Все говорят о том, что сокращение энергопотребления на 35—40%, которое обещает инициатива “озеленения” ЦОДов, позволит ИТ-отделу существенно сократить расходы на текущую деятельность и понизить уровень воздействия на окружающую среду. Но несмотря на шумиху, очень мало говорится о наиболее эффективном с точки зрения затрат способе достижения этой экономии и о том, как все это измерить. Тем временем амбициозные заявления многих поставщиков аппаратного и программного обеспечения затрудняют понимание того, как их конкретные решения помогают более эффективно использовать электроэнергию.

Вместо того чтобы фокусироваться на экзотичных технологиях, применяемых в новых, ультраэффективных ЦОДах, таких, как, например, в компании Google, мы сосредоточимся на способах повышения эффективности множества ЦОДов, которые созданы много лет назад. Ведь именно их использует большинство предприятий, университетов и госучреждений. Поскольку большинство таких организаций имеет ограниченный бюджет и не может допустить простоя оборудования, мы особое внимание уделим новшествам, быстро окупаемым и минимально нарушаюobv текущую работу ЦОДа.

Метрики, модели и методологии

Один популярный коэффициент, который мы будем использовать для оценки эффективности наших новшеств, называется Power Usage Effectiveness (PUE). Это отношение между энергопотреблением всего ЦОДа и энергопотреблением его ИТ-оборудования:

PUE = Общее энергопотребление/Энергопотребление ИТ-оборудования

Хотя коэффициент PUE широко распространен для описания того, как ЦОД использует электропитание, нужно осторожно подходить к интерпретации полученных с его помощью результатов. Следует всегда помнить, что PUE наиболее полезен для отслеживания влияния изменений, вносимых в инфраструктуру, и менее полезен для оценки улучшений, происходящих за счет сокращения энергопотребления ИТ-оборудования вашего ЦОДа, поскольку сокращение энергопотребления оборудования приведет к увеличению PUE.

ЦОД, который мы будем использовать в этом примере, является традиционным центром, предназначенным для удовлетворения вычислительных и сетевых запросов среднемасштабного предприятия, обслуживающего клиентов не в Интернете, а в офисах (например, страховой, производственной или биотехнической компании). Его площадь равна семистам квадратным метрам, а сам он построен в конце 1980-х в неиспользуемых помещениях штаб-квартиры. В то время оборудование было дорогим, а электроэнергия дешевой, в самой же комнате — белые стены и пол, яркое освещение, в общем, всё то, что являлось стандартом для оформления ЦОДа в ту эпоху. Размещенные здесь раньше мэйнфреймы и мини-компьютеры уступили место множеству серверов и дисковых систем, которые добавлялись год за годом по мере роста потребностей.

Энергопотребление нашего гипотетического ЦОДа постоянно росло за счет добавления нового оборудования и теперь достигло 1,5 МВт. В среднем коэффициент PUE для всех ЦОДов равен примерно 2,7; однако у большинства зрелых центров, которые мы рассматриваем, его значение находится в диапазоне от 3,0 до 5,0. Поэтому предположим, что у нашего ЦОДа PUE равен 4,0.

Инвентаризация

Чтобы измерить прогресс, нужна шкала отсчета, поэтому первый шаг состоит в примерном подсчете энергии, потребляемой вашим оборудованием. Для этого потребуются токоизмерительные клещи, с помощью которых вы сможете быстро измерить энергопотребление оборудования. В типичном корпоративном ЦОДе, потребляющем 1,5 МВт, достаточно провести 10—20 измерений, чтобы оценить 80—90% расхода электричества, но без высокого уровня детализации. Хотя такая приблизительная инвентаризация не очень точна (±20%), она обеспечит вам очень хорошую начальную точку для определения общей нагрузки.

Записав энергопотребление всех основных подсистем, постройте матрицу, в которой эти подсистемы будут разделены на три функциональные категории:

1) ИТ (серверы и системы хранения);

2) другое оборудование (системы охлаждения и потери энергии от распределения питания);

3) освещение.

Аудит на основе шкалы отсчета для нашего типичного ЦОДа показывает, что на оплату охлаждения приходится порядка 50% ваших счетов за электричество, еще 14% “съедают” потери от распределения питания и 2% уходит на освещение. Наши серверы потребляют более 23% энергии, а массивы памяти — еще 10%. Это значит, что для обработки данных используется лишь 500 кВт, или 33% от потребляемой мощности в 1,5 МВт.

Это типичная картина для зрелого ЦОДа. Какими бы ни были ваши результаты, с их помощью вы сможете понять, куда уходит львиная доля электроэнергии, и построить несколько многообещающих стратегий энергосбережения.

Воспользуйтесь измерениями на базе шкалы отсчета для создания матрицы, которая позволит вам нормализовать потенциальные возможности энергосбережения для каждой стратегии с точки зрения общего энергопотребления всего ЦОДа. Например, если модернизация позволит сократить потребление электричества вашей системой охлаждения на 20%, то при этом нужно ещё учесть, что 50% от общего энергопотребления приходится на охлаждение; в результате такой нормализации экономия составит 10%. С помощью матрицы можно без труда выявить наиболее значительные возможности энергосбережения для вашего ЦОДа.

Выбор первого уровня апгрейда

Теперь вы можете использовать построенную матрицу для выбора первого уровня апгрейда, который не требует высоких капитальных затрат, вносит минимум нарушений в работу ЦОДа и быстро окупается — как правило, не более чем за три месяца.

Для большинства несовременных ЦОДов наиболее продуктивными являются следующие четыре шага:

1) создайте горячие и холодные проходы за счет перегруппировки ваших стоек с оборудованием так, чтобы в одном ряду друг напротив друга стояли холодные передние панели, а в другом — горячие задние части с отверстиями для вентиляции;

2) поднимите температуру воды в холодильных установках (как правило, с 55 до 58 градусов). Это нужно делать постепенно, чтобы не вызвать проблем у оборудования;

3) поднимите температуру воздуха в вашем ЦОДе (на 3—5 градусов). Это также следует делать постепенно, по одному градусу за один раз;

4) найдите и выключите неиспользуемое оборудование.

Обновление, анализ и повтор

Каждый раз, когда вы вносите одно их таких изменений, берите токоизмерительные клещи и документируйте достигнутую экономию с помощью матрицы. Такая матрица также покажет вам, как меняется энергопотребление в результате обновлений. С помощью этой информации вы сможете создать очередную стратегию, которая обеспечит максимум энергосбережения. В нашем случае гипотетические измерения показывают, что реализация шагов первого уровня позволила снизить коэффициент PUE с 4 до 3 — другими словами, сэкономить 25% электроэнергии.

Матричный метод также пригодится для оценки обещаний вендоров об энергосбережении их продуктов. Скажем, поставщик ПО для виртуализации сулит, что его система позволит сэкономить 80% электроэнергии, однако если использовать ее лишь для трети серверов, то реальная экономия не превысит 9%.

Инициативы со средним уровнем усилий

Второй этап усовершенствования вашего ЦОДа требует больше усилий, вызывает больше нарушений в работе, подразумевает некоторые, хоть и небольшие, инвестиции, но окупается меньше чем за год. В этот этап входят четыре усовершенствования:

1) виртуализация серверов — повышение эффективности при меньшем количестве машин;

2) консолидация памяти — аналогично виртуализации серверов этот метод подразумевает использование единого массива памяти для поддержки множества заказчиков или бизнес-функций;

3) оптимизация хранения — установите ПО, позволяющее выключать низкоприоритетные устройства хранения (третьего уровня и предназначенное для резервного копирования), когда они не используются;

4) следите за старением систем хранения. Когда они долго работают, растет число операций поиска на дисках, возрастает торможение шпинделя и возникают другие нарушения, которые приводят к росту энергопотребления и сокращению надежности. Большинство экспертов считают, что трехлетний цикл обновления дисковых накопителей сокращает энергопотребление на 10%.

Замена оборудования

И наконец настало время для рассмотрения возможностей для обновления оборудования. Замена нескольких старых пожирателей электричества на один новый виртуализированный сервер или консолидированную систему памяти должна быть включена в список периодических работ, требующих капитальных затрат. Такой подход позволяет распределить расходы по времени и свести к минимуму нарушения в работе ЦОДа. Только помните: хотя замена на самые энергосберегающие устройства и применение виртуализации сократит энергопотребление, это не уменьшит коэффициент PUE, а возможно, напротив, увеличит его.

Каждый раз при выполнении улучшений второго этапа не забывайте проводить аудит системы. К этому моменту вы уже должны ощущать значительные сдвиги — и в объеме энергопотребления ЦОДа, и в характере использования этой энергии. С помощью такой обновленной картины вы сможете найти следующее эффективное с точки зрения затрат направление для усовершенствований.

Если ваш ЦОД похож на большинство корпоративных центров, используемых сейчас, то скорее всего применение даже части перечисленных мер позволит вам сократить энергопотребление на 40%.

Учет и принятие решений

Итак, вы выполнили простые задания, и если хотите реализовать меры более высокого уровня, то пора приступить к учету и принятию решений. Именно такие меры предприняли крупные интернет-компании, такие как Google, которая потратила миллионы на исследования и разработки для проектирования ЦОДов с нуля. Собранные на двух первых этапах оценки энергопотребления позволят вам найти объекты (если таковые существуют) для более дорогих обновлений (например, контейнеризации, внедрения динамических ИБП или высоковольтных устройств распределения питания).

Сокращение энергопотребления на 35—40% — это полезный и эффективный с точки зрения затрат шаг. Если вы его сделаете, то станете героем в глазах руководства. Только не забывайте о таких четырех моментах:

1) выбор шкалы отсчета для классификации энергопотребления вашего ЦОДа и повтор проведения оценок после любого усовершенствования критически важны для достижения наилучших результатов;

2) PUE — хороший инструмент для составления общей картины энергопотребления ЦОДа, но он может ввести вас в заблуждение, если вы не поймёте совершенно точно, что конкретно он измеряет;

3) не верьте рекламе вендоров, анализируйте их обещания с точки зрения потребностей и особенностей вашего ЦОДа;

4) меры высокого уровня очень эффективны, но обычно они наиболее полезны при проведении плановой модернизации или построении нового ЦОДа. Однако даже и без них в большинстве ЦОДов можно добиться замечательных результатов в области энергосбережения.

Версия для печати