Внедрение передового опыта в центрах обработки данных
Поскольку энергопотребление центров обработки данных меняется только в одном направлении – в сторону повышения, а стоимость энергии стремительно растет, настало время серьезно заняться внедрением передового опыта в центрах обработки данных – пока не поздно. В прошлом году государственное Агентство по охране окружающей среды США (EPA) забило тревогу и выступило с предупреждением: если не ограничить энергопотребление центров обработки данных, к 2011 г. страна ежегодно будет тратить $7,4 млрд (4, 8 млрд евро) на оплату электроэнергии (Доклад Конгрессу о публичном законе об энергоэффективности серверов и центров обработки данных 109-431, Агентство по охране окружающей среды США, программа ENERGY Star).
Это равно мощности всей энергетической системы страны в моменты пиковой нагрузки (12 ГВт) или генерирующей мощности 25 электростанций. Хотя данный доклад относился к США, поднятые в нем проблемы характерны не только для Северной Америки. Центры обработки данных, где бы они ни располагались, потребляют гигантское количество энергии, которое постоянно растет. И хотя требования к энергопотреблению ужесточаются, никаких признаков его снижения не наблюдается.
Доклад агентства EPA не только отражает озабоченность по поводу роста затрат. В нем содержится предупреждение о том, что неконтролируемое потребление энергии может иметь катастрофические последствия с экономической и экологической точки зрения. Нехватка электроэнергии уже ощущается в одном из крупнейших финансовых центров мира – в Лондоне. Сообщается, что компании не могут устанавливать новые стойки в имеющихся центрах обработки данных, так как энергетики откладывают предоставление дополнительной мощности из-за подготовки к Олимпиаде 2012 года и прогнозируемого в связи с ней всплеска спроса на электроэнергию (Silicon.com, Power shortages squeeze London's data centres ("Центры обработки данных в Лондоне испытывают дефицит мощности"), 27 февраля, 2008 г.).
Центры обработки данных интенсивно используют электроэнергию, и это очевидный факт. Энергоэффективность и устаревшие центры обработки данных – зачастую понятия несовместимые. Электричество, поступающее из общегосударственной энергосистемы, используется для питания множества необходимых устройств, таких как распределительные щиты, системы освещения и кондиционирования вычислительных залов.
Все эти компоненты, как правило, крайне неэффективны – согласно исследованиям аналитического агентства Gartner, их к.п.д. составляет около 50% (The Six Key Attributes of a Green Data Center ("Шесть ключевых атрибутов экологически безопасных центров обработки данных), июль 2008 г., агентство Gartner). Кроме того, в центре обработки данных имеются серверы, призванные обеспечить максимальную пропускную способность и производительность, но не эффективность энергопотребления; при этом они используют, как правило, лишь 20% своих возможностей, и каждый требует электроэнергии.
И все же существует ряд методов и технологий, способных радикально снизить потребление электроэнергии в центре обработки данных. Среди них внедрение современных технологий и передового опыта в области организации электроснабжения в центре обработки данных, а также более эффективное использование имеющегося оборудования, например, путем консолидации серверов и управления их питанием. Источники экономии энергии находятся повсюду: от воздуха за окном до солнечного света. Холодный внешний воздух идеально подходит для снижения температуры жидкости, используемой для охлаждения серверного зала. Еще один вариант экономии: подача холодного воздуха в проходы между стойками в центре обработки данных.
Если расположить центр обработки данных вблизи от источников питания или подстанций, можно сократить затраты на электроэнергию, так как поставщикам коммунальных услуг не придется создавать новую инфраструктуру для снабжения электричеством. В центрах обработки данных площадью более 10 000 кв. футов (929 кв. м) модульный подход гарантирует, что ни один из компонентов оборудования не будет перерасходовать энергию.
Кроме того, это позволит снизить текущие затраты. Оборудование в новых центрах обработки данных можно расположить в разных зонах в зависимости от уровня энергопотребления: мэйнфреймы, blade-серверы и системы хранения данных. Это позволит оптимизировать энергопотребление и использовать самые энергоэффективные системы охлаждения для различных видов оборудования.
Фундаментальные разработки Intel в области 45-нанометровой полупроводниковой производственной технологии позволили добиться значительного повышения энергоэффективности серверов. Благодаря применению новых материалов – диэлектрика Hi-K на основе гафния – и металлическому затвору удалось значительно сократить токи утечки в транзисторах. Это значит, что процессоры нового поколения, как правило, на 44% более эффективно используют энергию, чем их предшественники.
Например, тестовые измерения производительности, проведенные Intel, показали, что для центра обработки данных среднего размера, в котором параллельно обрабатывается 6000 заданий, новые процессоры позволяют сэкономить только на энергопотреблении 204 300 евро ($316 000) по сравнению с центрами, использующими двухъядерные процессоры более раннего поколения, изготовленные по 65-нанометровой производственной технологии (Техническое описание "45-нанометровые четырехъядерные процессоры для обеспечения энергоэффективности", ноябрь 2007 г., корпорация Intel).
Преимущества виртуализации серверов в центре обработки данных хорошо известны. Так, например, один физический сервер может быть разделен на множество виртуальных серверов меньшего размера, что позволяет существенно сократить потребность в физическом оборудовании, а это, в свою очередь, приводит к радикальному сокращению энергопотребления и площади, занимаемой оборудованием. Технологии виртуализации быстро завоевывают популярность на рынке. Согласно недавним исследованиям компании IDC, ожидается, что 52% серверов, приобретенных в 2008 г., будут виртуализованы, так как все большее число компаний делает виртуализацию основой своей стратегии для центров обработки данных (Европейский опрос по виртуализации серверов (2008 г.): быстрый рост и более широкий круг приложений).
Недавно на демонстрации возможностей закона Мура (удвоение числа транзисторов в процессоре, происходящее примерно каждые два года) в области повышения эффективности центра обработки данных корпорация Intel провела тестовое сравнение. Две вычислительные системы – двухпроцессорный сервер (образца 2004 г.) на базе одноядерного процессора Intel Xeon и двухпроцессорный сервер (2007 г.) на базе четырехъядерного процессора Intel Xeon – должны были выполнять 5, 1 млн. бизнес-операций в секунду (bops). Системе на базе одноядерных процессоров потребовалось 48 кВт мощности, 126 серверов в шести стойках и 250 кв. футов (23,2 кв. м) площади. Системе на базе четырехъядерных процессоров потребовалось 6 кВт мощности, 17 blade-серверов, 1 стойка и 40 кв. футов (3,7 кв. м) площади.
Современные процессоры обеспечивают:
- 83%-ное сокращение занимаемой площади;
- 87%-ное снижение ежегодных расходов на электроэнергию экономию 35 000 евро ($53 000) на выполнении 5,1 млн bops.
Производительность измерялась с помощью приложения SPECjbb2005 в единицах bops (бизнес-операций в секунду), сравнивались: 2-процессорный сервер (2004 г.) на базе одноядерного процессора Intel Xeon (3,6 ГГц) и 2-процессорный сервер (2008 г.) на базе четырехъядерного процессора Intel Xeon E5450 (3,0 ГГц, 80 Вт, системная шина 1333 МГц) по состоянию на 22 августа 2007 г.
Недавно корпорация Intel выполнила проверку концепции (PoC), чтобы проиллюстрировать преимущества использования воздушного экономайзера и внешнего воздуха (на 100%) при температурах до 32°C (90°F) для охлаждения серверов. Воздушный экономайзер сбрасывает горячий воздух за пределы помещения и втягивает внешний воздух для охлаждения серверных стоек. Цель PoC – проверить отраслевую гипотезу о том, что воздушные экономайзеры можно использовать только при относительно низкой температуре внешнего воздуха. Корпорация Intel продемонстрировала, что экономайзер можно использовать
Это равно мощности всей энергетической системы страны в моменты пиковой нагрузки (12 ГВт) или генерирующей мощности 25 электростанций. Хотя данный доклад относился к США, поднятые в нем проблемы характерны не только для Северной Америки. Центры обработки данных, где бы они ни располагались, потребляют гигантское количество энергии, которое постоянно растет. И хотя требования к энергопотреблению ужесточаются, никаких признаков его снижения не наблюдается.
Доклад агентства EPA не только отражает озабоченность по поводу роста затрат. В нем содержится предупреждение о том, что неконтролируемое потребление энергии может иметь катастрофические последствия с экономической и экологической точки зрения. Нехватка электроэнергии уже ощущается в одном из крупнейших финансовых центров мира – в Лондоне. Сообщается, что компании не могут устанавливать новые стойки в имеющихся центрах обработки данных, так как энергетики откладывают предоставление дополнительной мощности из-за подготовки к Олимпиаде 2012 года и прогнозируемого в связи с ней всплеска спроса на электроэнергию (Silicon.com, Power shortages squeeze London's data centres ("Центры обработки данных в Лондоне испытывают дефицит мощности"), 27 февраля, 2008 г.).
Центры обработки данных интенсивно используют электроэнергию, и это очевидный факт. Энергоэффективность и устаревшие центры обработки данных – зачастую понятия несовместимые. Электричество, поступающее из общегосударственной энергосистемы, используется для питания множества необходимых устройств, таких как распределительные щиты, системы освещения и кондиционирования вычислительных залов.
Все эти компоненты, как правило, крайне неэффективны – согласно исследованиям аналитического агентства Gartner, их к.п.д. составляет около 50% (The Six Key Attributes of a Green Data Center ("Шесть ключевых атрибутов экологически безопасных центров обработки данных), июль 2008 г., агентство Gartner). Кроме того, в центре обработки данных имеются серверы, призванные обеспечить максимальную пропускную способность и производительность, но не эффективность энергопотребления; при этом они используют, как правило, лишь 20% своих возможностей, и каждый требует электроэнергии.
И все же существует ряд методов и технологий, способных радикально снизить потребление электроэнергии в центре обработки данных. Среди них внедрение современных технологий и передового опыта в области организации электроснабжения в центре обработки данных, а также более эффективное использование имеющегося оборудования, например, путем консолидации серверов и управления их питанием. Источники экономии энергии находятся повсюду: от воздуха за окном до солнечного света. Холодный внешний воздух идеально подходит для снижения температуры жидкости, используемой для охлаждения серверного зала. Еще один вариант экономии: подача холодного воздуха в проходы между стойками в центре обработки данных.
Если расположить центр обработки данных вблизи от источников питания или подстанций, можно сократить затраты на электроэнергию, так как поставщикам коммунальных услуг не придется создавать новую инфраструктуру для снабжения электричеством. В центрах обработки данных площадью более 10 000 кв. футов (929 кв. м) модульный подход гарантирует, что ни один из компонентов оборудования не будет перерасходовать энергию.
Кроме того, это позволит снизить текущие затраты. Оборудование в новых центрах обработки данных можно расположить в разных зонах в зависимости от уровня энергопотребления: мэйнфреймы, blade-серверы и системы хранения данных. Это позволит оптимизировать энергопотребление и использовать самые энергоэффективные системы охлаждения для различных видов оборудования.
Фундаментальные разработки Intel в области 45-нанометровой полупроводниковой производственной технологии позволили добиться значительного повышения энергоэффективности серверов. Благодаря применению новых материалов – диэлектрика Hi-K на основе гафния – и металлическому затвору удалось значительно сократить токи утечки в транзисторах. Это значит, что процессоры нового поколения, как правило, на 44% более эффективно используют энергию, чем их предшественники.
Например, тестовые измерения производительности, проведенные Intel, показали, что для центра обработки данных среднего размера, в котором параллельно обрабатывается 6000 заданий, новые процессоры позволяют сэкономить только на энергопотреблении 204 300 евро ($316 000) по сравнению с центрами, использующими двухъядерные процессоры более раннего поколения, изготовленные по 65-нанометровой производственной технологии (Техническое описание "45-нанометровые четырехъядерные процессоры для обеспечения энергоэффективности", ноябрь 2007 г., корпорация Intel).
Преимущества виртуализации серверов в центре обработки данных хорошо известны. Так, например, один физический сервер может быть разделен на множество виртуальных серверов меньшего размера, что позволяет существенно сократить потребность в физическом оборудовании, а это, в свою очередь, приводит к радикальному сокращению энергопотребления и площади, занимаемой оборудованием. Технологии виртуализации быстро завоевывают популярность на рынке. Согласно недавним исследованиям компании IDC, ожидается, что 52% серверов, приобретенных в 2008 г., будут виртуализованы, так как все большее число компаний делает виртуализацию основой своей стратегии для центров обработки данных (Европейский опрос по виртуализации серверов (2008 г.): быстрый рост и более широкий круг приложений).
Недавно на демонстрации возможностей закона Мура (удвоение числа транзисторов в процессоре, происходящее примерно каждые два года) в области повышения эффективности центра обработки данных корпорация Intel провела тестовое сравнение. Две вычислительные системы – двухпроцессорный сервер (образца 2004 г.) на базе одноядерного процессора Intel Xeon и двухпроцессорный сервер (2007 г.) на базе четырехъядерного процессора Intel Xeon – должны были выполнять 5, 1 млн. бизнес-операций в секунду (bops). Системе на базе одноядерных процессоров потребовалось 48 кВт мощности, 126 серверов в шести стойках и 250 кв. футов (23,2 кв. м) площади. Системе на базе четырехъядерных процессоров потребовалось 6 кВт мощности, 17 blade-серверов, 1 стойка и 40 кв. футов (3,7 кв. м) площади.
Современные процессоры обеспечивают:
- 83%-ное сокращение занимаемой площади;
- 87%-ное снижение ежегодных расходов на электроэнергию экономию 35 000 евро ($53 000) на выполнении 5,1 млн bops.
Производительность измерялась с помощью приложения SPECjbb2005 в единицах bops (бизнес-операций в секунду), сравнивались: 2-процессорный сервер (2004 г.) на базе одноядерного процессора Intel Xeon (3,6 ГГц) и 2-процессорный сервер (2008 г.) на базе четырехъядерного процессора Intel Xeon E5450 (3,0 ГГц, 80 Вт, системная шина 1333 МГц) по состоянию на 22 августа 2007 г.
Недавно корпорация Intel выполнила проверку концепции (PoC), чтобы проиллюстрировать преимущества использования воздушного экономайзера и внешнего воздуха (на 100%) при температурах до 32°C (90°F) для охлаждения серверов. Воздушный экономайзер сбрасывает горячий воздух за пределы помещения и втягивает внешний воздух для охлаждения серверных стоек. Цель PoC – проверить отраслевую гипотезу о том, что воздушные экономайзеры можно использовать только при относительно низкой температуре внешнего воздуха. Корпорация Intel продемонстрировала, что экономайзер можно использовать
