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. долларов США (4,8 млрд. евро) на оплату электроэнергии1. 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 электроэнергию2.

Поскольку тарифы на электроэнергию растут, а увеличение потребляемой мощности невозможно, многие компании неизбежно приходят к выводу, что энергопотребление центров обработки данных необходимо контролировать.

Выход из сложившейся ситуации

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%3. 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.

Будущее начинается сегодня

Корпорация Intel находится на переднем крае многих разработок, направленных на обеспечение энергоэффективности центров обработки данных. Она обобщает и распространяет передовой опыт, а также стимулирует масштабные изменения в центрах обработки данных. Эти инициативы предлагаются на многих уровнях: от проектирования реальной продукции и спецификаций до консультирования и управления центром обработки данных. Использование некоторых или всех предлагаемых подходов поможет создать по-настоящему энергоэффективный центр обработки данных с высочайшим уровнем производительности.

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 долларов США) по сравнению с центрами, использующими двухъядерные процессоры более раннего поколения, изготовленные по 65-нанометровой производственной технологии4. Новейшая процессорная технология предоставляет также великолепную платформу для виртуализации и консолидации серверов, что играет центральную роль в сокращении энергопотребления центра обработки данных.

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.5

Первые ласточки

Один из заказчиков Intel, компания Turkiye Is Bankasi, ведущий турецкий поставщик финансовых услуг, создала на 11 физических серверах 120 виртуальных. Это позволило решить проблему нехватки площадей в центре обработки данных (что препятствовало расширению бизнеса), повысить производительность, снизить энергопотребление, а также создать платформу для поддержки новых бизнес-услуг, подключенную непосредственно к фондовой бирже Стамбула.

Еще один заказчик Intel, шведский инвестиционный банк Carnegie, заменил 140 устаревших серверов шестнадцатью новыми, которые были виртуально разделены на 140 логических серверов. В результате этого банк Carnegie ежегодно экономит 1 миллион шведских крон (167 000 долларов) на оплате электроэнергии и около 2 миллионов шведских крон (334 000 доллара) на поддержке и техническом обслуживании.

Превосходя ожидания

Заказчик Intel из Франции начинает использование процессоров Intel® Xeon® серии 7300 (изготавливаемых по 65-нанометровой производственной технологии), а также процессоров Intel® Xeon® серии 5400 и Intel® Xeon® серии 7400 (изготавливаются по 45-нанометровой технологии) для внедрения передового опыта в центре обработки данных, оснащенном 10 000 серверами.

Эти процессоры помогут снизить энергопотребление, затраты на электроэнергию, вредное воздействие на окружающую среду и предоставить важнейшим клиентам высокопроизводительные хост-сервисы, которые также обеспечат контролируемое использование энергии. Такая возможность – проводить мониторинг и измерять потребляемую мощность – важная веха в развитии индивидуальных хост-сервисов и значительное преимущество для операторов услуг.

Для измерения энергоэффективности компания использует два мощных теста – Power Usage Effectiveness (PUE) и Data Centre infrastructure Efficiency (DCiE). Оба теста разработаны организацией The Green Grid (см. врезку на стр. 5). Показатель PUE в центре обработки данных с новыми процессорами составит 1,33. Это в высшей степени эффективное использование энергии. Например, если серверу требуется 500 Вт, а показатель PUE для центра обработки данных составляет 3,00, то необходима мощность сети электропитания 1500 Вт. Если же показатель PUE равен 1,33, для снабжения энергией 500-ваттного сервера потребуется мощность в сети электропитания всего 665 Вт.

Центр обработки данных в этом случае будет иметь показатель DCiE, равный 75%. Например, значение DCiE 33% говорит о том, что ИТ-оборудование в центре обработки данных потребляет 33% мощности, а остальная электроэнергия используется для обеспечения работы центра обработки данных. Значение DCiE 75% красноречиво свидетельствует о том, что центр обработки данных является в высшей степени эффективным.

Кладезь знаний

Корпорация Intel не только предоставляет вычислительную мощность для работы современного центра обработки данных. Она играет ведущую роль и в более широких разработках и помогает советами по методам кондиционирования и снижения выбросов оксида углерода. Опыт Intel в данной области помог при проектировании заводов по изготовлению процессоров, когда требовался точнейший контроль температуры и экологической безопасности.

Этот богатый опыт, который применялся также в процессе проектирования центра обработки данных Intel West Coast на Западном побережье Америки, одного из лучших в отрасли, будет полезен заказчикам при создании собственных энергоэффективных центров обработки данных.

В центре обработки данных West Coast установлено 13 000 серверов для распределенных вычислений. В этом случае объединенные внутренней сетью системы используют свободные вычислительные циклы всех серверов. Брэдли Эллисон (Bradley Ellison), архитектор центра обработки данных, корпорация Intel, отмечает: “Благодаря grid-вычислениям наши серверы заняты в среднем на 80% своих возможностей. Это выше среднего отраслевого показателя, который составляет около 20%.”

Свежий ветер

В центре обработки данных West Coast использовано также множество других передовых отраслевых технологий. Например, подсистема энергоснабжения, расположенная в центре обработки данных прямо под полом, сводит к минимуму потери, свойственные обычным системам энергоснабжения. В дизайн центра обработки данных включена “вентиляторная стена” (fan wall). По существу, это относительно новый подход к проектированию потоков воздуха, когда крупные вентиляторы заменяют массивом вентиляторов меньшего размера. Так достигается не только экономия энергии, но и снижение эксплуатационных расходов и повышение гибкости при проектировании новых центров обработки данных.

Кондиционирование центра обработки данных представляет собой важную проблему, поскольку оно неразрывно связано с энергопотреблением. Каждый ватт тепловой энергии, выделяющийся в центре обработки данных, должен быть выведен наружу, а это тоже требует дополнительной мощности. По мере роста тепловыделения система становится более нестабильной, возрастает частота отказов компонентов. Затраты энергии на охлаждение системы зачастую сравнимы с ее собственным энергопотреблением.

Чтобы достичь высокой эффективности системы охлаждения, корпорация Intel применила экономайзеры с влажной поверхностью. В них используется вода, температура которой снижается с помощью внешней испарительной градирни для предварительного охлаждения воды в первичных охлаждающих контурах в холодное время года. Компрессоры охлаждающей системы потребляют энергию только при высокой температуре внешнего воздуха. В результате сокращаются общие расходы на кондиционирование центра обработки данных и экономится энергия.

Обмен опытом

Корпорация Intel очень внимательно относится к заказчикам, которые стремятся внедрять передовой опыт и создавать собственные энергоэффективные центры обработки данных. В рамках программы IT@Intel (www.intel.com/it) представители подразделения Intel IT делятся с заказчиками собственным опытом и лучшими практическими методами по многим вопросам, включая проблемы центров обработки данных. По этой программе в центре обработки данных West Coast для заказчиков проводится ежеквартальный саммит, который может стать отправной точкой в проектировании собственного центра обработки данных.

Например, представители компании KPN – ведущего поставщика телефонных, телевизионных и интернет-услуг в Нидерландах, а также в Германии и Бельгии – посетили центр обработки данных West Coast и провели широкие консультации с Intel, чтобы информировать о разработке проекта центра обработки данных, который можно было бы воспроизводить в различных местах. Компания KPN изучила теоретическую возможность использования системы охлаждения под названием Kyoto Cooling*, которая, как и экономайзер с увлажненной поверхностью, использует холодный наружный воздух, чтобы не приходилось круглый год эксплуатировать компрессионные охлаждающие модули с высоким энергопотреблением.

Проанализировав работу экономайзеров Intel с влажной поверхностью, компания пришла к выводу, что система Kyoto Cooling является ценным методом охлаждения и с помощью Intel (моделирование серверной нагрузки и тепловыделения) продолжила разработку проекта центра обработки данных, который предположительно сможет эффективно функционировать на протяжении 10-15 лет.

Кроме того, такой центр обработки данных в высшей степени энергоэффективен. По оценкам компании KPN, центру обработки данных площадью 10 000 кв. м в среднем требуется 104 ГВт-ч энергии для поддержания оптимальной рабочей температуры. При использовании системы Kyoto Cooling в среднем потребуется 20 ГВт-ч, что дает ежегодную экономию 84 ГВт-ч. В финансовом выражении, по оценкам компании KPN, экономия составит 8,4 млн. евро (12 млн. долларов).

Объединяя мир

Брэдли Эллисон говорит: “Разработка энергоэффективного центра обработки данных – это не слепое следование одной конкретной формуле. Необходимо использовать лучшие в отрасли технологии, а также те технологии, которые оптимально подходят для удовлетворения потребностей каждого конкретного заказчика. Мы в Intel обладаем огромным опытом и знаем сильные стороны различных технологий, таких как планирование тепловых режимов. Естественно, мы используем эти знания, чтобы помочь своим заказчикам”.

Возможно, самым впечатляющим примером применения разнообразных технологий может служить восьмилетняя корпоративная стратегия, направленная на преобразование среды собственного глобального центра обработки данных. Число центров обработки данных корпорации возросло до 130, они работают в 74 отделениях в 31 стране. Крупные центры обработки данных с высокой плотностью вычислительного оборудования экономически более эффективны, поэтому Intel в рамках программы преобразований планирует объединить их в стратегически расположенные узловые центры обработки данных. Методы grid-вычислений помогают глобальным группам проектировщиков использовать общий пул вычислительных ресурсов в индивидуальных проектах, а виртуализационное ПО обеспечивает консолидацию корпоративных и офисных серверов. Чтобы способствовать этим изменениям и продолжить снижение затрат, корпорация Intel ускоряет темпы обновления серверов. За счет концентрации усилий на стандартизации центров обработки данных, повышения уровня использования серверов и сокращения числа центров обработки данных предполагается сэкономить 649 млн. евро (1 млрд. долларов).

Став лидером в разработке энергоэффективных центров обработки данных, корпорация Intel помогает снизить их энергопотребление в соответствии с требованиями таких организаций, как EPA. Более того, в будущем подобные центры обработки данных вполне могли бы стать образцами передового опыта в области энергоэффективности для других отраслей промышленности там, где это возможно.

1 Доклад Конгрессу о публичном законе об энергоэффективности серверов и центров обработки данных 109-431, Агентство по охране окружающей среды США, программа ENERGY Star

2 Silicon.com, “Power shortages squeeze London’s data centres” (“Центры обработки данных в Лондоне испытывают дефицит мощности”), 27 февраля, 2008 г.

3 “The Six Key Attributes of a Green Data Center” (“Шесть ключевых атрибутов экологически безопасных центров обработки данных), июль 2008 г., агентство Gartner

4 Техническое описание “45-нанометровые четырехъядерные процессоры для обеспечения энергоэффективности”, ноябрь 2007 г., корпорация Intel

5 Европейский опрос по виртуализации серверов (2008 г.): быстрый рост и более широкий круг приложений

6 Корпорация Intel, 16 января 2008 г. 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. 1 Изменение занимаемой площади измерялось в квадратных футах. 2 Затраты энергии оценивались по потребляемой мощности всей стойки с решением. 3 Энергосбережение вычислялось с учетом тарифа на электроэнергию 0,10 доллара США за кВт-ч в предположении 33%-ной средней загрузки сервера. 4 Окупаемость инвестиций вычислялась путем деления стоимости новых серверов (6264 долларов за сервер HP DL 380G5, 32 ГБ ОЗУ по состоянию на 17 ноября 2007 г. Источник: www.hp.com) на экономию энергии за год. Реальные показатели производительности и величина экономии могут изменяться в зависимости от конфигурации.

elena.feklina@apnet.ru