Energia étrend az adatközpontok számára

Az adatközpont egy kicsit olyan, mint egy izzólámpa. Mindkettő javította és felgyorsította a modern civilizáció fejlődését. Mindkettő jelentős hulladékhőt is lead, és a mai szabványok szerint túl sok áramot használ fel.

Edison 120 éves találmánya a következő néhány évben létjogosultság nélkül törvénybe hozható, helyébe fluoreszcens lámpatestek és fénykibocsátó diódák lépnek. De az adatközpontokat - egy viszonylag új jelenség, amely elképesztő energia iránti vágyat mutat - nem fogjuk hamarosan bezárni. Kritikus szolgáltatásokat nyújtanak a modern gazdaság számára.

Csak mennyi energiát használnak? 2005-ben az EPA E NERGY S TAR programjának jelentése szerint az adatközpontok az ország villamosenergia-termelésének becsült 1,2 százalékát fogyasztották - nagyjából 14 széntüzelésű erőmű üzemeltetésével egyenértékűek. A jelentés az exponenciális teljesítményigények okaként rámutat a papír alapú gazdaságról a digitális alapú gazdaságra való áttérésre. Jonathan Koomey, a Lawrence Berkeley Nemzeti Laboratórium (LBNL) munkatársa által készített tanulmány szerint az adatközpontok energiafogyasztása világszerte megduplázódott 2000 és 2005 között. Az LBNL adatközpontjának energiagazdálkodási webhelye szerint ezeknek a létesítményeknek az energiaköltsége legfeljebb 100-szor nagyobb, mint a tipikus kereskedelmi épületeké.

Az E NERGY S TAR jelentése úgy becsüli, hogy a jelenlegi trendek figyelembevételével a fogyasztás 2011-re ismét megduplázódik, és az elektromos hálózat csúcsterhelése ekkor akár 12 gigawatt is lehet, ehhez további 10 alapterhelésű erőműre lenne szükség.

Egyre növekvő információs gazdaság
Az információs országút széles, és folyamatosan növekszik. Becslések szerint az internethasználat világszerte évente körülbelül 10 százalékkal növekszik. E növekedés nagy része a szórakozás iránti kielégíthetetlen étvágynak tudható be: zenelejátszások, igény szerinti videók, online játékok, e-kereskedelem, közösségi hálózati felületek és interneten keresztüli hangátviteli technológiák. A vállalkozások is hajtják a növekedést. A bankok és más vállalkozások áttérnek a papír nélküli információs modellre, és a Sarbanes-Oxley cégei egyre inkább a digitális információ tárolására támaszkodnak.

Új erőfeszítések folynak az energiafogyasztás egy részének csökkentése érdekében, és a vállalatok egyre inkább kísérleteznek az új technológiával, amely segít csökkenteni az elektromos költségeket.

Két tendencia vezérli ezt a megnövekedett tudatosságot - mondja William Tschudi, az LBNL környezeti energiatechnológiai részlegének kutatója. "A költség vonzza az emberek figyelmét" - mondja. "Ráadásul nehézségeik vannak az energiaigényes területek némelyikének hűtésével."

Az E NERGY S TAR szerint a fogyasztás visszaszorításának korai gyakorlatai akár 25 százalékos hatást is eredményeztek. A bevált gyakorlatoknak az adatközpontokra történő alkalmazásával (lásd: „Az EPA-modellek adatközpontjainak energiafelhasználása”, 66. oldal) az E NERGY S TAR becslései szerint 2011-ben az adatközpontok energiafelhasználása a 2006 előtti szintre korlátozódhat, nem pedig megduplázódhat. Ezen túlmenően, ha helyesen hajtják végre, ezek a hatékonyságnövekedések az adatközpont teljesítményének veszélyeztetése nélkül érhetők el.

"Szeretem azt mondani, hogy nincs ezüst golyó, de sok ezüst BB van" - mondja Tschudi.

Apró változtatásokkal az adatközpont-üzemeltetők akár 25 százalékkal is csökkenthetik az energiafelhasználást - mondja. "Ha agresszívebb változásokról kezdesz beszélni, akkor 40 vagy több százalékos megtakarítást érhetsz el."

Ha a 25 százalék megszerzése viszonylag könnyű, miért nem épített be több adatközpont ilyen intézkedéseket? A kezdőknek az adatközpont-vezetők nem mindig férnek hozzá az energiaprofilokhoz. Az adatközpontok gyakran egy nagyobb létesítmény részét képezik, és a menedzserek nem tudják meghatározni, hogy az integrált adatközpont mennyi energiát fogyaszt.

"Az átlagos adatközpont-üzemeltetők nem tudják, mit tehetnek" - mondja Tschudi.

Érthető, hogy az adatközpont-vezetők általában jobban törődnek a berendezés megbízhatóságával, mint az áramfogyasztással. De még akkor is, ha az adatközpontok üzemeltetői tudatában vannak a megnövekedett hatékonyság iránti igénynek, gyakran hiányoznak az energiafelhasználás nyomon követésére, nyomon követésére és ellenőrzésére vonatkozó ismeretek vagy berendezések.

A hatékonyság tendenciái
Mint mindig, az IT-iparban is gyorsan és gyorsan változnak a dolgok.

"A tegnapi témák olyan dolgok, mint a harmonikusok, a négyzetlábra jutó watt és néhány hűvös kérdés" - mondja Bob Cassiliano, a 7x24 tőzsde elnöke. "A mai téma az energiahatékonyság."

Három példa az adatközpontok energiastratégiájára: a külső levegő ingyenes hűtésre, a szerver virtualizációra és az automatikus hűtéskezelésre - mondja Cassiliano.

A külső levegő használata javítja a hatékonyságot azáltal, hogy csökkenti az épület hűtőrendszerétől való függőséget. Az ötlet egyre népszerűbb. Az elektromos hálózat hatalmas vonzereje miatt egyes közszolgáltatók most ösztönzőket kínálnak az adatközpontok üzemeltetőinek, amelyek szabad levegő hűtéssel korlátozzák energiafelhasználásukat.

A kaliforniai Pacific Gas and Electric egy olyan segédprogram, amely árengedményeket kínál azoknak az ügyfeleknek, akik külső levegőt használnak adatközpontjaik hűtésére. A külső levegő használatához érzékelővel és szűrővel ellátott léggenerátorok szükségesek. Ez lehetővé teszi az adatközpontok számára, hogy külső levegőt hozzanak be, és továbbra is megfelelnek a hőmérséklet és a páratartalom előírt paramétereinek.

Az előnyöket főleg a hűvösebb régiók központjai szerzik. "Hatalmas energiamegtakarítást érhet el, mert nem a hűtőre támaszkodik a hűtés biztosításához" - mondja Tschudi. A legnagyobb megtakarítási lehetőség az éjszakai órákban jelentkezik.

A PG&E ösztönzi azokat a vállalatokat is, amelyek szerver virtualizációt alkalmaznak az energiafelhasználás csökkentése érdekében. A kiszolgáló virtualizációja (és egy másik, dinamikus kiépítésnek nevezett technika) általában csökkenti az energiafelhasználást azáltal, hogy összevonja a szükséges kiszolgálók számát egy adatközponton belül.

Cassiliano szerint sok adatközpont külön szervert használ minden alkalmazáshoz.

"Tehát ez a szerver csak a teljes kapacitásának körülbelül 15 százalékát használja" - mondja. "Ha két vagy több alkalmazást helyez el egy szerverre, és okosan csinálja, akkor több alkalmazást futtathat ugyanarról a szerverről, és akkor is csak a teljes kapacitás körülbelül 70 százalékát használja."

A dinamikus kiépítés hasonlóan működik, mivel csak azokat a szervereket hozza online kapcsolatba, amelyek a hálózat tevékenységének elvégzéséhez szükségesek - ahelyett, hogy folyamatosan statikus alapon működtetné őket.

A Cassiliano egy pénzügyi szolgáltató céget idézett, amely agresszívan támaszkodott a szerver virtualizációjára, hogy 30 százalékkal csökkentse szerverhasználatát.

Végül az automatizált hűtéskezelés úgy működik, hogy a létesítmény vezetőinek ellenőrzést biztosít a hűtési képesség felett.

"Bárhova alkalmazhatják a hűtést" - mondja Cassiliano.

Segít, ha a létesítmény vezetőinek vannak számítási folyadék dinamikus modelljei, amelyek lehetővé teszik számukra, hogy mikor és hol alakulnak ki forró pontok a folyosójukon belül.

"Gyakran jelentős energiát pazarol el a rosszul elosztott hűtő levegő" - mondja Don Beaty, az ASHRAE TC9.9 bizottságának elnöke. "A cél a hűvös levegő leadása, ahol a hűtés szükséges."

Bizonyos körülmények között egy helyi hűtési megoldás, például egy zárt állvány megoldhatja a hűtési igényt és csökkentheti az energiaköltségeket, mondja Beaty.

Tápegységek: Húzza a hatékonyságot
Tschudi szerint az egyenáramú elosztórendszer használata a hatékonyság növelésének másik módja. A modern szerver áramkörök megkövetelik a nagyfeszültségű áram átalakítását a szerverek, útválasztók, hubok, kapcsolóberendezések és adattároló berendezések áramköre által használható formává. De Tschudi azt mondja, hogy az összes felhasznált energia 25-35 százalékát hőt pazarolja el a szerver tápellátása.

"Ha hatékonyabbá teszi a konverziókat, a szerverek kevesebb hűtést igényelnek" - mondja.

Maguk az átalakítások az ezzel járó hőveszteség nélkül is pazarolják az áramot.

"Valahányszor az energiát más feszültségre konvertálja, vagy váltja AC-ról DC-re vagy DC-ről AC-re, némi energiaveszteség keletkezik" - mondja Beaty.

A közvetlen egyenáramú rendszer használatával 80-90 százalékos hatékonyság érhető el az EPA szerint. A hatékonyságnövekedéstől eltekintve a megbízhatóság is fokozott, mivel kevesebb meghibásodási pont van, összehasonlítva az UPS rendszerek AC-DC-AC átalakításával. Ehhez az átalakításhoz azonban az adatközpontok tervezésének és működésének újraszerszámozására lenne szükség.

A trend nem áll meg a mikroprocesszor szintjén. A gyártók azt is megvizsgálják, hogy a hűtőventilátorok és tápegységek megváltoztatása miként növelheti a hatékonyságot, különösen a kötetkiszolgálók esetében, amelyek a nem vállalati szintű adatközpontok szervereinek nagy részét teszik ki. Egyes tanulmányok azt mutatják, hogy a ventilátorok és tápegységek módosításával akár 70 százalékkal is csökkenthető a szerver energiafelhasználása. A memória technológia is kés alá megy. A legújabb fejlemények 20% -os hatékonyságnövelést eredményezhetnek.

Hatékony út
Az egyik változás, amely beruházás nélkül csökkenti az energiaköltségeket, a szervertermek hőmérsékletének emelése.

"Nem feltétlenül kell húsraktár lenni odabent" - mondja Tschudi. - 80 fok lehet odabent, ha szükséges.

Tschudi elmondta, hogy sok adatközpont-kezelő a tényleges szükségesnél szigorúbb környezeti feltételekkel üzemelteti létesítményeit. Az ASHRAE a kiszolgáló gyártókkal is együttműködött az adatközpontok új hőmérsékleti alapértékeinek meghatározásában.

"Ha 20 fokkal megemeli a hőmérsékletet, akkor megkapta az alacsonyan lógó gyümölcs egy részét" - mondja Tschudi. "Ez nem kerül semmibe."

Mivel az adatközpontok küldetéskritikus létesítmények, a vezetők gyakran vonakodnak hatékonyságnövelést elérni, ha úgy gondolják, hogy a hatékonyság csökkenti a megbízhatóságot vagy a teljesítményt.

De az adatközpont-berendezéseket szállító gyártók legújabb fejleményei azt mutatják, hogy a kettő nincs mindig ellentmondásban. Ilyen például a kétmagos mikroprocesszorokat használó eszközök. A frekvencia- és feszültség-méretezési technológiával az új szerverek akár 20 százalékkal is csökkenthetik az energiafelhasználást anélkül, hogy hátrányosan befolyásolnák a megbízhatóságot vagy a teljesítményt.

A magas kezdeti költségek újabb akadályt jelentenek az adatközpontok menedzsereinek, még akkor is, ha a projekt megtérülését hónapokban, nem években számolják. Az árusok tudják ezt, így néhányan vonakodnak a költséghatékony adatközpont-fejlesztések ajánlásától. De Tschudi és Beaty változások előtt áll.

"Az adatközpontok tervezését gondosan kell kidolgozni" - mondja Beaty. "Egyre növekszik a tudatosság, és az energiaköltségekre, a tőkeköltségre és a megbízhatóságra gyakorolt hatás nagyon jelentős lehet."

Tschudi egyetért. "A hatékonysági intézkedések végrehajtása kezdetét veszi" - mondja. "Néhány elektromos számla nagysága ezt vezérli."

A 7x24 Tőzsde és más csoportok az Energiaügyi Minisztériummal és az E NERGY S TAR-mal együttműködve javították a misszió szempontjából kritikus létesítmények hatékonyságát. Az energiahatékonysági lehetőségek jobb megértésének fejlesztése érdekében, amelyek felgyorsíthatják az energiahatékony technológiák alkalmazását a jelenlegi trendeken túl, forgatókönyveket dolgoztak ki az adatközpontok energiafelhasználásának feltárására 2011-ig:

A továbbfejlesztett működési forgatókönyv magában foglalja az energiahatékonyság javítását a jelenlegi trendeken túl, amelyek alapvetően működési természetűek és alig vagy egyáltalán nem igényelnek tőkebefektetést. Ez a forgatókönyv az alacsonyan függő gyümölcsöt képviseli, amelyet egyszerűen a meglévő tőkeállomány hatékonyabb működtetésével lehet betakarítani. Ez stratégiák végrehajtását jelenti, például a hőmérsékleti alapértékek beállítását az adatközpontokban. A potenciális energiamegtakarítás 30 százalék.
A legjobb gyakorlat forgatókönyve azt a hatékonyságnövelést képviseli, amely elérhető a manapság üzemelő leghatékonyabb létesítményekben alkalmazott gyakorlatok és technológiák szélesebb körű átvételével. A potenciális energiamegtakarítás akár 70 százalékot is elérhet.
A legkorszerűbb forgatókönyv meghatározza a rendelkezésre álló technológiák felhasználásával elérhető maximális energiahatékonysági megtakarítást. Ez a forgatókönyv azt feltételezi, hogy a kiszolgálókat és az adatközpontokat a lehető legnagyobb energiahatékonysággal fogják üzemeltetni, csak a rendelkezésre álló leghatékonyabb technológiák és a legjobb menedzsment gyakorlatok alkalmazásával. A potenciális energiamegtakarítás elérheti a 80 százalékot.

Mind a bevált gyakorlat, mind a korszerű modellek 98% -ban hatékony transzformátorokra és 90% vagy annál hatékonyabb UPS rendszerekre támaszkodnak. Emellett támaszkodnak változó fordulatszámú ventilátorokra és szivattyúkra, redundáns légkezelő egységekre és a korszerű modellben kombinált hő- és villamosenergia-rendszerre az alacsonyabb energiaköltségek érdekében.

De a legnagyobb különbség a szerver virtualizációs és tárolóeszközökön keresztül történik. A bevált gyakorlatok modelljében az E NERGY S TAR „mérsékelt” szerver-virtualizációt és az alkalmazandó tárolóeszközök csökkentését szorgalmazza, míg a legkorszerűbbek agresszív szerver-virtualizációt és a tárolóeszközök agresszív csökkentését szorgalmazzák.

A 7x24 Exchange egy fórum, amelynek célja a küldetés szempontjából kritikus létesítmények megbízhatóságának javítása.

"A szervezet együttműködik az iparral, a kutatókkal és a kormányzattal annak érdekében, hogy megoldásokat találjanak, miközben fórumot biztosítanak az oktatáshoz és a vitához" - mondja Bob Cassiliano, elnök.

Az energiahatékonyság a szervezet konferenciáinak sok résztvevője számára az elsődleges szempont volt - mondja Cassiliano.

"Tavaszi konferenciánkon szakértői testületet kívánunk létrehozni, hogy észrevételeiket elmondhassák, és intelligens vitát indíthassanak az adatközpontok energiahatékonyságáról" - mondja.