение «зомби-серверов»
Одной из проблем, ведущих к неэффективному расходованию электроэнергии в дата-центрах, является простаивающее оборудование. Эксперты считают, что некоторые компании не могут реально оценить необходимое количество ресурсов, а остальные закупают серверные мощности с расчетом на будущее. В результате почти 30% серверов стоят без работы, потребляя при этом энергии на $30 млрд в год.
При этом, согласно исследованию, ИТ-менеджеры не могут идентифицировать от 15 до 30% установленных серверов, но не списывают оборудование, опасаясь возможных последствий. Лишь 14% опрошенных вели учет неиспользуемых серверов и знали примерное их количество.
Одним из вариантов решения этой проблемы является использование публичных облаков c моделью оплаты pay-as-you-go, когда компания оплачивает только реально используемые мощности. По такой схеме уже работает множество компаний, а владелец дата-центра Aligned Energy в Плейно, штат Техас, утверждает, что это позволяет клиентам экономить от 30 до 50% в год.
Управление микроклиматом дата-центра
На энергоэффективность дата-центра влияет микроклимат помещения, в котором находится оборудование. Для эффективной работы охлаждающих установок необходимо минимизировать потери холода, изолируя помещение ЦОД от воздействий внешней среды и предотвращая теплообмен через стены, потолок и пол. Отличным способом является пароизоляция, которая к тому же регулирует уровень влажности в помещении.
Слишком высокая влажность может привести к различным ошибкам в работе оборудования, повышенному износу и коррозии, а слишком низкая – к возникновению электростатических разрядов. ASHRAE определяет оптимальный уровень относительной влажности для дата-центра в интервале от 40 до 55%.
Эффективное распределение потоков воздуха также может сэкономить 20–25% потребляемой электроэнергии. В этом поможет правильное размещение стоек оборудования: разделение машинных залов ЦОД на «холодные» и «горячие» коридоры. При этом необходимо обеспечить изоляцию коридоров: установить в необходимых местах перфорированные плиты и использовать панели-заглушки между рядами серверов для предотвращения смешения воздушных потоков.
Также стоит продумать не только расположение оборудования, но и расположение климат-системы. При разделении зала на «холодные» и «горячие» коридоры, кондиционеры должны устанавливаться перпендикулярно горячим потокам воздуха, чтобы предотвратить проникновение последних в коридор с холодным воздухом.
Не менее важным аспектом эффективного управления температурой в ЦОД считается расположение проводов, которые могут препятствовать движению воздушных потоков, уменьшая статическое давление и снижая эффективность охлаждения ИТ-оборудования. Исправить ситуацию позволит перемещение кабельных лотков из-под фальшпола ближе к потолку.
Естественное и жидкостное охлаждение
Отличная альтернатива специальным системам климат-контроля – естественное охлаждение, которое может быть использовано в холодные времена года. Сегодня технологии дают возможность переключаться на использование экономайзера, когда позволяет погода. Согласно исследованию Battelle Laboratories, естественное охлаждение сокращает траты на электроэнергию дата-центров на 13%.
При этом существует два типа экономайзеров: те, которые используют только сухой воздух, и те, что используют дополнительное орошение при недостаточном охлаждении воздуха. Некоторые системы могут комбинировать разные типы экономайзеров, формируя многоуровневые системы охлаждения.
Но системы воздушного охлаждения часто оказываются неэффективными из-за перемешивания потоков воздуха или невозможности использовать отведенное избыточное тепло. Кроме того, установка таких систем часто влечет за собой дополнительные расходы на воздушные фильтры и постоянный мониторинг.
Многие эксперты считают, что жидкостное охлаждение лучше справляется со своей задачей. Представитель датского вендора Asetek, специализирующегося на создании систем жидкостного охлаждения серверов, Джон Хэмилл (John Hamill), уверен, что жидкость примерно в 4 тыс. раз эффективнее с точки зрения хранения и передачи тепла, чем воздух. А во время эксперимента, проведенного Lawrence Berkeley National Laboratory в сотрудничестве с корпорацией American Power Conversion и Silicon Valley Leadership Group было доказано, что благодаря использованию жидкостного охлаждения и подаче воды из градирни в некоторых случаях экономия электроэнергии достигала 50%.
Иные технологии
Сегодня существует три направления, развитие которых поможет сделать работу дата-центров более эффективной: использование многоядерных процессоров, встроенные системы охлаждения и охлаждение на уровне микросхем.
Производители компьютеров уверены, что многоядерные процессоры, завершая большее количество задач за короткий период, снизят потребление энергии серверами на 40%. Примером эффективности встроенной системы охлаждения может служить решение CoolFrame фирмы Egenera and Emerson Network Power. Оно забирает горячий воздух, выходящий из серверов, охлаждает его и «выбрасывает» в помещение, тем самым снижая нагрузку на основную систему на 23%.
Что касается технологии охлаждения микросхем, то она позволяет отводить тепло непосредственно от «горячих точек» сервера, таких как центральные процессорные устройства, графические процессорные устройства и модули памяти, в окружающий воздух стойки или за пределы машинного зала.
Повышение энергоэффективности сегодня стало настоящим трендом, что неудивительно, учитывая объемы потребления дата-центров: 25–40% всех операционных расходов приходится на оплату счетов за электричество. Но главная проблема заключается в том, что каждый киловатт-час, потребляемый ИТ-оборудованием, превращается тепло, которое затем удаляется с помощью охлаждающего оборудования, требующего много энергии. Поэтому в ближайшие годы снижение энергопотребления дата-центров не перестанет быть актуальным – будут появляться все новые способы повышения энергоэффективности ЦОД.
Другие материалы из нашего блога на Хабре:
