Снижение энергопотребления является высшим приоритетом для ЦОДов

Интерес к проблеме эффективного использования энергии в ЦОДах в настоящее время повышается. На протяжении многих лет серверы, приложения и устройства хранения бесконтрольно потребляли всё больше и больше электричества.

Мало того, сегодня благодаря постоянно растущей плотности размещения микросхем и появлению блейд-серверов оборудование выделяет больше тепла в пересчете на единицу объема, чем когда-либо прежде. По этой причине охладительные системы работают с повышенной интенсивностью. В довершение в 2008--2009 гг. данные тенденции совпали с самым тяжелым экономическим кризисом в жизни целого поколения, заставив многих руководителей ИТ-подразделений изыскивать способы борьбы с безудержным ростом энергопотребления.

Ставки в этой игре высоки. Если ЦОДу не хватит энергии, придется проводить дорогостоящую реконструкцию или создавать новый, отмечает аналитик из компании IDC Джед Скарамелла. “Главное — не доводить дело до такого состояния”, — говорит он. И добавляет, что дешевле произвести некоторые изменения сейчас, чем заниматься со временем полной перестройкой ЦОДа.

В опубликованном недавно исследовании IDC утверждается, что расход энергии и охлаждение представляют основной предмет забот ИТ-руководителей, из которых 21,8% назвали это своей первоочередной проблемой. Нехватка площадей, часто связанная с вопросами обеспечения электричеством и охлаждения, оказалась на третьем месте по важности – ее упомянули 12,4% респондентов. А на второе место вышли проблемы обеспечения доступности, избыточности и восстановления после катастроф — они заботят 15,5% ИТ-руководителей.

Проектирование ЦОДа с чистого листа

Что, если бы вам предоставилась возможность создать ЦОД с нуля?

Если компании всего мира пытаются перестроить свои ЦОДы таким образом, чтобы эффективно использовать каждый ватт электроэнергии, то финансируемая венчурным капиталом фирма Power Loft, которая строит ЦОДы и управляет ими, имеет перед ними то преимущество, что может проектировать новые ЦОДы с нуля.

“Мы перестали заниматься модернизацией, — говорит Джим Коакли, президент и генеральный директор Power Loft (г. МакЛин, шт. Вирджиния). — Мы только строим с нуля. Мы не можем обеспечить столь же высокую эффективность работы в результате перестройки существующих ЦОДов”.

ЦОДы и здания, в которых они размещаются, строят, руководствуясь определенными соображениями, которые вполне справедливы в период строительства, но не обязательно сохраняют свою силу 10 или 20 лет спустя. По словам Коакли, совсем недавно, еще в 2005 г., ЦОДы создавали с расчетом, что одна стойка с оборудованием будет потреблять 1 кВт электроэнергии. Сейчас же в связи ростом вычислительных возможностей микропроцессоров ожидаемое энергопотребление определяется в 6--8 кВт на стойку, говорит он. А заглядывая в будущее, Коакли предвидит появление стоек, которым потребуется 20 кВт.

“Каждый раз, когда происходил скачок в потреблении энергии, приходилось перестраивать старые ЦОДы, чтобы уменьшить количество стоек и увеличить число кондиционеров, — поясняет он. — Мы намерены с этим покончить”.

Компания Power Loft считает, что решение состоит в создании двухъярусных зданий, где первый этаж имеет высоту 8,2 м, а второй — 6,4 м. Громадное помещение первого этажа занимают кондиционеры и энергетическое оборудование, тогда как второй резервируется исключительно для ИТ-оборудования.

Площадь, отводимая под компьютеры и системы хранения, увеличивается на 25%. По сравнению с большинством других ЦОД компании Power Loft вмещает на 50% больше стоек и обеспечивает на 100% больше электрической мощности на каждую стойку. Это важно при виртуализации серверов, подчеркивает Коакли.

Размещаемые на первом этаже системы распределения воздушных потоков (AHU, air handling unit) на 25% более эффективны, чем используемые обычно кондиционеры (CRAC, computer room air conditioning). Тщательная регулировка входящих и исходящих потоков воздуха, для которых предусмотрены каналы в конструкции здания вместо дополнительно прокладываемых трубопроводов, позволяет сэкономить еще 12% энергии.

Рядом с основным корпусом компании Power Loft находятся два сооружения, где размещены 33 дизель-генератора. Поскольку постоянному току отдается предпочтение перед переменным, ЦОДы проектируются таким образом, чтобы при необходимости они могли перейти на постоянный ток. В целом ЦОД компании Power Loft потребляет на 70% меньше энергии, чем обычный ЦОД. По словам Коакли, это позволяет ежегодно экономить до 8 млн. долл.

Хотя соображения экологического порядка не являются главными для Power Loft, благодаря средствам, полученным из федерального бюджета, компания собирается установить в своем первом ЦОДе в округе Принц Уильям, шт. Вирджиния, солнечную батарею мощностью 1 МВт. Второй ЦОД, который пока еще только проектируется, будет находиться в г. Сан-Антонио.

Кроме того, 49% опрошенных сообщили, что перебои в энергообеспечении и охлаждении стали причинами простоя серверов или систем хранения. Другие проблемы, в частности рост операционных расходов (44%) и ограничения на развертывание новых систем (33%), тоже относятся к числу основных и связанных с потреблением энергии.

Хотя стремление к эффективному расходованию электричества отчасти совпадает с попытками перехода на “зеленые” ИТ, это все же разные вещи. “Зеленые” ИТ часто предусматривают применение альтернативных источников, таких как энергия солнца и ветра, а кроме того учитывают грядущие изменения в финансовом и торговом законодательствах, тогда как первоочередными целями эффективного использования энергии являются сокращение расходов и снижение потребления.

Шокирующие открытия

Стремясь поставить потребление энергии под контроль, ИТ-специалисты должны быть готовы испытать потрясение.

“Мы обнаружили несколько неиспользуемых приложений и серверов, —сказал CIO корпорации Sprint Джон Фелтон. — Некоторые приложения были запущены, но никто к ним не обращался. О них просто забыли, а они расходовали энергию и ресурсы”.

Гордон Брюс, CIO города и округа Гонолулу, начавший реконструкцию ЦОДа вскоре после своего назначения на нынешнюю должность в 2005 г., рассказывает похожую историю. “Я начал с инвентаризации, — вспоминает он. — Никто не мог сказать мне, что у нас есть или где это находится. Я обнаружил оборудование, которое не использовалось многие годы и тем не менее было включено”.

Хотя это может показаться вздором, но отключение неиспользуемых приложений и обслуживающих их серверов требует дипломатичности, разговор на эту тему не всегда оказывается легким. Следует пригласить заинтересованные стороны и разъяснить, во что это обходится.

“Один из ваших сотрудников занимается приложениями, другой — бизнесом, третий — обеспечением операций. Нелегко заставить их работать вместе, — говорит Фелтон из корпорации Sprint. — Но мы установили со всеми деловые отношения и обеспечили сотрудничество представителей различных подразделений”.

Большинство обнаруженных им “мертвых” приложений предназначались для составления отчетов, потребность в которых отпала. Следующий шаг не составлял проблемы. “Избавившись от приложений, можно было легко удалить соответствующее оборудование”, — отметил Фелтон.

Sprint добилась значительного эффекта. Закрыв 127 приложений, удалив или переключив на выполнение других задач 2239 серверов и высвободив 291 942 Гб в системе хранения, корпорация в 2008 г. сэкономила 30 млн. долл. на оплате электричества, оборудования, ПО и обслуживания. Самое важное, что Sprint сумела остановить рост потребления электроэнергии, который достигал 10--15% в год.

“Два из трех наших основных ЦОДов были на грани исчерпания энергоресурсов”, — вспоминает Фелон. Нехватка энергии, добавляет он, вызвала бы необходимость в создании новых ЦОДов стоимостью в миллионы долларов: “Мы считаем, что теперь, добившись стабилизации расхода энергии, можно приступить к его снижению”.

Достоинства виртуализации

После того как выяснены и устранены причины расходования электричества впустую, ИТ-менеджеры, озабоченные проблемой энергопотребления, часто стремятся виртуализировать серверы, системы хранения и сети. Компания Electro-Motive Diesel (г. Лагранж, шт. Иллинойс), выделившаяся в 2005 г. из General Motors и выпускающая дизели для тепловозов, столкнулась с неуправляемым ростом своего ЦОДа. В 2007 г. этот рост составил 150%, что было связано с распространением сферы деятельности компании на Южную Африку, Индию и Китай. Потребовалось, чтобы находящийся в штаб-квартире ЦОД работал круглосуточно.

Объем данных, как структурированных, так и неструктурированных, ежегодно увеличивался на 500--600%. Количество серверов в главном ЦОДе в г. Лагранже выросло со 100 до 180. Положение становилось критическим. И действительно, в 2008 г. вышла из строя система хранения.

В результате принятых мер уровень виртуализации в основном ЦОДе в Лагранже повысился с 5% до 95. Вспомогательный ЦОД в Чикаго теперь виртуализирован на 100%. Виртуализация позволила снизить потребление энергии на 50--60% и освободить 75--80% площадей, поскольку 180 серверов были консолидированы и перенесены в качестве виртуальных на 16 блейд-серверов производства Hewlett-Packard.

“Когда генеральный директор первый раз зашел в ЦОД, он удивился, куда всё подевалось”, — сказал вице-президент и руководитель ИТ-подразделения Анураг Бхаргава.

Помимо агрессивного использования виртуализации Electro-Motive начала борьбу за эффективное хранение данных, внедряя так называемую технологию экономичного выделения пространства хранения (thin provisioning), при котором на энергоемких быстро работающих устройствах первого уровня хранятся только часто используемые данные. Компания организовала три уровня хранения, перенеся редко используемые данные на более дешевые устройства, потребляющие меньше электричества. Третий уровень хранения состоит из дисков с высокой плотностью записи, которые по сравнению с устройствами первого уровня потребляют в три раза меньше энергии.

Компания реализовала также дедубликацию данных, благодаря чему объем хранящейся информации уменьшается за счет устранения дубликатов. По словам Бхаргавы, дедубликация сократила потребности в хранении на 20--30%.

В Гонолулу Брюс ликвидировал около 200 Wintel-серверов, сократив их число примерно до 160. Его цель — иметь 40 серверов, на которых будет установлено ПО виртуализации компании VMware. Он виртуализирует также сервер IBM pSeries. Благодаря высвободившейся вычислительной мощности Брюс получил возможность использовать несколько новых приложений. Большую экономию дала также передача голоса по IP (VoIP), позволившая городу избавиться от 14 АТС различной конструкции и сократить расходы на телефонию на 250 тыс. долл.

Одно из самых простых решений, способствующих более эффективному использованию энергии, заключается в приобретении нового оборудования. Чем оборудование современнее, тем эффективнее оно должно использовать электричество. Следуя по этому пути, Брюс заменил три старых мэйнфрейма двумя новыми моделями IBM z9, имеющими сертификат Energy Star.

Выключите свет, поднимите температуру

После оптимизации использования оборудования настает время взять под контроль сам ЦОД. Кондиционеры являются основными потребителями энергии. Для решения этой проблемы можно предпринять некоторые меры.

Первая — просто поднять температуру на несколько градусов. Дуглас Уошбёрн, аналитик из компании Forrester Research, сообщает, что когда ИТ-менеджеры корпорации KPMG увеличили температуру в ЦОДе с 21 ºС до 23,3 ºС, расход электроэнергии снизился на 12,7%. Изменение относительной влажности тоже может дать эффект. Те же ИТ-менеджеры обнаружили, что ее снижение с 50 до 40% позволило сэкономить 15% энергии.

Какова бы ни была температура, в хорошем проекте ЦОДа должны быть предусмотрены чередующиеся воздуховоды для горячего и холодного воздуха. Когда они расположены таким образом, поток самого холодного воздуха проходит над наиболее сильно нагревающимся оборудованием. Горячий же воздух будет сразу поступать в вытяжные каналы и не сможет смешиваться с холодным.

Джед Скарамелла из компании IDC отмечает, что важно установить заслонки там, где в стойках нет серверов. Холодный воздух не должен проходить через стойки, не вступая в контакт с оборудованием. Важно также, говорит он, использовать инструменты управления питанием, чтобы понять, сколько энергии потребляет ЦОД — серверы, системы хранения и само энергетическое оборудование. “Многие плохо представляют себе, что происходит в ЦОДе”, — говорит аналитик.

Хорошо спроектированная система охлаждения позволяет сэкономить на кондиционерах. Сначала ЦОД Electro-Motive был плохо приспособлен для использования блейд-серверов. Тогда компания изменила маршруты потоков воздуха и повысила температуру в ЦОДе на 2,5 градуса. Это позволило отказаться от одного кондиционера, рассказывает Бхаргава.

Некоторые ЦОДы находят средства охлаждения в окружающей среде. Например, ЦОД IBM в г. Покипси, шт. Нью-Йорк, зимой использует в своей системе охлаждения воду из протекающей неподалеку реки Хадсон. Об этом сообщил Питер Мак-Кэффри, директор по маркетингу подразделения динамичной инфраструктуры в группе IBM Systems and Technology Group.

Логично, что попытки экономии электроэнергии концентрируются на ЦОДах. Однако и за их пределами находится масса вычислительных устройств. Нередко ПК, принтеры и коммутационные шкафы, разбросанные по всему предприятию, потребляют больше электричества, чем сам ЦОД. Расчистив в 2008 г. свой ЦОД, корпорация Sprint принялась за прочее оборудование и надеется за счет этого сэкономить в 2009 г. 20 млн. долл., сообщил Фелтон.

Чтобы управлять энергопотреблением настольных ПК и ноутбуков, Брюс из Гонолулу развертывает ПО Surveyor компании Verdiem, которое отключает ПК и мониторы ночью, а если они не используются, то и днем. По его оценке, Surveyor позволит снизить потребление энергии офисными компьютерами на 30%.

Пока специалисты по ИТ разрабатывают своего рода закон об энергосбережении, стоит обратить внимание на фонды экономического стимулирования, с помощью которых министерство энергетики стремится содействовать применению “зеленых” технологий. Корпорация Sprint, например, получила грант на использование аккумуляторов на водородном топливе в качестве резервного источника питания. А компания Power Loft, которая строит современные, эффективно использующие энергию ЦОДы и управляет ими, получила грант на установку солнечных панелей на одном из своих объектов.

Время покажет, смогут ли эти попытки перехода на альтернативные источники энергии изменить ситуацию в ЦОДах в долгосрочном плане. Пока же вы можете многое сделать, чтобы покончить с расточительностью. Прежде всего тщательно изучите всё, с помощью чего осуществляются ваши ИТ-операции (начиная с используемых приложений и заканчивая устройствами хранения), а также обследуйте здания, в котором они осуществляются.

Александр Халаев, генеральный директор “Tripp Lite Россия и СНГ”

В условиях экономического кризиса многие компании отказываются от применения “зеленых” технологий — когда бизнес под угрозой, вроде бы не до экологии. А ведь Green IT — это и сокращение потребляемых ресурсов, включая энергетические, и продление срока службы оборудования, что в целом позволяет компаниям оптимизировать свои расходы и повысить эффективность инфраструктуры.

Именно поэтому разработки в области “зеленых” технологий — одно из ключевых направлений исследований компании Tripp Lite. В качестве примера можно привести технологию перевода ИБП в экономичный режим работы по расписанию, уже реализованную в однофазных ИБП серии SmartOnline нового поколения (“A”). Это одновременно и решение экологического вопроса (чем выше КПД, тем меньше выбросов в атмосферу), и снижение операционных затрат на инфраструктуру. По расчетам Tripp Lite, применение ИБП с экономичным режимом работы в типовом ЦОДе мощностью 32 кВт в течение пяти лет дает экономию в 0,11 долл. на 1 кВт•ч потребленной энергии.

Наряду с системами уровня предприятия энергосберегающая функция реализована и в новых сетевых фильтрах Tripp Lite серии Protect It! для персонального использования. Теперь фильтры оснащены мастер-розетками и управляемыми розетками. Такое разделение позволяет автоматически отключать оборудование, запитанное от управляемых розеток, при отключении главного устройства, включенного в мастер-розетку.

Кроме того, качественное и стабильное питание влияет на срок эксплуатации и функционирование защищаемого оборудования. Поэтому современные ИБП — это не только защита от перебоев энергоснабжения, но и инструмент реальной экономии.

В современных реалиях “зеленое” решение — это сплав экологичности и экономичности. Ведь снижение энергопотребления компании даже на несколько процентов дает весьма ощутимую экономию в масштабах года и, опять же, положительно влияет на экологическую составляющую работы технического парка компании.

Алексей Солодовников, руководитель подразделения Schneider Electric Datacenter Solution Team

Рост интереса предприятий к решениям Green IT вполне понятен: “зеленые” ИТ подразумевают снижение энергопотребления ИТ-систем, а значит, и сокращение операционных затрат, хотя для внедрения таких технологий, скорее всего, потребуются дополнительные капвложения. Впрочем, существуют технологии, которые позволяют сократить и капитальные затраты: это видно на примере ЦОДа SwitchNAP с потребляемой мощностью 84 МВт и энергетической плотностью 16,5 кВт/м2, который построен Schneider Electric недалеко от Лас-Вегаса и, вероятно, в ближайшем будущем получит сертификат консорциума GreenGrid. Однако стоит учесть, что в этом случае сокращение капитальных затрат потребовало новых технологий и новаторских подходов.

У большинства же действующих ЦОДов коэффициент эффективности использования электроэнергии PUE (отношение общей потребляемой мощности к мощности, потребляемой только ИТ-оборудованием) сегодня составляет 1,7—1,9. Таким образом, есть два пути экономии энергии. Первый заключается в снижении энергопотребления инженерным оборудованием ЦОДов, к чему Schneider Electric как поставщик таких систем постоянно стремится.

Второй путь — уменьшать потребление ИТ-оборудования. Добиться этого позволяют, в частности, технологии виртуализации. Как правило, их применение требует серьезной ревизии ИТ-систем, потому что увеличение загрузки серверов с 5—10% (традиционный уровень) до 50—60% ведет к серьезным затратам на внедрение программных пакетов, а возможно, и к смене вычислительной платформы. Но в итоге удается снизить энергопотребление дата-центра в разы.

К сожалению, в России мы пока лишь на пути к “зеленым” ИТ, поскольку у нас еще нет стимулирующих экономических механизмов, которые уже действуют в других странах — участницах Киотского протокола, где предпринимаются серьезные усилия для снижения энергозатрат и сокращения количества парниковых выбросов.

Максим Начинкин, руководитель группы инженерных систем, IBM в России и СНГ

По оценкам IBM, потребление электроэнергии ЦОДами удваивается каждые пять лет и все больше компаний осознают, что этот параметр нужно учитывать еще на стадии планирования ИТ-инфраструктуры. При этом нужно иметь в виду, что выбор в пользу современных решений может дать значительный экономический эффект. Например, выпущенный IBM сервер iDataPlex потребляет на 40% меньше электроэнергии, чем его аналоги предшествующего поколения. Кроме того, сконструирован он таким образом, что два сервера могут охлаждаться одним вентилятором, за счет чего обеспечивается существенное снижение потребления энергии системой охлаждения.

Уменьшить энергопотребление ЦОДа можно не только за счет применения более современных аппаратных решений. Например, ПО IBM Systems Director Active Energy Management обеспечивает оператору ЦОДа расширенные возможности управления энергопотреблением. Технология позволяет снизить расходы на администрирование и энергопотребление в типичном ЦОДе вплоть до 30%.

Не стоит пренебрегать и предлагаемыми сегодня на рынке консалтинговыми услугами по оптимизации энергопотребления. В рамках таких услуг могут решаться разные задачи, в частности разработка стратегии развития ЦОДа, предусматривающей ежегодное увеличение его производительности без увеличения расходов на эксплуатацию, или продление срока службы уже имеющегося оборудования (вполне достижимый результат — на 30—40%).

С помощью экспертов во многих случаях можно получить реальную экономию в течение буквально двух-трех недель, если, например, правильно оптимизировать распределение потоков холодного и горячего воздуха в ЦОДе. Опыт IBM показывает, что таким образом удается снизить энергопотребление на 10—15% без дополнительного вложения средств.