Duże i małe organizację potwierdzają, że zapotrzebowanie na energię oraz całkowite koszty utrzymania każdej wielkości centrum danych rosną. W 2008 roku - jak przewiduje Gartner - prawie 48% budżetu IT będą pochłaniały wyłącznie wydatki na energię. Jest to astronomiczna skala wydatków. Raport EPA (Environmental Protection Agency) z sierpnia 2007 roku przedstawia czarny scenariusz. EPA przewiduje, że przy aktualnych trendach rozwojowych, konsumpcja energii wykorzystywanej przez centra danych podwoi się do 2011 roku.
Przedstawiamy 10 metod ochrony zasobów energetycznych, wykorzystywanych przez centra danych:
1. Od pomiaru do kontroli.
"Nie możemy kontrolować czegoś, czego nie da się zmierzyć" - to jest stara maksyma efektywności operacji. Dobre wyniki w redukcji potrzeb energetycznych, należy rozpocząć od podstawowych pomiarów. Jeżeli nie wiemy, co pochłania najwięcej energii, nie wiemy także, na którym elemencie należy skupić uwagę. W celu ułatwienia pomiarów konsumpcji energii, należy podzielić infrastrukturę na kilka grup:
- systemy IT
- zasilacze awaryjne
- klimatyzacja
- oświetlenie
2. Wirtualizacja i konsolidacja systemów IT.
EPA ocenia, że 50% całkowitej energii zużywanej przez centra danych, pochłaniana jest przez serwery i pamięci masowe. To one stają się logicznym celem dla metod ochrony energii. Aktualnie gorącym trendem jest wirtualizacja serwerów, która tworzy efektywnie oszczędności w trzech elementach: przestrzeni, energii i chłodzeniu.
W celu osiągnięcia pełnej korzyści pochodzącej z wirtualizacji serwerów, potrzebujemy infrastruktury przechowywania danych, która będzie realizowana przez systemy sieciowe. Dobre wyniki powstające w wyniku wirtualizacji serwerów, można przenieść na pole wirtualizacji pamięci masowych. Kilka, dużych systemów pamięci masowych, zwiększy pojemność oraz funkcjonalność wykorzystania, w rezultacie zmniejszając zapotrzebowanie na powierzchnię, energię oraz chłodzenie. Poprzez implementację pamięci masowych oraz wirtualizację serwerów, możemy migrować do bardziej efektywnego modelu energetycznego.
3. Zarządzanie danymi.
Podczas planowania wirtualizacji pamięci masowych, warto przeprowadzić audyt przechowywanych danych. Przeprowadzone doświadczenia wskazują, że około 50% przechowywanych danych może zostać wyeliminowane.
Podstawowym mechanizmem zapobiegania wzrostowi liczby danych jest zatrzymanie ich rozmnażania, jeszcze zanim zacznie się ten proces. Przeciętny wolumen dyskowy przedsiębiorstwa zawiera potencjalnie miliony duplikowanych obiektów danych. W trakcie modyfikacji, dystrybucji, kopiowania i archiwizacji, zapisywane są duplikaty tych samych plików.
Wykorzystanie kilku różnych technik, takich jak deduplikacja lub klonowanie realizuje ten sam cel - redukcję zbędnych danych.
4. Eliminacja nadmiernego chłodzenia systemów.
Systemy chłodzenia to przeważnie jeden z przewartościowanych elementów infrastruktury. Producenci urządzeń określając zapotrzebowanie na energię, przekazują szczytowe obciążenia w całym okresie pracy. Warto postawić pytanie - jak często systemy pracują na maksymalnej wartości obciążenia? Prawdopodobnie nigdy. Czy warto więc chłodzić systemy, które tego nie potrzebują?
Kluczowym etapem jest obliczenie aktualnego obciążenia najważniejszych systemów. Aby określić rozsądnie nasze potrzeby, warto przetestować sprzęt w środowisku laboratoryjnym. Większość przeprowadzonych testów określa rozsądny poziom obciążenia o 30-40% niższy, niż podają producenci. Dzięki takim informacjom, jesteśmy w stanie monitorować zużycie energii w każdej szafie RACK oraz idealnie dostrajać nasze systemy chłodzące.
Dobrym pomysłem jest wykorzystanie wentylatorów o napędzie zapewniającym zmienną prędkość obrotowa. W przeciwieństwie do uruchamiania wentylatorów na 100% prędkości przez cały czas, zastosowany napęd uzależnia prędkość wentylatorów od potrzeb sprzętu. Zastosowanie wentylatorów przy stale monitorowanej temperaturze, automatycznie reagujących przez zwiększenie lub redukcję obrotów, pozwala osiągnąć znaczne oszczędności.
5. Fizyczne rozmieszczenie sprzętu w centrum danych.
Krótkie przypomnienie z lekcji fizyki - gorące powietrze jest lżejsze od zimnego i unosi się, podczas gdy zimne opada. Te same reguły można zastosować w centrum danych. Stare metody chłodzenia działające od strony podłogi, wymagały zazwyczaj dużej dawki energii. Jako zamiennik, warto zastosować przepływ zimnego powietrza, opadającego wprost na maszyny. Zimne powietrze wnika pomiędzy maszyny, wypychając powietrze ciepłe ku górze, które następnie jest odprowadzane na zewnątrz.
Niezwykle istotne na tym etapie jest poprawne ustawienie szaf ze sprzętem. Nie chcemy, aby ciepłe powietrze od danej maszyny, przenikało w strefę innej maszyny. Dobrym rozwiązaniem jest umieszczenie serwerów przodem do zimnego powietrza oraz tyłem do wentylatorów. Takie ustawienie określane jako "ciepła uliczka/zimna uliczka" jest powszechnie praktykowane w centrach danych ze względu na efektywność.
Przy zastosowanie systemów chłodzących umieszczonych ponad szafami, eliminujemy także potrzebę modyfikacji podłogi (typowo zawierającej rury wodne dostarczające zimną wodę i okablowanie), umożliwiając efektywne wykorzystanie energii i przestrzeni.
6. Udoskonalenie przepływu ciepłego powietrza.
Gdy nasze szafy są mocno upakowane serwerami, ale struktura jest zaaranżowana w postaci stref, musimy dokonać dodatkowego pomiaru, który będzie kontrolował przepływ ciepłego powietrza do zimnej strefy. W tym momencie do gry wkracza mniej zaawansowana technologia. Gdy odprowadzamy na zewnątrz ciepłe powietrze, ważne jest zaimplementowanie taniej, ale bardzo skutecznej techniki. W celu izolacji przenikania powietrz między strefami, możemy użyć kurtyn na końcach ciepłych stref oraz dookoła systemu chłodzącego (ponad szafami).
7. Maksymalizacja naturalnego chłodzenia.
Sztuczne generowanie zimnego powietrza nie musi być jedynym źródłem chłodzenia. Dlaczego nie wykorzystać także naturalnego czynnika chłodzącego? W celu wykorzystania zimnego powietrza z zewnątrz, warto stworzyć nawiewy powietrza, których sterowanie będzie odbywało się automatycznie. Jeżeli temperatura na zewnątrz jest niższa, niż określony punkt temperaturowy, nawiewy otwierają się i powietrze z zewnątrz jest kierowane do systemu chłodzącego. Jeżeli powietrze na zewnątrz przekroczy określony punkt temperaturowy, nawiewy zamykają się i uruchamiane jest sztuczne chłodzenie. To rozwiązanie wymaga ciągłego monitorowania i dostrajania.
8. Minimalizacja elektrycznych strat konwersji energii.
W przeciwieństwie do wykorzystania systemów zasilania awaryjnego bazujących na bateriach, bardzo często centra danych wykorzystują dynamiczne zasilacze awaryjne, które magazynują energię kinetyczną ruchu obrotowego w wirującym rdzeniu. Rdzeń jest zasilany silnikiem elektrycznym, zamontowanym w każdej jednostce UPS. Takie zasilacze pozwalają na wyprodukowanie od 15 do 20 sekund energii - wystarczającej do wykonania dowolnej operacji przełączania na inny system zasilania. Starsze baterie UPS zapewniają 85% efektywności, aktualnie sprzedawane około 94%, podczas gdy UPSy z wirującym rdzeniem osiągają efektywność na poziomie 97,7%.
9. Wykorzystanie dodatkowych, tanich źródeł energii.
Wymagania energetyczne i ceny energii niestety idą w parze, ulegając ciągłemu wzrostowi. W szczytowych okresach, warto wykorzystać system generowania energii z dodatkowego źródła, w celu dostarczenia ekonomicznego zasilania uzupełniającego. Dobrą metodą jest generowanie energii tak blisko miejsca wykorzystania, jak to tylko możliwe (pojęcie znane jako generacja rozproszona). W ten sposób zmniejszamy koszty energii oraz straty elektryczne powstałe podczas przesyłu. Inna możliwość wynika z wykorzystania zjawiska kogeneracji. Agregaty kogeneracyjne są idealnym rozwiązaniem wszędzie tam, gdzie istnieje możliwości zastosowania różnych rodzajów paliw gazowych.
10. Monitorowanie i dostrajanie.
W efektywnym prowadzeniu centrum danych pomocne okaże się regularne monitorowanie środowiska. Dla zapewnienia prawdziwej efektywności wykorzystania energii, ważne jest wykonanie pomiarów zapotrzebowania na energię dla każdej szafy RACK. Nie pomoże proste włączenie wentylatorów, gdy w centrum danych zrobi się gorąco. Warto testować i badać środowisko przez zastosowanie wielu sensorów, rozmieszczonych w różnych miejscach.
Nie wszystkie centra danych są tworzone z rozwagą. Sposób w jaki firma zdecyduje się implementować efektywne energetycznie centra danych, zależy od szczegółowych warunków wdrożenia. Przedstawiona lista, powinna podsunąć kilka dobrych pomysłów na początek. Jeżeli nie znamy parametru PUE (Power Usage Effectiveness) dla naszej infrastruktury, warto określić go już na starcie. Od tego należy zacząć rozwijanie odpowiednich technik i udoskonaleń, w celu utworzenia efektywnego energetycznie centrum danych.
***
Artykuł powstał na podstawie materiałów IDG.
Kamil Folga
