В жизненном цикле вычислительного центра выделяются две фазы, когда можно воспользоваться средствами увеличения эффективности использования энергии: изначально — при планировании и создании нового центра обработки данных, а затем в процессе его работы. Современное крупное строительство невозможно представить без реализации ряда мер по обеспечению экономного использования энергии. Однако для частного сектора или, например, образовательных учреждений, масштабное строительство ведется довольно редко, поэтому в уже имеющихся вычислительных центрах гораздо важнее уметь контролировать потребление энергии. Точек приложения сил достаточно: от стоек и серверов до отдельных компонентов. При этом анализ реального потребления энергии в вычислительных центрах позволяет получить важные данные.
В прошлом году компания Dell провела такой анализ в собственных вычислительных центрах. Цель состояла в определении среднего энергопотребления в час в течение рабочего дня — сначала для всего вычислительного центра, затем для информационного оборудования и, наконец, для отдельных системных компонентов (см. Рисунок 1). На самом верхнем уровне 41% энергии направлялось на питание систем ИТ, на вентиляцию, отопление и климатизацию уходил 31% и, наконец, потери в линиях передачи составляли 28%. Иными словами, лишь 41% подаваемой энергии использовался для эксплуатации оборудования ИТ, остальные 59% шли на другие нужды.
ОБСУЖДЕНИЕ КПД ИТ-ОБОРУДОВАНИЯ
На первый взгляд, КПД величиной 41% кажется низким. Но по сравнению с другими исследованиями, проведенными в США, по результатам которых КПД оказался равным 30%, это довольно много. Так, к примеру, теплоэлектростанция (угольная) обладает коэффициентом полезного действия от 25 до 45% (см. также врезку «Принципы измерения эффективности портебления энергии»).
Сегмент информационного оборудования представлен тремя группами потребителей энергии: серверы (63%), системы хранения данных (22%) и коммуникационные системы (15%). Внутри первой больше всего энергии требуют процессоры — 31%. И самым важным результатом проведения этой «инвентаризации» стало понимание того, что, добиваясь сокращения потребления энергии во всем вычислительном центре, нельзя концентрироваться на одном факторе. Там, где все внимание направлено на оптимизацию работы процессоров, оказывается незамеченной возможность при неизменном потреблении энергии эксплуатировать заметно большее количество серверов, — достаточно лишь повысить эффективность инфраструктуры с 41 до 51%.
Такой подход помогает отделу ИТ увеличить производительность отдельной стойки или производительность на квадратный метр в условиях ограниченного свободного пространства. Именно на это могут быть направлены все усилия для повышения эффективности использования инфраструктуры. При возрастающей плотности размещения стоек проблемой становится не доступное место, а бесперебойная работа системы климатизации и ее энергоснабжение.
ЭФФЕКТИВНОСТЬ ЦОД ЗАВИСИТ ОТ ВЫБОРА ОПТИМАЛЬНОЙ ПЛАТФОРМЫ
Для увеличения эффективности вычислительных центров администраторам придется принять целый ряд мер. Они затрагивают как всю инфраструктуру, включая стойки, так и отдельные системы и их компоненты. Когда вычислительные центры радикально модернизируются или расширяются, необходимо приобретать лишь те компоненты, которые действительно нужны (выбирать новую платформу «по размеру»). Девиз работающего центра: «Пользуйся тем, чем нужно».
Основу правильно выбранной платформы составляют стандартизированные серверы и системы хранения, что позволяет расширять емкость системы в зависимости от потребностей. Благодаря модульному подходу вначале можно приобрести аппаратное обеспечение лишь в необходимом объеме, а при росте потребностей добавить в инфраструктуру дополнительные устройства. Этот метод позволяет избежать покупки лишнего оборудования, которое в будущем не пригодится.
Избыточная емкость, конечно же, влечет за собой ненужные затраты на энергию. Рост в соответствии с потребностью позволяет эффективнее выравнивать пиковые нагрузки или периоды умеренной нагрузки. Поэтому нет ничего необычного в том, что ряд серверов в вычислительном центре оказываются мало загруженными в течение длительного промежутка времени или простаивают без дела.
ТОЧКА ПРИЛОЖЕНИЯ СИЛ НА НЕСКОЛЬКИХ УРОВНЯХ
Если серверы оснащены должным образом, то количество потребляемой ими энергии можно сократить, к примеру, за счет применения административных мер в отношении процессоров, графических карт и компонентов хранения данных. И AMD со своей технологией PowerNow, и Intel с технологией SpeedStep вносят свой вклад в решение этой задачи. Однако возможности для экономии энергии предлагают и жесткие диски. Так, диски SAS форм-фактора 2,5 дюйма потребляют примерно на 30% меньше энергии, чем распространенные диски SCSI. Планировщикам необходимо проанализировать возможность сокращения потребности в энергии не только для отдельных компонентов и систем ИТ, но и всего вычислительного центра, поскольку наряду с учетом интенсивности использования компонентов и модулей следует рассмотреть и общее энергопотребление. При этом в центре внимания должны находиться охлаждение и климатизация. Всеобъемлющее решение системного управления может включать, к примеру, датчики для измерения температуры воздуха и процессоров. С учетом их показаний можно изменять скорость отдельных вентиляторов и производительность системы управления климатом. Решающее преимущество заключается в том, что системы охлаждения не должны постоянно работать на полную мощность. Таким образом удается заметно сократить издержки на питание без сокращения производительности.
КОНСОЛИДАЦИЯ И ВИРТУАЛИЗАЦИЯ
В комбинации с консолидацией серверов и систем хранения данных, а также с технологиями виртуализации оптимизированная система охлаждения и управления климатом предлагает множество возможностей для сокращения потребности в энергии.
Подобные подходы оптимизируют нагрузку на уже инсталлированные системы и помогают, при неизменной нагрузке и производительности, избавиться от излишних систем, которые в противном случае работали бы параллельно. Технический прогресс способствует все более глубокому проникновению технологий виртуализации в ключевые области серверов, систем хранения данных и вычислительных центров. Многоядерные процессоры, непосредственная поддержка виртуализации в центральных процессорах и последовательные методы работы устройств ввода/вывода ускоряют развитие этой тенденции. Кроме того, появилось множество обновлений в области системного управления, позволяющих более эффективно контролировать потребление энергии (см. Рисунок 2). Сегодня, к примеру, можно перемещать полноценные виртуальные машины с одного физического сервера на другой без прерывания работы (мобильность при рабочей нагрузке).
СЕРВЕРЫ, СТОЙКИ И ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ ЦЕНТРЫ
Стоящая за всем этим идея может быть перенесена на отдельные серверы, стойки и прочие сегменты вычислительного центра. И в этом случае должна быть возможность перевода целых блоков в режим экономного энергопотребления. Соответствующие подходы разрабатывает промышленный консорциум под названием Green Grid, куда входят компания Dell и другие крупные производители серверов и процессоров. Green Grid рассматривает экосистему вычислительного центра как целостную структуру.
Производители реагируют на новые требования выпуском продуктов, относящихся к разным классам мощности, а также предоставлением возможности выбирать центральный процессор: в частности, Dell PowerEdge 2950, оснащенный двумя гнездами и четырехъядерными процессорами Intel Xeon, предлагает достаточную производительность в комбинации с внутренними возможностями расширения при неизменной плотности расстановки стоек. По данным Dell, эта система подходит для служб Web, обмена сообщениями, баз данных, печати и файлов. Ее аналог PowerEdge 6950 поддерживает до четырех процессоров AMD Opteron и, таким образом, пригоден для самых требовательных корпоративных приложений, включая базы данных, консолидацию серверов и виртуализацию. Как указывает производитель, по сравнению с традиционными четырехпроцессорными системами PowerEdge 6950 потребляет на 20% меньше энергии (см. врезки «Экономия энергии с процессорами AMD» и «Экономия энергии с процессорами Intel»).
ЗАКЛЮЧЕНИЕ: ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРОЦЕССОРОВ ОБЕСПЕЧИВАЕТ НЕПОЛНУЮ РАЗГРУЗКУ
Растущие цены на электроэнергию и все более высокие требования к аппаратному обеспечению ведут к тому, что на многих предприятиях издержки на питание становятся значительной статьей расходов. Отдельных мер уже недостаточно. Улучшение использования энергии процессорами обеспечивает лишь ограниченную экономию. Необходимы подходы, где наряду с серверами и системами хранения данных будут учитываться и аспекты выделения тепла и охлаждения в вычислительных центрах.
Петер Дюмиг — системный консультант компании Dell.
© AWi Verlag
Экономия энергии с процессорами AMD
Компания Dell предлагает два сервера с экономными процессорами AMD: PowerEdge SC1345 (один или два двухъядерных процессора Opteron 2200) и PowerEdge 6950 (четыре двухъядерных процессора Opteron 8200). Они предназначены для небольших и средних компаний и обеспечивают работу в высокопроизводительных кластерных средах и в Web. Функция экономии энергии AMD PowerNow поддерживается Windows Server 2003, а также Red Hat Enterprise Linux и Novel SuSe Enterprise Server. Если функции экономии энергии c динамическим снижением тактовой частоты и напряжения на ядре активированы, то в холостом режиме работы сервера можно на питании сэкономить гораздо больше 20%. В отдельных случаях, по данным компании AMD, экономия достигает 60%.
Экономия энергии с процессорами Intel
Специализированные технологии Intel компания Dell предлагает в своих серверах PowerEdge 1950 и PowerEdge 2950. Они поддерживают до двух двухъядерных процессоров Intel Xeon 5148 с низким энергопотреблением (Intel Woodcrest). Если распространенные процессоры Intel потребляют от 65 до 80 Вт энергии, то процессорам серии 5148 достаточно 40 Вт. Вместо дисков SCSI или SATA II форм-фактора 3,5 дюйма в серверах устанавливаются диски SAS с форм-фактором 2,5 дюйма, тоже потребляющие меньше энергии. Кроме того, на холостом ходу или при умеренной нагрузке можно отключить вентиляторы. Наконец, в зависимости от нагрузки можно уменьшить тактовую частоту. В случае комбинации всех мер потребление энергии сокращается на 25%.
Принципы измерения эффективности потребления энергии
До сих пор отсутствуют какие-либо общепринятые методы и принципы измерения эффективности потребления энергии. В США над соответствующими показателями работают производители процессоров, поставщики серверов и организация по защите окружающей среды ЕРА. К таковым относится и эффективность использования подводимой энергии. Эта величина не отражает КПД потребления энергии отдельными компонентами. Еще одной важной характеристикой является соотношение затрат на энергию и приобретение. Для его вычисления определяется отношение стоимости инвестиций к общим затратам на энергию на протяжении всего жизненного цикла. Наряду с потреблением энергии указанный параметр учитывает стоимость энергии, направляемой на охлаждение.