Центърът за данни е малко като крушка с нажежаема жичка. И двете са подобрили и ускорили развитието на съвременната цивилизация. И двете отделят значителна отпадъчна топлина и използват твърде много електричество според днешните стандарти.

центрове

120-годишното изобретение на Edison може да бъде законодателно прекратено през следващите няколко години, заменено от флуоресцентни тела и светодиоди. Но центровете за данни - сравнително ново явление с удивителен апетит за енергия - скоро няма да бъдат затворени. Те предоставят критични услуги за съвременната икономика.

Само колко енергия използват? През 2005 г., според доклад, проведен от програмата на EPA E NERGY S TAR, центровете за данни консумират приблизително 1,2% от производството на електроенергия в страната - приблизително еквивалентно на работата на 14 централи, работещи с въглища. Докладът посочва преминаването от икономика, базирана на хартия, към цифрова икономика като причина за експоненциалните изисквания за мощност. Според проучване, проведено от Джонатан Кумей, учен от Националната лаборатория на Лорънс Бъркли (LBNL), консумацията на енергия от центровете за данни в световен мащаб се е удвоила между 2000 и 2005 г. Уеб сайтът за управление на енергията на центъра за данни на LBNL твърди, че енергийните разходи за тези съоръжения могат да достигнат 100 пъти повече от тези за типични търговски сгради.

Докладът на E NERGY S TAR изчислява, че предвид настоящите тенденции, потреблението отново ще се удвои до 2011 г. и че пиковото натоварване на електрическата мрежа може да бъде до 12 гигавата по това време, което ще изисква допълнителни 10 електроцентрали с базово натоварване.

Нарастваща информационна икономика
Информационният супермагистрала е широк и непрекъснато се разраства. Оценките показват, че използването на интернет се увеличава с около 10 процента годишно в целия свят. Голяма част от този растеж се дължи на ненаситния апетит за развлечения: изтегляне на музика, видео при поискване, онлайн игри, електронна търговия, интерфейси за социални мрежи и технологии за глас над интернет. Бизнесът също стимулира растежа. Банките и други фирми преминават към модел без информация на хартия, а Sarbanes-Oxley увеличава компаниите, които все повече разчитат на съхранение на цифрова информация.

Полагат се нови усилия за ограничаване на част от това потребление на енергия и компаниите все повече експериментират с нови технологии, които ще помогнат за намаляване на разходите за електричество.

Две тенденции задвижват тази повишена информираност, казва Уилям Чуди, изследовател от отдела за енергийни технологии в околната среда на LBNL. „Разходите привличат вниманието на хората“, казва той. „Освен това изпитват затруднения с охлаждането на някои от енергоемките зони.“

Ранните практики за ограничаване на потреблението са постигнали подобрения в ефективността до 25 процента, според E NERGY S TAR. И като прилага най-добрите практики към центровете за данни (вижте „Използване на енергията на центровете за данни на EPA за модели на страница 66), E NERGY S TAR изчислява, че през 2011 г. потреблението на енергия от центровете за данни може да се ограничи до нивата от 2006 г., а не да се удвои. Освен това, когато се изпълняват правилно, тези повишения на ефективността са постижими, без да се компрометира производителността на центъра за данни.

„Обичам да казвам, че няма сребърен куршум, но има много сребърни BB“, казва Tschudi.

Дори и с малки промени операторите на центрове за данни могат да намалят потреблението на енергия до 25 процента, казва той. „Когато започнете да говорите за по-агресивни промени, можете да реализирате 40% или повече спестявания.“

Ако спечелването на 25 процента е относително лесно, защо повече центрове за данни не включват такива мерки? Като начало, мениджърите на центрове за данни не винаги имат достъп до енергийни профили. Често центровете за данни са част от по-голямо съоръжение и мениджърите не могат да очертаят колко енергия консумира един интегрален център за данни.

„Средните оператори на центрове за данни не знаят какво могат да правят“, казва Чуди.

Разбираемо е, че мениджърите на центрове за данни обикновено се грижат повече за надеждността на оборудването, отколкото за потреблението на електроенергия. Но дори операторите в центровете за данни да са наясно с повишената нужда от ефективност, те също често нямат знания или оборудване за наблюдение, проследяване и контрол на потреблението на енергия.

Тенденции в ефективността
Както винаги, нещата се променят в ИТ индустрията и то бързо.

„Вчерашните теми са неща като хармоници, ватове на квадратен фут и някои проблеми с охлаждането“, казва Боб Касилиано, председател на борсата 7x24. „Днешната тема е енергийната ефективност.“

Три примера за енергийни стратегии за центрове за данни включват използване на външен въздух за безплатно охлаждане, виртуализация на сървъра и автоматизирано управление на охлаждането, казва Касилиано.

Използването на външен въздух подобрява ефективността чрез намаляване на зависимостта от охладителната система на сградата. Идеята набира популярност. Поради огромното използване на електрическата мрежа, някои комунални услуги вече предлагат стимули за операторите на центрове за данни, които ограничават използването на енергия чрез охлаждане с въздух.

Pacific Gas and Electric от Калифорния е една програма, предлагаща отстъпки за клиенти, които използват външен въздух за охлаждане на своите центрове за данни. Използването на външен въздух изисква въздушни економайзери, снабдени със сензор и филтър. Това позволява на центровете за данни да вкарват външен въздух и все пак да отговарят на необходимите параметри за температура и влажност.

Ползи получават най-вече центровете в по-хладните региони. „Можете да спечелите огромни енергийни спестявания, защото не разчитате на чилър за осигуряване на охлаждане“, казва Tschudi. Най-големият потенциал за спестяване идва през нощта.

PG&E също така предлага стимули за компании, които използват виртуализация на сървъри, за да намалят използването на енергия. Виртуализацията на сървърите (и друга техника, наречена динамично осигуряване) обикновено намалява потреблението на енергия чрез консолидиране на броя на сървърите, необходими в центъра за данни.

Според Cassiliano много центрове за данни използват отделен сървър за всяко приложение.

„Така че този сървър използва само около 15 процента от общия си капацитет,“ казва той. „Ако поставите две или повече приложения на сървър и го направите интелигентно, можете да стартирате множество приложения от един и същ сървър и въпреки това да използвате само около 70 процента от общия капацитет.“

Динамичното осигуряване работи по подобен начин, като включва онлайн само онези сървъри, необходими за изпълнение на дейността на мрежата - вместо да ги поддържа постоянно да работят статично.

Cassiliano цитира една компания за финансови услуги, която агресивно разчита на виртуализацията на сървърите, за да намали използването на сървъра с 30 процента.

И накрая, автоматизираното управление на охлаждането работи, като дава на ръководителите на съоръжения контрол върху способността за охлаждане.

„Те могат да прилагат охлаждането навсякъде, където имат нужда“, казва Касилиано.

Помага, когато ръководителите на съоръжения имат изчислителни динамични модели на флуиди, които им позволяват да знаят кога и къде се развиват горещи точки в техните пътеки.

„Често значителна енергия се губи от неправилно разпределен охлаждащ въздух“, казва Дон Бийти, председател на комисията TC9.9 на ASHRAE. „Целта е да доставим хладен въздух там, където се изисква охлаждане.“

При определени обстоятелства локално охлаждащо решение, като затворена стойка, може да реши нуждата от охлаждане и да намали разходите за енергия, казва Бийти.

Захранвания: Плъзгане върху ефективността
Използването на система за разпределение на постоянен ток е друг начин за повишаване на ефективността, според Tschudi. Съвременните сървърни схеми изискват преобразуване на захранването с високо напрежение във форма, използваема от схеми на сървъри, рутери, концентратори, разпределителни устройства и съоръжения за съхранение на данни. Но Tschudi казва, че 25 до 35 процента от цялата консумирана енергия се губи като топлина от захранването на сървъра.

„Ако направите конвертирането по-ефективно, сървърите изискват по-малко охлаждане“, казва той.

Самите преобразувания също губят електричество, дори без свързаните топлинни загуби.

„Всеки път, когато преобразувате мощността в различно напрежение или превключите от AC в DC или DC в AC, има известна загуба на енергия“, казва Бийти.

Чрез използването на директна система за постоянен ток са възможни ефективности от 80 до 90 процента, според EPA. Освен повишаване на ефективността, надеждността също се повишава, тъй като има по-малко точки на отказ в сравнение с преобразуванията AC-DC-AC в UPS системите. Това преобразуване обаче ще изисква преинструментиране на дизайна и работата на центъра за данни.

Тенденцията не спира на ниво микропроцесор. Производителите също изследват как промените в охлаждащите вентилатори и захранванията могат да повишат ефективността, особено за сървъри с обем, които съставляват голям процент сървъри в центрове за данни от не-корпоративен клас. Някои проучвания показват, че модификациите на вентилаторите и захранванията могат да намалят използването на сървърна енергия до 70 процента. Технологията памет също отива под ножа. Скорошният напредък може да доведе до 20% повишаване на ефективността.

Ефективен път
Една промяна, която намалява енергийните разходи без никакви инвестиции, е повишаването на температурата в сървърните помещения.

„Не е нужно да има месо за месо там“, казва Чуди. „Там може да бъде 80 градуса, ако е необходимо.“

Tschudi каза, че много мениджъри на центрове за обработка на данни експлоатират своите съоръжения при условия на околната среда, които са по-строги от действително необходимите. ASHRAE също така работи с производители на сървъри за определяне на нови температурни задания за центрове за данни.

„Ако повишите температурата с 20 градуса, сте получили част от ниско висящите плодове“, казва Чуди. „Това не струва нищо.“

Тъй като центровете за данни са критично важни съоръжения, мениджърите често не са склонни да увеличат ефективността, ако вярват, че ефективността ще влоши надеждността или производителността.

Но последните разработки на производители, които доставят оборудване за центрове за данни, показват, че двете не винаги са в противоречие. Устройства, които използват двуядрени микропроцесори, са един такъв пример. Чрез технология за скалиране на честота и напрежение, новите сървъри могат да намалят потреблението на енергия с до 20 процента, без да се отразяват неблагоприятно на надеждността или производителността.

Високите първоначални разходи са друго препятствие, което мениджърите на центрове за данни трябва да преодолеят, дори когато възвръщаемостта на проекта се изчислява в месеци, а не в години. Доставчиците знаят това, поради което не са склонни да препоръчват рентабилни подобрения в центъра за данни. Но Чуди и Бийти виждат промени напред.

„Дизайнът на центровете за данни трябва да бъде внимателно разработен“, казва Бийти. „Нараства информираността и въздействието върху разходите за енергия, капиталовите разходи и надеждността може да бъде много значително.“

Чуди се съгласява. „Започва известно усвояване на мерките за ефективност“, казва той. „Големината на някои сметки за електричество е причина за това.“

Борсата 7x24 и други групи работят с Министерството на енергетиката и енергетиката на NERGY S TAR, за да насърчат подобрена ефективност в критично важни съоръжения. За да се развие по-добро разбиране на възможностите за енергийна ефективност, които биха ускорили приемането на енергийно ефективни технологии извън настоящите тенденции, бяха разработени сценарии за изследване на използването на енергия в центровете за данни до 2011 г .:

  • Подобреният сценарий на работа включва подобрения на енергийната ефективност извън настоящите тенденции, които по същество са оперативни по своята същност и изискват малко или никакви капиталови инвестиции. Този сценарий представлява плодовете с нисък вис, които могат да бъдат събрани просто чрез по-ефективно управление на съществуващия капиталов фонд. Това означава прилагане на стратегии, като например регулиране на зададените температури в центровете за данни. Потенциалните икономии на енергия са 30 процента.
  • Сценарият за най-добра практика представлява повишаване на ефективността, което може да бъде постигнато чрез по-широко възприемане на практиките и технологиите, използвани в най-енергийно ефективните съоръжения в експлоатация днес. Потенциалните икономии на енергия могат да достигнат до 70 процента.
  • Съвременният сценарий идентифицира максималните икономии на енергийна ефективност, които биха могли да бъдат постигнати с помощта на наличните технологии. Този сценарий предполага, че сървърите и центровете за данни ще работят с максимално възможна енергийна ефективност, като се използват само най-ефективните налични технологии и най-добри практики за управление. Потенциалните икономии на енергия могат да достигнат 80 процента.

Както най-добрите практики, така и модерните модели разчитат на 98% ефективни трансформатори и UPS системи, които са 90% или по-ефективни. Те също така разчитат на вентилатори и помпи с променлива скорост, излишни климатични агрегати и, в най-съвременния модел, комбинирана система за отопление и енергия за по-ниски енергийни разходи.

Но най-голямата разлика е чрез сървърната виртуализация и устройства за съхранение. В модела на най-добрите практики E NERGY S TAR призовава за „умерена“ виртуализация на сървъра и намаляване на приложимите устройства за съхранение, докато най-съвременните изисквания за агресивна виртуализация на сървъри и агресивно намаляване на устройствата за съхранение.

7x24 Exchange е форум, посветен на подобряване на надеждността на критично важни съоръжения.

„Организацията работи с промишлеността, изследователите и правителството, за да намери решения, като същевременно осигурява форум за образование и дебати“, казва Боб Касилиано, председател.

Енергийната ефективност е на върха на вниманието на много участници в конференциите на организацията, казва Касилиано.

„На нашата пролетна конференция възнамеряваме да имаме експертна група, за да могат те да дадат своите наблюдения и да открият интелигентен дебат по въпроса за енергийната ефективност на центъра за данни“, казва той.