Энергоэффективность и энергосбережение объединены

В России активными темпами развивается отрасль IT. Отчасти это связано с большими нереализованными возможностями интернет-сферы по сравнению с западным сегментом, отчасти с низким порогом входа на рынок. Очевидно одно: в России существует непокрытая потребность в современных центрах обработки данных (ЦОД, дата-центр), обеспечивающих высокую надежность и низкую эксплуатационную стоимость. Если для московских проектов аренда мест в ЦОД не слишком затратна, то для регионов аренда может выйти в копеечку. В связи с этим в последнее время стал развиваться сегмент недорогих региональных ЦОД. В прошлой статье мы рассмотрели примеры создания экономичных с точки зрения энергетики дата-центров на Западе. Теперь конкретизируем шаги по повышению энергоэффективности ЦОД.

В преддверии форума «МИР ЦОД – 2015» мы решили вернуться к теме энергосбережения, чтобы понять, насколько актуальна сегодня для российских заказчиков энергоэффективность ИТ-систем, востребованы ли на российском рынке соответствующие технологии и каковы особенности применения энергосберегающих технологий при создании ИТ-инфраструктуры предприятия.

Разработчики ИТ-оборудования уделяют значительное внимание энергоэффективности систем, поскольку этот фактор оказывает существенное влияние на стоимость их эксплуатации и зачастую определяет выбор в пользу того или иного оборудования. Спрос на энергосберегающие технологии обусловлен и ростом стоимости электроэнергии, а также нехваткой подводимых мощностей. Кроме того, в нашей стране принят закон об энергосбережении и одобрены программы его реализации.

Производители серверных платформ пытаются решить непростую задачу — обеспечить развитие центров обработки данных в условиях ограничений на энергопотребление и занимаемую площадь. Ведь, кроме финансовых затрат, часто возникают проблемы из-за нехватки подведенной мощности или необходимости отвода избыточного тепла, что оказывает серьезное влияние на выбор именно энергоэффективных решений.

Во многих действующих ЦОД лимиты энергопотребления и физических площадей практически исчерпаны. В то же время требуются дальнейшее масштабирование и повышение производительности систем. Для решения этих задач нужны действительно энергоэффективные серверы и системы хранения данных, которые особенно востребованы там, где высока плотность размещения оборудования.

Энергоэффективность оборудования актуальна при разработке масштабных, комплексных решений. Она способствует уменьшению локального нагрева и, как следствие, снижению уровня акустических шумов, поскольку воздушные потоки, необходимые для охлаждения серверов, становятся менее интенсивными. При авариях в системе электропитания возрастает время работы от батарей источников бесперебойного питания.

Энергоэффективность уже несколько лет является одним из мировых трендов во всех отраслях экономики, в том числе и в ИТ. Большинство производителей учитывают этот фактор при разработке своих решений, например, повысить энергоэффективность СХД удается за счет применения флеш-технологий.

Сравнение результатов теста SPECpower_ssj*2008 для двух поколений процессоров Intel Xeon, предназначенных для самых массовых серверов. Тест позволяет оценить отношение энергопотребления к производительности

ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ В ЦЕНТРАХ ОБРАБОТКИ ДАННЫХ (ЦОД) ИЛИ ДАТА-ЦЕНТРАХ

В России, по ряду экспертных оценок, на строительство и дальнейшую эксплуатацию крупного data-центра в течение пяти лет может уходить до 15 и более миллионов долларов. Цена подключения data -центра к сети в мегаполисах практически равна стоимости строительства самого вычислительного комплекса. Сегодня на Москву и Санкт-Петербург приходится, ориентировочно, от 80 до 90% data-центров. В бюджете ЦОД российских компаний на первом месте традиционно стоят расходы на поддержку, то есть, по сути, на оплату работы персонала (более 40%, по данным опроса СNews Analytics). Расходы на оплату электроэнергии обычно занимают вторую строку. По разным оценкам, это 20-25%. Центр обработки данных Источники в Интернете предлагают и анализируют ряд путей снижения энергозатрат как в масштабах одного ЦОД так и по стране: Применение эффективных систем кондиционирования и охлаждения ЦОД, например, систем свободного охлаждения. Они ощутимо дороже стандартных решений и имеют большие габариты, но за счет «холодных» месяцев (до полугода) в разы снижают потребление электроэнергии, а потому довольно быстро окупаются. Системы свободного охлаждения Системы свободного охлаждения приводят к уменьшению расходов на электроэнергию. Оптимизация количества единиц техники. Это снижает потребляемое электричество и уменьшает количество выделяемого тепла, что напрямую связано с инженерной инфраструктурой, как наиболее энергоемкой и критичной системой для обеспечения бесперебойной работы всего оборудования в ЦОД. Перенос ЦОД из мегаполисов в регионы. Применение технологии виртуализации. Данная технология позволяет значительно снижать затраты на оборудование и ПО ЦОД, повышать коэффициент загрузки серверов, получать большую степень доступности, а также существенно уменьшает энергопотребление.

Использование солнечных батарей в качестве дополнительного и экологически чистого источника энергии.

Предоставление соответствующих услуг компаниям (аутсорсинг), не способным или не желающим тратить деньги на собственные data-центры. Услуги по размещению данных и информационных систем на мощностях уже существующих ЦОД стали пользоваться устойчивым спросом:

во-первых, из-за возможности передачи всех рисков связанных с размещением и поддержкой ИТ-оборудования сервис-провайдеру;

во-вторых, благодаря возможности исходить из того, где фактически сосредоточен бизнес, где идут информационные потоки, а также, где дешевле.

Все в совокупности приводит к значительной оптимизации ИТ-расходов и в корпоративных масштабах и в масштабах страны. Например, в США ожидают за счет развития аутсорсинга сэкономить до 40% электроэнергии.

ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ НА СЕРВЕРАХ

Blade-серверы — это ближайшее будущее традиционных серверных технологий. С одной стороны, blade-серверы — альтернатива решениям на базе разрозненных серверов начального и среднего уровня, с другой — дорогостоящим многопроцессорным серверам с симметричной архитектурой. Как правило, blade-серверы отличаются высокой эффективностью энергосбережения. В новых системах используются новейшие микропроцессоры AMD и Intel с низким напряжением питания, а также реализована инновационная технология хранения для blade-серверов на базе устройств флэш-памяти с низким энергопотреблением. Практически все Blade-решения имеют собственные интеллектуальные системы управления охлаждением и питанием, что позволяет оптимизировать затраты на них в зависимости от потребностей. Помимо значительной экономии электроэнергии (до 20%), ограничения тепловыделения и потребности в системе охлаждения (т. сокращения долгосрочных расходов на эксплуатацию), данный подход существенно экономит время ИТ-персонала и, таким образом, снижает совокупную стоимость владения. В последние годы такие производители как HP, IBM, Sun, Intel, AMD и другие интенсивно вкладывают деньги в использование энергосберегающих технологий, что вместе с технологией виртуализации серверов дает ощутимую экономию электроэнергии. Виртуализация серверов – возможность одному компьютеру выполнять работу нескольких. Выигрыш достигается за счет более эффективного использования вычислительных ресурсов; уменьшения количества оборудования при увеличении производительности; снижения расходов на поддержку ИТ; снижение энергозатрат: Выгода от использования систем виртуализации Выгода от виртуализации По данным IBM, при стандартном классическом использовании серверов, эффективность использования процессоров у мэйнфрэйм (mainframe) составляет около 55%, Unix ~ 25%, x86 ~ 10%. В случае x86, при увеличении числа процессоров, доля времени использования каждого процессора становится еще меньше. Виртуализация и новые аппаратные решения позволяют повысить загрузку x86 серверов до 50-70%.

КОРПОРАТИВНЫЙ СЕКТОР, ПК

В конце января 2008 года создатель Linux Линус Торвальдс заявил, что ядро этой операционной системы несколько лет отставало в области энергосберегающих и энергодиагностирующих технологий, но теперь сделан шаг к их реализации: скоро системы на базе Linux научатся «засыпать» так же эффективно, как и Windows-системы. Сегодня в США и Европе широко пропагандируется способ энергосбережения, называемый ecobutton и представляющий собой большую круглую зеленую кнопку, нажатие которой переводит компьютер в режим энергосбережения (hibernating). Все последние версии Windows имеют энергосберегающие функции и умеют мгновенно «усыплять» и «будить» компьютер. Другое дело — что большая зеленая кнопка заметней, а ее создатели рекомендуют нажимать на нее даже уходя на короткий перекур. Зелёная кнопка Эта кнопка открывает окно в зеленый мир. «По расчетам создателей устройства, в мире сейчас порядка миллиарда компьютеров. Они ежегодно потребляют электроэнергии на многие миллиарды долларов. Чтобы произвести все это электричество, требуется выбросить в атмосферу сотни миллионов тонн углекислого газа. Массовое нажатие на ecobutton позволит значительно отсрочить глобальное потепление. » Еще в 2007 году в США 60% компьютеров оставлялись включенными на ночь. И если корпоративная Америка насчитывала на это время около 100 млн компьютеров, значит 60 млн из них оставались включенными. И если половина из них переводилась в режим сна, то оставалось еще 30 млн бодрствующих ночью ПК. Это привело к потере около $2 млрд за год. Выход был найден в реализации программного обеспечения, которое позволяло системным администраторам переводить в состояние сна все компьютеры сети. Один из швейцарских банков только таким образом сэкономил за год около $4 млн. По расценкам США, на один ПК это составляет экономию от $25 до $70 в год.

Зелёная кнопка Это красиво. Но очень дорого! НЕСКОЛЬКО РАБОТАЮЩИХ ПРИМЕРОВ ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ ТЕХНОЛОГИЙ ПК Фирма Foxconn задействовала три направления в решении энергосбережения, объединенные общим названием 3G (три «зеленые» технологии): GoD (Green on Demand), GPS (Green Power Saving) и GSM (Green System Mode).

Технология Green on Demand обеспечивает экономию 20,5% электроэнергии по сравнению со стандартными системами за счет отключения ненужных в данный момент линий питания процессора в периоды его простоя или сниженной нагрузки. Технология Green Power Saving снижает энергопотребление в дежурном режиме до 99,4% (с 8,1 до 0,05 Вт). GSM является инструментом автоматизированной настройки системы на сниженное энергопотребление. Foxconn иллюстрирует эффективность своих технологий следующим примером: ПК с поддержкой технологий энергосбережения 3G, находящийся 20 часов в дежурном режиме, два часа работающий под высокой нагрузкой и два часа простаивающий, экономит 85% энергии. По данным Foxconn, в среднем компьютеры находятся 15 часов в дежурном режиме и шесть часов в режиме простоя. Если бы все эти компьютеры были оснащены средствами энергосбережения Foxconn, то мировая экономия электроэнергии составила бы около 130 млрд кВт/ч. Энергосберегающие функции сетевого фильтра GreenPower MDP 900 от Monster Cable позволяют экономить существенное количество энергии, когда подключенные приборы уходят в режим standby. Наиболее полезно это устройство в сочетании с настольным компьютером. Когда компьютер переключается в спящий режим, MDP 900 автоматически отключает от сети все периферийные устройства, такие как принтер или монитор, а когда компьютер выходит из спящего режима, подключает их обратно. По мнению создателей, устройство может снизить затраты на электроэнергию (США) на $130 в год, то есть на цену самого сетевого фильтра. Мощная современная видеокарта под полной нагрузкой требует столько же энергии, сколько остальные комплектующие ПК вместе взятые: от 110 до 270 Вт. Поэтому производители приступили к выпуску интеллектуальных видеокарт с управлением потребления электроэнергии в зависимости от нагрузки.

НЕСКОЛЬКО ФАКТОВ О ТЕХНОЛОГИЯХ СТОЯЩИХ УЖЕ НА ПОРОГЕ

Интригующим стало недавнее сообщение о прорыве в новых магнитооптических технологиях хранения данных, что может привести к появлению накопителей высокой емкости, которые будут работать на скоростях в тысячи раз превышающих существующие, и имеющих при этом более высокую надежность и низкую энергоемкость. С дешевыми пикосекундными лазерами такие гибридные устройства смогут достичь скорости в 1 Терабит/сек, в то время как самые скоростные современные винчестеры могут достигать скорости передачи данных около 1 Гбита в секунду, твердотельные флэшки — 2-3 Гбит/сек. В случае перехода к более короткоимпульсным фемтосекундным лазерам, цифры становятся фантастическими – 100 Тбит/сек. На основе принципов, открытых физиками Массачусетского технологического института, исследователи Intel разрабатывают технологию беспроводного электропитания Wireless Resonant Energy Link (WREL). Весьма перспективным направлением развития электронных дисплеев могут стать устройства, позволяющие при помощи лазерного луча малой мощности проецировать изображение непосредственно на сетчатку глаза. Особо интенсивный поиск «наследника кремния» ведется среди наноструктур на основе углерода: фуллерены, углеродные нанотрубки, наноспирали, нанопровода и прочие. Так, электроны в графене, например, перемещаются гораздо быстрее, чем в кремнии и благодаря этому можно свести токи утечки к минимуму, которые и ограничивают уменьшение энергозатрат процессорами. Среди традиционных подходов можно назвать создание китайским ученым Вэйсяо Хуан (Weixiao Huang) первого в мире транзистора на основе нитрида галлия GaN. По своим характеристикам транзистор значительно превосходит используемые сегодня кремниевые аналоги и может работать в самых экстремальных условиях. Разработанная Хуаном технология позволяет интегрировать на один чип несколько функций, что невозможно осуществить, используя кремний. Поэтому, переход с кремниевых транзисторов на GaN-транзисторы мог бы позволить значительно упростить электронные схемы. Кроме того, замена кремниевых транзисторов на аналогичные, но выполненные на основе нитрида галлия, позволит существенно уменьшить энергопотребление. Одними из самых перспективных являются оптические технологии. Наряду с множеством преимуществ, благодаря тому, что в качестве носителей информации используются фотоны, а не электроны, информация, которая закодирована оптическим лучом, может передаваться с микроскопическими затратами энергии. Оптические технологии в вычислительной технике пока еще применяются, в основном, в двух сферах — в сетевой, где для создания магистральных каналов используются волоконно-оптические линии связи, а также в соединительных узлах суперкомпьютеров, где необходима сверхбыстрая передача очень больших объемов данных. Еще в 2003 году компания Lenslet (Израиль) создала первый в мире оптический процессор. Процессор назывался EnLight256, его производительность составляет 8 тераоп (триллионов арифметических операций в секунду). Высокая производительность достигнута за счет манипуляции потоков света, а не электронов. Оптические технологии пока еще ориентированы на промышленное производство, военную технику – там, где нужно в реальном времени обрабатывать большие потоки информации, где промедление в несколько сотых секунд может закончиться непоправимыми последствиями. Куда продвинулась данная компания можно только догадываться. Появился прогресс и в создании гибридных оптических чипов. Исследователи компании Intel представили кремниевый чип, преобразовывающий электрические сигналы в оптические с рекордной скоростью 200 Гбит/секунду. Технический директор Intel Джастин Раттнер недавно сообщил, что, по его прогнозам, первые оптические чипы от Intel появятся на рынке уже через 2 года. При этом, в планах компании — использовать оптику не только в серверах и вычислительных центрах, но и на компьютерах обычных пользователей. К 2012 году компания IBM намерена производить оптические процессоры, которые будут умещаться в ноутбуках, но по производительности будут сравнимы с современными многопроцессорными серверами. Новые процессоры будут экономичны и не будут подвержены перегреву. И, в заключении, несколько слов о будущем. Сегодня физики разных стран разрабатывают квантовые вычислительные системы, которые по своей вычислительной мощности в миллионы раз превзойдут современные компьютеры. Энергозатраты у квантовых компьютеров на единицу обработанной информации ожидаются быть мизерными. Сроки появления коммерческих квантовых компьютеров оценены в 40-50 лет.

Структура эксплуатационных затрат ЦОД

По данных мирового лидера в систем электропитания для IT компании APC, схема текущих затрат выглядит следующим образом:

Отсюда видно, что для обычного ЦОД доля затрат на электроэнергию составляет около 40%. Это самая крупная из статей затрат, поэтому обратим внимание именно на вопросы энергоэффективности работы ЦОД.

По данным аналитического департамента АРС, резервы экономии электроэнергии кроются в следующих направлениях:

• до 40 % — при использовании методов виртуализации серверных мощностей
• до 15 % — при выборе эффективной архитектуры кондиционирования помещения
• до 12 % — при правильной планировке фальшпола
• до 10 % — при выборе эффективного оборудования электропитания.

ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОЕ ПОКОЛЕНИЕ

Тем временем многие зарубежные заказчики при выборе серверов очень внимательно относятся к показателям их энергопотребления. Кроме того, рассмотрению подлежат затраты на их охлаждение, бесперебойное энергопитание, а также стоимость обслуживания на протяжении жизненного цикла. По оценкам вендоров, благодаря увеличению энергоэффективности серверного парка можно добиться того, что суммарное энергопотребление серверной или ЦОД снизится на 5–10%. При ежегодном потреблении в сотни киловатт это дает серьезную экономию.

В новых серверах используются встроенные системы уменьшения энергопотребления при сокращении нагрузки, в частности технология снижения тактовой частоты процессоров. Эффективный инструмент экономии энергии — виртуализация, когда значительное число сервисов переносится на небольшое количество физических машин.

Вендоры демонстрируют новые возможности на собственном примере. Так, EMC опубликовала результаты завершившейся в 2012 году ИТ-трансформации своего бизнеса, в том числе в области оптимизации ресурсов. За восемь лет, благодаря использованию виртуализации, компания сохранила миллионы долларов: при росте персонала более чем в два раза количество ЦОД уменьшилось, а расходы на поддержание инфраструктуры сократились почти на треть, в частности благодаря меньшему потреблению электроэнергии. Таким образом, тезисы о ресурсосбережении транслируются в реальное сокращение издержек. По мнению Игоря Виноградова, для российского рынка использование похожих моделей трансформации ИТ сейчас крайне актуально.

Новое поколение популярных двухпроцессорных серверов с процессорами Intel Xeon семейства E5-2600 v3 оптимизировано с целью обеспечения максимальной энергоэффективности. В этих серверах используются высокоэффективные компоненты, усовершенствованные технологии охлаждения и инструменты управления энергопотреблением. По сравнению с предыдущей версией оперативной памяти DDR3 применение DDR4 обеспечивает 50-процентное увеличение пропускной способности и энергоэффективности по каждому из этих показателей.

Специальное программное обеспечение следит за температурой компонентов и в случае достижения критических значений ускоряет вращение вентиляторов или, в соответствии с заданными правилами, понижает тактовую частоту процессора для сокращения энергопотребления. Поэтому серверы могут работать в расширенном диапазоне температур, а риск простоев, связанных с перегревом, уменьшается.

Благодаря эффективной системе теплоотвода, в серверах нового поколения ряда вендоров применяются самые старшие модели процессоров, что дает прирост производительности в 30–40% по сравнению с менее горячими младшими собратьями. Конечно, в этом случае процессор обойдется дороже, но его стоимость составляет лишь 5–10% от общей стоимости сервера. То есть заказчик получает больше производительности за меньшие деньги. При наличии таких систем требуется покупать меньше лицензий на ПО, а это весьма заметная экономия. Кроме того, сокращение количества серверов улучшает управляемость ИТ-инфраструктуры.

В целом комплекс технологий оптимизации энергопотребления обеспечивает 37–43-процентное повышение производительности на ватт. Например, в крупном ЦОД тайваньского сервис-провайдера за счет полноценного использования возможностей Intel DCM и PTAS удалось снизить потребление электроэнергии на 30% и достичь PUE в 1,52. Плагин Intel DCM Energy Management позволяет администратору следить за потреблением энергии и температурой каждой стойки, рассчитывать коэффициент энергоэффективности (PUE) серверного зала и даже создавать температурную карту на основе трехмерной модели здания.

Затраты на питание систем охлаждения центра обработки данных могут превышать аналогичные затраты для ИТ-оборудования. Один из способов сокращения расходов на охлаждение — повышение допустимой температуры внутри ЦОД. Это позволяет существенно снизить эксплуатационные расходы за счет уменьшения мощности, необходимой для охлаждения, и повышает целесообразность использования экономичных систем фрикулинга. Подсчитано, что увеличение температуры в ЦОД на один градус снижает уровень энергопотребления на 4–5%.

В числе примеров таких систем нового поколения — выпущенные в феврале двухпроцессорные стоечные серверы Fujitsu Primergy RX2530 M1, предназначенные для виртуализации и горизонтального масштабирования, а также модульный сервер Primergy BX2580 M1, оптимизированный для виртуализации и других ресурсоемких рабочих нагрузок. По оценкам Fujitsu, с 2007 года (с момента начала проведения измерений параметров электропитания и производительности) энергоэффективность серверов Primergy улучшилась в 30 раз.

Стоечный сервер Fujitsu Primergy RX1330 M1, оснащенный процесcорами Xeon E3-1220 v3. По оценкам Fujitsu, по сравнению с серверами предыдущего поколения применяемая в этих системах технология Cool-safe Advanced Thermal Design позволяет сэкономить на охлаждении до 27% энергии

Технология Fujitsu Cool-safe Advanced Thermal Design обеспечивает работу новых серверов в условиях повышенной температуры в ЦОД. В результате серверы Primergy способны продолжительное время функционировать при 400C.

Ключевой особенностью новых серверов Lenovo ThinkServer, выпущенных осенью прошлого года, тоже считается высокая энергоэффективность. Новинки включают в себя Lenovo ThinkServer RD550 — стоечный сервер высотой 1U, в конфигурацию которого входят до 12 дисковых накопителей общей емкостью до 26 Тбайт, до 8 портов 10GbE и, опционально, 4 порта 10GbE и 2 порта Fibre Channel 16 Гбит/с; а также Lenovo ThinkServer RD650 — стоечный сервер 2U, вмещающий до 26 дисков общей емкостью до 74 Тбайт. Оба сервера содержат до 768 Гбайт оперативной памяти DDR4. Система охлаждения ThinkServer дает возможность размещать серверы с высокой плотностью и не опасаться перегрева.

Новый сервер Lenovo ThinkServer RD650. По данным производителя, благодаря своей конструкции эти серверы могут непрерывно работать при температуре 450C и относительной влажности до 90% (стандарт ASHRAE A4)

Стойка ETegroTherascale OCP на базе наработок OpenCompute Project потребляет на 11% меньше энергии при полной нагрузке, чем традиционная стойка, заполненная стандартными серверами

В каждом новом поколении серверов ETegro Hyperion используется полный комплекс средств снижения энергопотребления, рассказывает Александр Устюжанин. В линейке серверов ETegro Hyperion на базе процессоров Intel Xeon E5-2600 v3 применяются блоки питания, сертифицированные по стандарту 80+ Platinum, и поддерживаются встроенные возможности Intel Node Manager 3. 0 и новых решений. Например, Power Thermal Aware Solution (PTAS) собирает телеметрию и оптимизирует энергопотребление всех компонентов сервера и работу системы охлаждения, регулируя ее производительность. При этом по сравнению с серверами предыдущего поколения только в режиме простоя энергопотребление снижается на 20%.

Дополнительно в новых серверах ETegrо реализована оптимизированная система охлаждения, которая обеспечивает работоспособность в температурном режиме до 400C. В масштабе ЦОД это дает дополнительное снижение показателя PUE за счет экономии энергии, направляемой на охлаждение.

«Для оснащения современных ЦОД, помимо стандартных стоечных серверов, мы выпускаем комплексные вычислительные стойки линейки ETegro Therascale, в которой представлены три модели, созданные на основе разных современных концепций. Можно сказать, что это идея модульного сервера, воплощенная в масштабе стойки. Применяемые в них специальные конструктивные решения и объединенные системы питания и охлаждения для всех вычислительных узлов изначально ориентированы на снижение потерь электроэнергии при обслуживании вычислительных мощностей», — поясняет Александр Устюжанин.

Производители СХД, со своей стороны, тоже реализуют несколько энергосберегающих технологий. Во-первых, это применение твердотельных накопителей. Такие накопители, поясняют в EMC, используют на 97,7% меньше энергии в перерасчете на операцию в секунду (IOPS), чем диски FC/SAS, а также затрачивают на 38% меньше энергии на терабайт для хранения данных. Во-вторых, технологии дедупликации и компрессии данных позволяют хранить больше информации на тех же физических ресурсах. В-третьих, это «тонкое» выделение емкости (Thin Provisioning). В СХД XtremIO, созданной EMC специально в расчете на флеш-память, благодаря применению всех трех технологий коэффициент эффективности достигает 40:1, то есть на каждом физическом гигабайте можно хранить до 40 Гбайт логических данных.

Со временем энергоэффективные системы будут играть все более заметную роль в оснащении ЦОД. Однако, чтобы быть готовыми к решению возникающих проблем, необходим комплексный подход к разработке ИТ-стратегии, который включает в себя сценарии горизонтального масштабирования, консолидацию и виртуализацию серверов и систем хранения данных.

ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ В КОМПЬЮТЕРНОМ МИРЕ. МИФЫ И РЕАЛИИ

Сегодня многие компании в той или иной степени ощущают проявления энергетического кризиса. Как следствие, многие из них ищут пути обуздания дальнейшего повышения затрат на электроэнергию и параллельно принимают участие в решении вопросов глобального изменения климата. Но как узнать, насколько эффективны энергосберегающие стратегии, применяемые вашей компанией? В этой статье мы развенчаем 10 самых популярных мифов об энергосберегающих технологиях.

Миф 1. Частое включение-выключение питания снижает срок службы компьютера или сервера: экстремальные температуры и возникающие при этом большие токи разрушают электронные компоненты (особенно конденсаторы и диоды). В действительности, включение и выключение не являются большим стрессом для современной электроники. Те же комплектующие, которые используются в IT-оборудовании, применяются и в более сложных устройствах, работающих подчас в довольно жестких условиях: например, в заводских цехах предприятий, медицинских устройствах или автомобилях. Не забывайте выключать компьютер Но есть в этом мифе и доля истины: включение-выключение питания в компьютерных системах позволяет выявить «слабое звено» — скрытые слабые компоненты, которые остались незамеченными при тестировании и регулярной деятельности. Такая «диагностика питанием» быстра и точна, кроме того, ее можно выполнять удаленно. Миф 2. Слишком много времени уходит на «холодный старт» серверов. Если заставлять клиентов ждать, они уйдут к конкурентам. В действительности, работа сервера с нулевой нагрузкой – вопиющая растрата энергии и дополнительные расходы на администрирование. Если пользователям следует подождать, пока вы запустите холодное «железо» – просто сообщите им об этом. Например, можно сделать специальную статическую страницу на веб-сайте, где вы просите пользователей подождать, пока будут задействованы дополнительные онлайновые ресурсы. Сервера подождут Кроме того, сервера разных моделей и брендов значительно отличаются по времени запуска. Вы можете выбрать системы, которые осуществляют «холодный старт» достаточно быстро. Сложность состоит в том, что этот параметр не всегда измеряется и не всегда указывается производителем. Но если вы планируете снижать энергопотребление системы путем отключения мощности, для вас он чрезвычайно важен. Серверы и blade-серверы, которые загружаются из снапшота (snapshot) — копии RAM, считываемой с диска или SAN – затрачивают на переход из выключенного состояния в рабочий режим менее минуты. Миф 3. Номинальная мощность CPU является мерой эффективности системы. В действительности, эффективность измеряется процентным соотношением преобразованной мощности к потребляемой: она составляет от 50 до 90%, иногда более. Переменный ток, который не преобразовался в постоянный ток, теряется в виде тепла. Это увеличивает расходы на охлаждение системы и, соответственно, затраты на электроэнергию. К сожалению, зачастую сложно судить об эффективности преобразования энергии, и многие производители не публикуют эти данные. Вы можете или поискать системы с опубликованными коэффициентами эффективности, или измерить КПД различных систем в холостом режиме и при полной загрузке и принять решение, исходя из этого. Миф 4. Лучше «нафаршировать» по максимуму RAM, процессорами и периферией один большой сервер, чем использовать несколько более мелких серверов. В действительности, это справедливо лишь в том случае, если большой сервер используется по максимуму (что нежелательно при работе с некоторыми важными приложениями). В остальных случаях небольшие серверы более оптимальны: когда они не используются, их можно выключать или переводить в экономичный режим, кроме того, они более безопасны с точки зрения возможности защиты от сбоев путём дублирования основных устройств системы. Также популярны системы, состоящие из нескольких ядер процессоров и RAM: они используют существенно больше мощности, чем базовая конфигурация одного двухядерного процессора и одной среднестатистической RAM. Подгоняя конфигурацию сервера к предполагаемому программному обеспечению, с которым он будет работать, вы сможете сэкономить электроэнергию, не прибегая к экстремальным мерам. Миф 5. LCD мониторы расходуют минимум энергии, поэтому можно держать их включенными. Их цвета и яркость подсветки улучшаются с разогревом. В действительности, энергопотребление среднестатистического 17-дюймового LCD монитора составляет 35 Вт. LCD мониторы расходуют достаточно много Учитывая, что на крупных предприятиях могут быть сотни LCD мониторов, суммарный расход энергии становится заметным. LCD мониторы, удовлетворяющие стандарту Energy Star, могут переключаться в спящий режим по команде софта, управляющего энергопитанием. Это обеспечивает экономию с каждого монитора от $10 до $40 в год. Конечно, больший эффект обеспечит простое выключение монитора, но и $10-40 в год с одного устройства – реальная экономия для больших предприятий. Кстати, даже если LCD монитор выключен, он продолжает потреблять энергию: от 1 до 3 Вт. Единственный способ снизить расходы до нуля – отключить кабель питания. Что же касается «времени разогрева», то оно гораздо короче, чем полагают многие. А LCD мониторы со светодиодной подсветкой (в отличие от флуоресцентной) не нуждаются в разогревании вообще.

Миф 6. Ноутбуки не потребляют энергию в ждущем или спящем режиме. В действительности, спящий режим (Sleep) в Vista и ждущий режим (Standby) в XP сохраняют состояние системы в RAM и затем удерживают образ RAM: на это тратится от 1 до 3 Вт. В режиме гибернации (Hybernation) состояние системы сохраняется на жесткий диск, что существенно снижает время загрузки. Энергопотребление в режиме гибернации составляет меньше 1 Вт. Разница за год несущественна. Ноутбук Выключение ноутбука не обязательно снижает энергопотребление до нуля. Это легко подтвердить, прикоснувшись к источнику питания: он остается теплым даже когда ноутбук выключен. Таким образом, он будет потреблять энергию, пока вы не выключите его из розетки. Миф 7. Батареи ноутбуков истощаются. Вы ничего не сможете сделать, чтобы продлить им жизнь. В действительности, многие ноутбуки с никель-кадмиевыми батареями поставляются с утилитой для восстановления батареи, которая полностью разряжает батарею, затем снова полностью заряжает ее. Батареи ноутбуков ещё поживут В отличие от никель-кадмиевых батарей, литиевые батареи предпочитают лишь частичную разрядку. Регулярное полное истощение их ресурсов снижает срок жизни этих батарей. Калибровочная утилита для литиевых батарей способна лишь перекалибровать измерения емкости — она никак не влияет на реальное время жизни батареи. Срок службы других типов батарей может быть значительно увеличен, если вынимать батарею, когда компьютер подключен к источнику переменного тока. Правда, эта процедура возможна лишь в тех случаях, когда ее поддерживает ваш ноутбук, а внеплановые отключения электроэнергии не слишком часты в вашей местности. Миф 8. Flash SSD снижают энергопотребление ноутбуков. В действительности, вы можете заметить или не заметить снижение энергопотребления при использовании SSD. SSD не помогут Видимый эффект больше зависит от того, с какими приложениями предстоит работать. Стандартные офисные приложения не требуют постоянного доступа к жесткому диску и, соответственно, незначительно продлят ресурс батареи. С другой стороны, если вы работаете с приложениями, которые используют непрерывные потоки данных с диска (например, видео), то использование SSD может значительно увеличить время жизни батареи.

Миф 9. Переход к источникам постоянного тока неизбежно снизит энергозатраты. В действительности,переход к источникам питания постоянного тока повлечет за собой отказ от поставок электроэнергии от стоек серверов (или всех серверов) в дата-центрах и объединение всех источников постоянного и переменного напряжения в единый блок питания для всех систем. Постоянный ток не для нас Вряд ли это будет целесообразно, поскольку значительная часть энергии будет теряться даже на относительно небольших расстояниях от блока питания до рабочих машин. Миф 10. «Все на покупку энергетически эффективного оборудования прямо сейчас!» В действительности, необходимо сопоставить экономию средств от использования более энергетически эффективного оборудования и затраты, которые вы несете при использовании нынешнего оборудования. Замена сервера до конца срока его службы, которая обойдется вам в $5000, вполне может обеспечить экономию электроэнергии всего лишь $30 в год. Не спешите экономить Возможно, вместо этого следует поискать способы введения энергосберегающих стратегий, которые не требуют внедрения нового оборудования. Например, применение политики закрытия после окончания рабочего времени компьютерных систем через Active Directory: это не требует приобретения нового оборудования, но поможет сохранить значительные суммы. Если же вы сможете привлечь пользователей (сотрудников) к оплате за потребленную электроэнергию (или хотя бы заинтересовать их в экономии), то могут быть эффективными и другие мероприятия: выключение мониторов, компьютеров и принтеров – все это позволит сэкономить значительное количество электроэнергии без необходимости приобретения нового оборудования.

По материалам сайтов hwp. ru и chisty-gorod

ЧТО В РОССИИ?

Из-за относительно низкой стоимости электроэнергии в нашей стране спрос на конкретные модели серверов до сих пор не зависел от уровня их энергоэффективности. Поскольку соответствующее оборудование обычно дороже традиционного, экономия, полученная за весь срок эксплуатации, не всегда оправдывает эту «наценку». Чаще на энергоэффективность обращают внимание при ограничениях в подаваемой мощности.

Как рассказывает Игорь Виноградов, руководитель направления хранения и обеспечения доступности данных EMC, в России тема энергоэффективности обсуждается достаточно регулярно, но российских заказчиков она волнует далеко не в первую очередь — более актуальна производительность систем. Впрочем, бывает, что компания испытывает недостаток в подведенной электрической мощности и учитывает соответствующие параметры при выборе ИТ-продуктов либо все филиалы и подразделения вынуждены придерживаться общекорпоративных стандартов.

«Наш опыт общения с потребителями показывает, что при выборе оборудования приоритетна минимизация капитальных затрат с учетом обеспечения необходимой производительности. Редко кто задумывается о совокупной стоимости владения и эксплуатационных расходах. Экономией ресурсов больше увлечены производители, которые совершенствуют технологии и снижают энергопотребление, — говорит Александр Устюжанин, директор по технологиям ETegro Technologies. — Пока что для небольших компаний разовый выигрыш при покупке оборудования значительно привлекательнее, чем малозаметная экономия электроэнергии с течением времени. В масштабе предприятия затраты электроэнергии на ИТ-инфраструктуру не выделяются в отдельную статью, тем более что они составляют обычно несколько процентов от общего энергопотребления. А при современном уровне загруженности коммерческих ЦОД, едва достигающем 30%, жесткие требования к уровню энергопотребления размещаемого оборудования отсутствуют».

Между тем в связи с происходящими в ИТ-отрасли процессами и предпринимаемыми мерами регулирования, предусматривающими, в частности, хранение всех данных о российских пользователях на территории России, ожидается увеличение темпов развития и загрузки ЦОД. Поэтому проблема энергоэффективности крупных ЦОД может стать актуальной уже в ближайшее время. Именно владельцы ЦОД будут той движущей силой, которая переломит ситуацию в выборе между достаточно простым и высокотехнологичным оборудованием, позволяющим снизить OPEX, предполагает Александр Устюжанин.

Постепенно энергоэффективные решения становятся все более востребованными. Экономическая ситуация и рост тарифов на электроэнергию способствуют тому, что потребители ищут возможности для экономии, в том числе путем применения инновационных продуктов, тем более что стоимость энергосберегающих технологий снижается. Выгода такого подхода особенно очевидна в ЦОД, где установлены десятки и сотни серверов.

Наиболее заинтересованы в применении энергоэффективного оборудования телекоммуникационные компании и крупные организации с большим количеством ИТ-оборудования: они просчитывают свой бизнес на длительный срок и учитывают все затраты. «Пожалуй, на российском рынке есть только один сегмент потребителей крупных ИТ-решений, для которых вопрос экономии энергии стоит на повестке дня, — это сервис-провайдеры, — считает Игорь Виноградов. — При относительно невысокой доходности их бизнеса вопрос оптимизации расходов на энергию стоит достаточно остро и действительно принимается во внимание при выборе решений».

Между тем и малые организации все чаще обращают внимание на характеристики энергопотребления, рассчитывая сэкономить в долгосрочной перспективе. Однако в целом энергоэффективность, хотя и влияет на выбор ИТ-оборудования российскими компаниями, определяющим критерием пока не является.

Способы снижения затрат на электроэнергию

По данным компании Emerson Network Power, работающей в сфере повышения эффективности ЦОД, можно получить следующий эффект от применения такого оборудования для ЦОД средних размеров.

Как показывает практика, 1 Вт, сэкономленный на работе процессора в общей цепочке продуманных систем (см. таблицу выше) дает итоговую экономию 2. 84 Вт за счет меньших затрат на охлаждение, меньших потерь в силовом оборудовании и т.

Использование программных методик повышения энергоэффективности

Основной идеей этого этапа является повышение загрузки оборудования без снижения качества услуг. Простаивающий сервер тратит 45-80% от пиковой мощности абсолютно бесполезно. К этим пустым затратам добавляется нагрузка на систему охлаждения, блоки питания, систему резервирования и т.

При использовании технологий виртуализации можно разместить на одном физическом сервере несколько виртуальных. При грамотном мониторинге нагрузки или при построении вычислительных кластеров (объединение нескольких серверов в одну вычислительную ячейку) можно повысить загрузку оборудования, сократив не только прямые экономические потери на простоях, но и холостое потребление энергии.

Повышение эффективности системы охлаждения

В связи с увеличением плотности размещения оборудования возникает потребность более грамотно подходить к вопросам проектирования систем охлаждения. Использование традиционных методик избыточного давления в помещении ЦОД, холодных и горячих коридоров никто не отменяет. Однако есть принципы, учет которых может помочь в проектировании эффективной системы:

• Повышение качества теплоизоляции и влагоизоляции ЦОД. Использование современных материалов позволит защитить ЦОД от влияния внешнего тепла летом.
• Размещение охлаждающего оборудования как можно ближе к источникам тепла. Это позволит избежать неэффективного охлаждения площадей и создания «длинных» градиентов температур в помещении.
• Использование аккумуляторов холода (например, бассейнов охлажденной воды), которые могут включаться в систему охлаждения при прохождении пиковых нагрузок. При этом система активного охлаждения может работать, не выходя из нормального режима, накапливая холод в бассейне ночью и забирая его днем.
• Использование более теплоемкого теплоносителя, например, воды, масла или фреона. Такой теплоноситель можно подавать в радиаторы охлаждения локально, подводя холод или отводя тепло непосредственно в рамках отдельных стоек. Это позволяет повысить компактность системы охлаждения и сэкономить энергию на вентилировании помещения ЦОД.

Снижение затрат на строительство ЦОД

Исходя из всего вышесказанного, можно отметить возможности существенного сокращения затрат на строительство ЦОД. Уменьшение потребностей в энергии позволяет снизить затраты на:

• Техприсоединение к электрическим сетям.
• Оборудование резервирования электропитания (снижение расчетной мощности аккумуляторных батарей, дизельных генераторов).
• Оборудование систем охлаждение (снижение расчетной мощности).
• Оборудование сверхрезервирования для ЦОД высокой степени надежности (TIER 3 и выше).

Применение тепла ЦОДТепло, выделяемое серверами, обычно выбрасывается в атмосферу. Для этого устанавливаются внешние радиаторные блоки сплит-систем, охлаждаемые атмосферным воздухом. Однако этому теплу можно найти и полезное применение. Например, в Хельсинки (Финляндия) тепло нового ЦОД будут включать в общегородской контур систем теплоснабжения. В этом случае ЦОД не просто выбрасывает энергию на ветер, но может получать за нее деньги, частично окупая затраты на питание систем кондиционирования. В отдельной статье вы можете познакомиться с западным опытом использования нетрадиционных технологий для построения ЦОД.

В условиях нашей реальности включить ЦОД в городские тепловые сети кажется практически нереальным. Для этого будет много преград: от формальных согласований до отсутствия единой рассчитанной схемы инженерных коммуникаций крупного города. Да и тепло это не сможет отопить такое количество домов, как в Финляндии, потому что энергоемкость квадратного метра в нашем жилье в несколько раз выше. Куда же тогда можно применить тепловую энергию?

Решение этого вопроса можно найти в рамках инженерного комплекса зданий. Часто рядом со зданием ЦОД находятся офисные строение, например, административный корпус, где размещается инженерный персонал ЦОД. Эти строения можно сделать независимыми от центральных тепловых сетей и котельных, использовав тепловую энергию серверов для отопления. Иногда излишки низкопотенциального тепла используют для подогрева теплых автостоянок, которые сдают в аренду получая доход, существенно превышающий стоимость тепла.