ИТ-отрасль должна быть экономной: эта часто декларировавшаяся прежде истина приобрела за последние пару месяцев особый практический смысл на фоне пандемии COVID-19. Внезапное нарушение привычного рабочего ритма и каналов поставок заставило представителей всех направлений хозяйственной деятельности на планете осознать, насколько важно бережное — даже на грани разумной скаредности — расходование доступных ресурсов для достижения намеченных целей.
Холод почти даром
В ситуации, когда пополнять запасы этих самых ресурсов либо некому, либо неоткуда, выигрывает на рынке не тот, у кого крупнее склады, но тот, кто способен растянуть наличные запасы и иные ресурсы на как можно более долее долгий срок — не в ущерб ожиданиям потребителей своих товаров и услуг, разумеется. В приложении к дата-центрам такая стратегия подразумевает, в частности, всемерную ориентацию на как можно более зелёный характер функционирования: снижение энергозатрат с одновременным сокращением негативного воздействия на окружающую среду.
Энергия, на первый взгляд, сегодня менее чем когда-либо нуждается в экономии. Цены на нефть падают вместе с потреблением электричества простаивающими либо снижающими обороты из-за коронавируса заводами и фабриками. По данным NASA и ESA, содержание в атмосфере над КНР двуокиси азота (значимого индикатора индустриальной активности, выбрасываемого в воздух промышленными предприятиями, двигателями внутреннего сгорания и электростанциями на ископаемом топливе) значительно снизилось к началу марта, а к середине месяца аналогичная картина, пусть и в меньшем масштабе, уже наблюдалась в Италии.
Однако те же ЦОДы с производственной точки зрения в наименьшей степени подвержены влиянию карантинных и прочих ограничительных мер. Число занятых на них сотрудников сравнительно невелико, и возможность дистанционного контроля практически всегда имеется (либо её не составляет особого труда организовать при необходимости). Может показаться, что компьютерная техника и, в частности, серверы в отличие от каких-нибудь электроплавильных печей расходуют не так уж много энергии. Но это представление ошибочно: согласно Lean ICT report 2019, опубликованного французским аналитическим центром The Shift Project, потребление электричества цифровыми вычислительными устройствами всех разновидностей с 2015 по 2020 гг. выросло в мире на 9%.
Эксперты подсчитали, что к 2025 г. примерно за 8% всех выбрасываемых в атмосферу планеты парниковых газов будут ответственны именно цифровые устройства. И это ещё, строго говоря, оценка, сделанная снизу: в допущении, что типичный
Провайдеры услуг дата-центров, в особенности коммерческих, уверенно держат нос по ветру и не устают подчёркивать зелёный, дружественный к природе характер организации своих производств, — как это пристойно и модно в наши дни. Специалисты же IDC, которых цитирует издание ComputerWeekly, свидетельствуют: априори принимать на веру подобные заявления не следует. В честно сертифицированном на соответствие всем мыслимым стандартам ЦОДе вполне может отыскаться машинный зал (и не один), куда невозможно войти без тулупа и валенок, где заполнено стойками в лучшем случае 40% доступного пространства, а
Пока целевые показатели работы крупного дата-центра соответствуют заданным менеджментом целям, пока он исправно приносит ожидаемую прибыль, разбираться в деталях и дотошно оптимизировать его деятельность никто не станет. Тем более — в ситуации, когда нефть торгуется уже на уровне 30 долл. за баррель. Малые ЦОДы в относительно большей мере ответственны за нецелевое расходование энергии, поскольку вынуждены совмещать в пределах одного-двух машинных залов стойки с оборудованием, работающим в различных режимах и требующим разных подходов к охлаждению.
К примеру, гиперскейлеры могут позволить себе выделять особые помещения для высокопроизводительных серверов (HPC) и соответствующим образом организовывать для них усиленное охлаждение. Небольшой же коммерческий дата-центр почти наверняка разместит сверхнагруженные вычислительными задачами стойки в том же коридоре, что и мирно похрустывающие жёсткими дисками виртуальные ленточные библиотеки, и охлаждать всё это хозяйство вместе будет, разумеется, по максимуму. Понятно, что существуют различные способы оптимизации теплоотвода — холодные/горячие коридоры, жидкостное охлаждение и т. п. Однако в целом проблема избыточно холодных (и потому чрезмерно энергоёмких) ЦОДов продолжает оставаться актуальной.
Рационализируй это
Важным шагом на пути к выравниванию нагрузки на размещённое в ЦОДах оборудование стала виртуализация. В пределах возможностей аппаратной платформы любой задаче может быть выделен практически любой вычислительный ресурс ровно на время её исполнения. Вот было бы здорово, если бы удалось каким-то схожим образом рационализировать сами аппаратные средства дата-центров! В частности, автоматически выделять для особо требовательных к скорости обмена данными задач те серверы, что собраны в обособленном HPC-кластере, который размещён в отдельном помещении с усиленным кондиционированием. Или распараллеливать критически важные вычисления, производимые в реальном времени, ради пущей надёжности — но разводить параллельное исполнение задач по разным серверным коридорам. чтобы не допускать чрезмерной нагрузки на систему теплоотвода.
Эксперты IDC убеждены, что это вполне реально и что именно в этом направлении должны развиваться ЦОДы как сегодня, так и в ближайшем будущем. Но для построения полной картины состояния аппаратных средств ЦОДа в каждый момент времени необходимо создание его цифрового двойника, точной численной модели, которая позволит оценить — в зависимости от нагрузки — тепловыделение и потребление энергии вплоть до каждой отдельной стойки, эффективность работы установленных систем отвода тепла и т. п. Адекватный цифровой двойник дата-центра позволит всемерно снизить риски и обеспечить бесперебойное функционирование критически важного оборудования в проектах, связанных с совместной обработкой больших данных.
Средства мониторинга и управления ЦОДами из облака, в том числе с использованием цифровых двойников, уже разработаны и доступны. Однако многие операторы по-прежнему сторонятся их, не решаясь предоставлять доступ извне к своим инфраструктурным данным на постоянной основе. Однако в нынешних реалиях, когда мультиоблачность начинает становиться из модного тренда объективным требованием времени, дата-центры без возможности участия в крупных проектах со множеством заказчиков, свободно перемещающих свои виртуальные машины и данные между разнородными платформами, обречены на бесславное прозябание.
Помочь в непрерывной верификации однажды выстроенного цифрового двойника ЦОДа помогут продуманно расположенные датчики, собирающие сведения о температуре, влажности, вибрации и иных физических параметрах работы, а также искусственный интеллект, оркеструющий функционирование этих датчиков и управляющий на их основе «умной» системой охлаждения дата-центра как целого. Впрочем пока, по оценке IDC, провайдеры вычислительных услуг в мире находятся на самых ранних стадиях пути к построению подлинно «умных» ЦОДов. Европейские — чуть впереди, расположенные в Азиатско-Тихоокеанском регионе — несколько поотстав, но и тем, и другим есть ещё над чем поработать в этом направлении.
Эксперты IDC убеждены: даже если сегодня многие компании с большим или меньшим лицемерием «зеленят» (greenwashing; по аналогии с «отбеливают») свой имидж, стараясь если не быть, то хотя бы выглядеть более привлекательными с точки зрения защиты природы и сбережения ресурсов, в дальней перспективе даже подобное ханжество в любом случае сработает на общее благо. Внедряя отдельные зелёные технологии и процессы, пусть даже ради привлечения инвесторов и неравнодушных сотрудников, а не из искренней заботы о будущем планеты, такие компании уже вносят определённую лепту в оздоровление экологической ситуации в целом.
Это, кстати, будет особенно важно, когда мировое хозяйство, отправляясь от нанесённого коронавирусом урона, примется с удвоенной силой выходить на прежние обороты и навёрстывать недополученные прибыли. Уже появляются сведения о том, что правительство КНР готов отменить как минимум на несколько месяцев экологические ограничения для тех производств, которые будут вынуждены работать сверхурочно ради скорейшего восстановления объёмов производства. Но если подобного рода ограничения изначально интегрированы в производственный цикл, а управляет им обученный на цифровых двойниках экономии ресурсов беспристрастный и неподкупный ИИ, ущерб окружающей среде от таких предприятий окажется ниже, чем от управляемых и оптимизируемых по старинке, вручную.
ЦОДы бегают по кругу
В концепции экономики замкнутого цикла (или попросту цикличной; circular economy) важнейшую роль играют возобновление, переработка и повторное использование ресурсов. Дата-центры, по убеждению экспертов IDC, обязаны следовать этой концепции — прежде всего, в части утилизации отбираемого из серверных коридоров тепла. Тепло это формируется в объёмах, вполне сопоставимых с генерацией типичной городской ТЭЦ, обслуживающей несколько кварталов или целый микрорайон. Соответственно, расположенный в городской черте (или поблизости от фермерского хозяйства, или рядом с большим производственным комплексом) ЦОД вполне способен заменить собой привычного поставщика тепловой энергии на бытовые и промышленные нужды, не требуя притом дополнительных инвестиций в выработку этой самой энергии, — разве что в магистрали для её транспортировки и распределения.
Аналогично следует проявлять бережливость и в отношении серверного оборудования, которое всё ещё функционирует, но по тем или иным причинам перестаёт отвечать требованиям современных клиентских задач. В этой части эксперты рекомендуют зонирование вычислительных средств с перераспределением не требующих серьёзных мощностей заданий на стойки с морально устаревшим оборудованием — при участии уже упомянутого ИИ, конечно же. Причём расхожий аргумент противников такого подхода (повышенная энергоэффективность более современных процессоров, накопителей и прочих комплектующих по сравнению со старыми моделями) здесь не совсем адекватен. Ведь расходы на глубокую переработку ИТ-оборудования настолько высоки, что в большинстве случаев выгоднее (с экологической точки зрения) оказывается использовать уже имеющееся вплоть до полного безвозвратного выхода из строя, а не заменять его по прошествии формально заданного временного интервала новым.
Сторонники «естественного» подхода к управлению дата-центрами настаивают, что любую задачу оптимизации можно решить, что называется, аналитически — силами знающего квалифицированного специалиста или коллектива. Однако объёмы данных на планете неумолимо растут, и ЦОДы для их эффективной обработки требуются всё более крупные. Да и тех, вообще говоря, вскоре не хватит: по оценке Cisco, в 2025 г. одни только элементы Интернета вещей, промышленного и домашнего,. в совокупности породят не менее 67 Зб условно-полезных данных. Эта величина в 35 раз превышает фактическую вместимость всех дата-центров Земли, которые должны будут функционировать к тому времени.
В этой связи особенно обострится потребность в новых архитектурах многоэтапной последовательной обработки данных, включая периферийные (edge) и туманные (fog) вычисления. Причём как раз для преобразования первичных данных особой мощности от компьютерного «железа» как правило не требуется. Зато требуются разбирающиеся в этом специалисты — и отдельные интеграторские и ИТ-консалтинговые компании на Западе уже успешно включают в своё штатное расписание директоров по устойчивому развитию (director of sustainability). В частности, отчёт Майкла Маттеры, занимающего такую должность в Akamai Technologies, свидетельствует: даже с использованием морально устаревшего серверного оборудования и «забортного» воздуха в холодное время года в 2019 г. в ряде американских ЦОДов удалось выйти на показатели PUE в диапазоне
Другой экологичный ЦОД, Goonhilly Earth Station в британском Корнуолле, служит информационным хабом для плотных потоков данных, поступающих с космических спутников. Этот дата-центр раскинулся на площади 68 га и испрользует в своих системах теплоотвода непроводящую биоразлагаемую жидкость компании Submer, эффективность которой примерно на 65% превышает таковую для классических систем охлаждения. В настоящее время в этом ЦОДе монтируются солнечные панели, суммарная мощность генерации которых через год должна выйти на уровень 0,5 МВт, сделав Goonhilly Earth Station первым в мире нейтральным по углеродному выбросу дата-центром, питаемым полностью энергией Солнца.
В целом эксперты IDC рассматривают энергоэффективность и устойчивость по отношению к окружающей среде как основные драйверы развития индустрии ЦОДов. Чем плотнее будут располагаться на глобусе эти предприятия с течением времени, тем важнее для них окажется отсутствие «углеродного следа», максимально полная возобновляемость используемых ресурсов, доведённая до предела экономичность. А в том, что дата-центров год от года будет требоваться всё больше, сомневаться решительно не приходится.
