В течение года один сервер потребляет энергии на 350 евро, причем большую ее часть он отдает, просто нагревая воздух. В результате вычислительным центрам приходится тратить дополнительные средства — на охлаждение. В зависимости от методов и качества используемых технологий затраты на охлаждение составляют от 70 до 300% расходов по энергоснабжению аппаратного обеспечения. Вот показательный пример: Mare Nostrum, самый большой супер-компьютер Европы, при мощности приблизительно 740 кВт и с системой охлаждения мощностью 540 кВт потребляет энергии на два миллиона евро в год. Это соответствует трети запланированного бюджета ИТ. На первый взгляд, эксплуатация одного сервера также обходится в два раза дороже, однако благодаря хорошо продуманной серверной концепции можно сократить расходы наполовину.
ЭФФЕКТИВНЫЕ КОМПОНЕНТЫ —ПОТРЕБЛЕНИЕ В ДЕТАЛЯХ
Около трети всей подаваемой серверу энергии потребляет центральный процессор, 20% — блок питания, по 10% — системная плата, оперативная память и вентилятор, около 15% — жесткие диски. Жесткие диски форм-фактора 3,5 дюйма с точки зрения потребляемой энергии обходятся дороже дисков с форм-фактором 2,5 дюйма, а дискам с высокой частотой вращения необходимо больше энергии, чем дискам с низкой частотой. Но речь, конечно же, идет не только о том, чтобы купить самые экономные диски, гораздо важнее оптимальное соотношение цены и качества. Это очевидно и в случае оперативной памяти: чем больше емкость модуля DIMM, тем меньше энергии потребляет вся оперативная память, поскольку количество модулей снижается. Однако сравнивая два модуля — объемом 1 и 4 Гбайт, надо учитывать, что стоимость последнего гораздо выше.
Те, для кого важна избыточность, должны помнить, что второй блок питания тоже потребляет энергию — даже если он находится в режиме ожидания. Блоки питания никогда не достигают стопроцентного коэффициента полезного действия: энергия теряется большей частью при преобразовании напряжения. Тем не менее, устройства различаются своим КПД. У некоторых он превышает 80%, у других едва дотягивает до 60%, а неиспользуемая часть идет на нагрев воздуха.
При продуманном применении аппаратного обеспечения можно экономить около 40% энергии. Так, покупая сервер, необходимо обращать внимание на энергопотребление вентилятора. Большим вентиляторам требуется меньше энергии, чем маленьким, поскольку их крупные роторы при вращении переносят большее количество воздуха. Но не каждый вентилятор подходит к любому корпусу. Довольно часто в стоечном сервере вентиляторы должны помещаться в не очень высокое шасси; и наоборот, на рынке есть серверы, оснащаемые вентиляторами внушительных размеров. Серверные модули, напротив, обладают преимуществом совместно используемых вентиляторных модулей.
Сократить энергопотребление можно и за счет правильного выбора шкафов. Датчики температуры на отдельных серверах и в шкафах помогают устранить области слишком высокой температуры, а их применение при условии установки датчиков в определенных местах вычислительного центра позволяет сократить время реакции климатической системы и тем самым уменьшить колебания температуры. Необходимо также найти равновесную точку между экономией электроэнергии и дополнительными затратами на отдельные компоненты.
КОНСОЛИДАЦИЯ — СКОЛЬКО СЕРВЕРОВ НУЖНО ЦОД?
После выбора наиболее эффективного аппаратного обеспечения необходимо освободить вычислительный центр от лишних компонентов. Серверы не работают круглые сутки, много времени они проводят в режиме ожидания. При этом процессор не выполняет никаких операций. Если потребление энергии сервером при полной нагрузке принять равным 100%, то при обычной работе оно будет составлять около 80%, а в режиме ожидания примерно 70% — отличие не слишком велико. Поэтому в таком режиме должно находиться как можно меньшее количество серверов, что достигается путем совмещения аппаратного обеспечения, когда, к примеру, несколько приложений выполняются на одной машине (см. Рисунок 1). Таким образом оптимизируется нагрузка на серверы. Несколько устройств с энергопотреблением на уровне 80% в нормальном режиме работы содержать дешевле, чем целые стойки, которые часто находятся без какой-либо нагрузки.
Однако консолидация не означает простое уменьшение количества аппаратного обеспечения. Она идет рука об руку с новыми технологиями. Там, где еще три года назад две с половиной тысячи пользователей терминальных серверов распределялись между
20 устройствами, сегодня — во времена четырехъядерных процессоров и больших объемов оперативной памяти — достаточно всего восьми.
ПРАВИЛЬНОЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ НАГРУЗКИ
Еще одним шагом по снижению затрат и защите окружающей среды являются виртуальные серверы. Некоторые пользователи, возможно, все еще настроены по отношению к ним скептически, поскольку, на первый взгляд, из-за виртуализации система усложняется и требует больших административных издержек. Но, с другой стороны, она предлагает огромные преимущества: жесткую связку аппаратного обеспечения, операционной системы и приложений можно разделить. Не каждому приложению нужен собственный сервер, не всегда для выполнения задачи необходим физический сервер в стойке. Часто достаточно того, что он будет работать в качестве «гостя» на другой системе — к примеру, в среде VMware Infrastructure. Повышенная, казалось бы, сложность не представляет собой проблему, если при использовании решений виртуализации одновременно продумывается и автоматизация серверного ландшафта. Это может быть, к примеру, механизм управления, распознающий определенные события в вычислительном центре и автономно выполняющий соответствующие действия.
СЕРВЕРЫ ТОЖЕ НУЖДАЮТСЯ В ПЕРЕДЫШКЕ
В офисных средах сотрудники постоянно обращаются к серверам предприятия — число запросов варьируется в зависимости от времени суток, а в течение нескольких ночных часов наблюдается полное затишье. Тогда почему бы не отключать серверы, к которым никто не обращается? В этом европейским предприятиям следует поучиться у японских коллег. Там компании вечером выключают серверы, когда сотрудники уходят домой. Во-первых, жизнь и работа в перенаселенном городе заставляют людей осознать важность экономии энергии, во-вторых, в Японии электрические устройства не должны работать без надзора — разве что у владельца очень много денег и он готов потратить их на дополнительные выплаты по страховке. Многие предприятия не могут позволить себе такого расточительства, и в небольших компаниях и филиалах серверы на ночь отключаются.
В Европе широкое применение подобной практики, пожалуй, немыслимо, здесь никому не пришла бы в голову идея выключать сервер, который работает без сбоев. Однако возможности экономии весьма широки: при автоматическом управлении описанной офисной средой работает лишь то количество серверов, которое реально необходимо для эффективной обработки запросов сотрудников, и система запускает или останавливает серверы в зависимости от их потребностей. Такая автоматика реализуется разными методами: к примеру, путем управляемых по времени процессов, которые конфигурируются на основании эмпирических данных. Но управляющие действия можно поставить в зависимость от определенных граничных значений нагрузки или количества пользователей: при достижении нижних пределов лишние серверы отключаются, при достижении верхних — вводятся дополнительные ресурсы. Операционная система физического сервера хранится в виде образа на накопителе, к примеру, в сети хранения данных. При этом,
в соответствии с требованиями к уровню сервиса, необходимо постоянное наличие соразмерных ресурсов или их быстрое предоставление в случае необходимости в форме виртуальных или физических машин.
ВОЗМОЖНОСТИ И ОГРАНИЧЕНИЯ
Применение все более производительных серверов и серверных модулей привело в последние годы к резкому увеличению потребления энергии вычислительными центрами. Если в начале 90-х гг. средняя мощность серверов равнялась приблизительно одному киловатту на квадратный метр, то сегодня нормой считаются 5 кВт, а в случае модульных устройств мощность одной стойки может достигать 25 кВт (см. Рисунок 2). Компактность и производительность будут увеличиваться и дальше, поэтому проблема энергопотребления остается: рост количества серверов при неизменном объеме помещения влечет за собой увеличение потребления энергии в расчете на сервер, а также объемов отводимого теплого воздуха, который необходимо охлаждать. Следовательно, расход энергии только возрастает.
Столь высокое потребление можно сократить, если оптимизировать инфраструктуру вычислительного центра и нагрузку на оборудование путем консолидации и виртуализации. Потребление энергии можно сократить на величину до 80%, если нагрузка будет увеличиваться соответствующим образом. Некоторые производители, в частности, Fujitsu Siemens Computers, при разработке своих инфраструктурных решений для виртуальных сред ИТ обращают особое внимание на экономию электроэнергии. Так, разработанная инженерами этой компании технология автоматизации — центр управления адаптируемыми услугами (Adaptive Services Control Center, ASCC) — позволяет выделять определенным серверам ресурсы и приложения. Серверы, работающие на холостом ходу и умеренно загруженные, автоматически отключаются, а выполняемые ими приложения распределяются по другим серверам. В результате не только сокращается потребление энергии, но и уменьшается выделение теплоты, благодаря чему удается сэкономить на охлаждении.
Таким образом, даже при использовании стандартных серверов правильный выбор компонентов, а также решений виртуализации и автоматизации обеспечит до 87% экономии энергии даже в случае высокой плотности размещения оборудования (см. Рисунок 3).
Вольфганг Гнеттнер — директор подразделения Data Center Technologies компании Fujitsu Siemens Computers.
© AWi Verlag