Потребность в серверах и устройствах хранения данных продолжает стремительно расти — равно как и стоимость электроэнергии. Эксперты прогнозируют, что в обозримом будущем большая часть бюджета ЦОД будет тратиться на создание искусственного климата для работающих серверов, и директорам по ИТ придется решать эту проблему с учетом экономических и экологических требований. Однако в настоящее время обсуждение ограничивается уровнем компонентов и, в лучшем случае, систем. Решения для управления непрерывной работой ИТ, а также содержательные стандарты оценки эффективности потребления электроэнергии пока еще недостаточно развиты.

Современные серверы вмещают все большее количество все более высокопроизводительных процессоров. По мнению Джеда Скарамеллы, аналитика компании IDC, в среднем один сервер потребляет уже около 400 Вт, и его теплоотдача требует эффективных систем охлаждения и управления климатом, а рост выделения тепла в ЦОД приводит к удвоению количества потребляемой электроэнергии.

Крупные вычислительные центры рискуют достичь пределов возможностей используемой технологии охлаждения — или даже поставщика электроэнергии. При этом директора и менеджеры по ИТ должны со всей серьезностью отнестись к снижению затрат на энергоснабжение и эксплуатацию. Непрерывное управление ЦОД — а через несколько лет законодатели в промышленно развитых странах, конечно, не будут требовать ничего иного — должно быть нацелено на то, чтобы экономические и экологические интересы шли рука об руку.

ДИСКУССИЯ О КОМПОНЕНТАХ

Ричард Фичера из Forrester Research подверг критике деятельность производителей процессоров, которые слишком долго обращали внимание только на повышение производительности и пренебрегали вопросами эффективности потребления электроэнергии, не пытаясь бороться, к примеру, с токами утечки: «Токи утечки — это напрасно потерянная энергия, да к томуже они постоянно растут». Экономичный процессор Opteron компании AMD «подстегнул» Intel к решению вопросов эффективности потребления электроэнергии, как выразился один из инсайдеров отрасли. Выпустив процессор Core 2 Duo, Intel повысила доверие к себе.

Хотя успехи AMD и Intel — это хорошие новости, они указывают на ключевой момент в дебатах об эффективности потребления электроэнергии в сфере ИТ: основное внимание разработчики уделяют компонентам. В последнее время производители усиленно рекламируют «выдающийся коэффициент» полезного действия определенного процессора, блока питания, механизма вытяжной вентиляции, в лучшем случае —серверной системы или климатической установки. Сложным проблемам взаимодействия серверного аппаратного обеспечения и приложений зачастую уделяется столь же мало внимания, как и вопросам о том, какими инструментами следует воспользоваться отделу ИТ для обеспечения всестороннего, непрерывного управления процессами.

Так, к примеру, в США в рамках программы 80 PLUS, инициированной Ecos Consulting, тридцать производителей блоков питания для ПК обязались продавать блоки питания с КПД не ниже 80%. Некоторые создали опытные образцы, устройства других уже отвечают поставленной цели. Однако Сильвио Вирен, менеджер программы IBM по экологически чистым продуктам, дает понять, что таким точным данным не стоит придавать слишком большого значения ввиду отсутствия содержательного эталона и шкалы оценки: «Все производители освещают лишь то, что им выгодно».

ВАРИАНТЫ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОТ КПК ДО СУПЕРКОМПЬЮТЕРОВ

До сих пор наибольшие усилия производители направляли на обеспечение энергоэффективности двух категорий устройств. Речь идет о двух противоположных частях спектра аппаратного обеспечения: о мобильных конечных устройствах, включая КПК, смартфоны и ноутбуки, и о славящихся своей мощью суперкомпьютерах. В случае мобильных устройств главная задача заключается в увеличении срока службы батареи путем постоянного поддержания минимальной нагрузки.

Что касается суперкомпьютеров, то, напротив, при максимально возможной нагрузке всегда приходится держать под контролем потребление электроэнергии в целях обеспечения дальнейшего масштабирования, поскольку в течение долгого времени основное внимание уделялось мощности вычислений. С ноября 2006 г. на сайте green500.org можно найти первый, опирающийся на список 500 наиболее мощных суперкомпьютерных установок (Top 500 Supercomputing Sites) перечень систем старшего класса с ранжированием по эффективности потребления электроэнергии, которая в данном случае измеряется в Мфлопах на ватт по оценке Linpack. Машины, упомянутые в списке, весьма различны: система BlueGene/L от IBM показала результат 112 Мфлоп/Вт, за ней следует произведенная той же компанией MareNostrum с 58 Мфлоп/Вт, а стоящая на седьмом месте система Earth-Simulator от NEC обеспечивает лишь 3 Мфлопа на каждый ватт электроэнергии.

Сама IBM признает, что максимальные значения потребления энергии не обязательно соответствуют реальной картине, а эталонные тесты Linpack подходят не для всех приложений суперкомпьютеров. Тем не менее, с помощью этого перечня можно оценить результаты гонки между производителями систем старшего класса с точки зрения энергопотребления. Однако тем, кто отвечает за среднестатистические серверные фермы, информация о сокращении энергопотребления ноутбуками, достигаемом с помощью технологии Robson от Intel, будет абсолютно бесполезна, как и данные о сверхмощных системах на базе специализированных процессоров. В данной ситуации производители серверов и персональных компьютеров должны найти столь же действенные меры для оборудования, размещаемого в серверных стойках и под рабочими столами, как и для мобильных компьютеров, нуждающихся во все более емких батареях, и компьютеров высокой мощности «представительского класса».

ВСЕОБЪЕМЛЮЩАЯ ПРОБЛЕМА

Забота о сокращении выделения тепла в ЦОД не является исключительно аппаратной проблемой, решать ее придется не только производителям серверов и компонентов для них. Ситуация оказывается довольно сложной, ведь с точки зрения экологии покупка энергосберегающих серверов гарантирует лишь частичный успех. «Около 50% выбросов углекислого газа —от 30% до 70%, по данным разных исследований, — возникают из-за потребления энергии еще при производстве сервера, это так называемая «серая энергия», — утверждает Сильвио Вирен из IBM, — и только 50% выделяются при эксплуатации сервера. Поэтому загруженный лишь на 10% сервер, работающий в течение всего трех лет, всегда неэффективен».

Невысокая степень загрузки персональных компьютеров и серверов характерна для типичных сценариев применения ИТ. Со стороны клиента описанное обстоятельство вызвано тем, что современные персональные компьютеры обладают слишком высокой производительностью для использования их на предприятии среднего размера. Лучших результатов удается добиться за счет перехода к технологии вычислений на базе сервера (Server-Based Computing, SBC) и «тонким клиентам»: в таком случае приложения выполняются на сервере. «Тонкие клиенты» предъявляют умеренные требования к процессорам и поэтому, как правило, могут обойтись без вентиляторов. Информация тоже хранится на серверах, поэтому устройства не содержат жестких дисков. Отказ от вращающихся носителей данных не только обеспечивает более высокий уровень надежности, но и сокращает потребление энергии —что составляет, как утверждают производители «тонких клиентов», до 90% потребления электроэнергии персональным компьютером.

Со стороны сервера низкая нагрузка связана, в свою очередь, с распространенностью архитектуры одноцелевого назначения (single-purpose-architecture): нередко для повышения надежности системы на одном сервере запускают всего одно приложение или используют его для решения какой-либо специальной задачи. Это предотвращает возникновение конфликтов между разными программами и делает систему более стабильной, но приводит к тому, что процессор сервера «скучает» при решении поставленной перед ним единственной задачи. Таким образом, потребность в максимально надежной поддержке деловых процессов вступает в прямое противоречие с пожеланиями бережного отношения к ресурсам. Задача экономного потребления энергии в условиях повышения затрат на нее предполагает отказ от решения проблемы аппаратными средствами и переход к управлению ресурсами, при котором учитывались бы деловые цели и проблемы окружающей среды.

ВИРТУАЛИЗАЦИЯ СНИЖАЕТ ПОТРЕБЛЕНИЕ ЭНЕРГИИ

Повышения эффективности потребления электроэнергии на серверных фермах администраторы добиваются за счет виртуализации серверов и, возможно, последующей консолидации нескольких серверов на больших машинах. Компьютер, более полно загруженный благодаря хостингу многочисленных виртуальных экземпляров, не только эффективнее использует затраченную на него «серую энергию», но и обладает большей «внутренней стоимостью», а некоторые блоки питания при более высокой нагрузке работают даже более эффективно, чем в холостом режиме. Компании VMware, Microsoft, SWsoft (с ее решением для виртуализации Virtuozzo) и XenSource предлагают известные программные решения, производители крупных серверных систем — концепции виртуализации на аппаратной основе.

Наряду с эксплуатацией серверов (для приложений) значительный потенциал для экономии энергии имеет и инфраструктура хранения данных, на что указывает Чарльз Кинг, главный аналитик компании Pund-IT: «Чрезмерное снабжение инфраструктур ИТ большим количеством аппаратного обеспечения в виде серверов и систем хранения данных слишком распространено. По мере роста затрат на электроэнергию такие ЦОД становятся «черными дырами» для бюджетов ИТ.

Рисунок 1. Потребление электроэнергии жесткими дисками зависит от скорости ввода/вывода. Быстрым дискам требуется гораздо больше энергии, чем медленным. Объем дисков имеет меньшее значение.
Объемные жесткие диски с пониженным числом оборотов, по мнению Кинга, обладают большей эффективностью, если ее измерять в ваттах на терабайт (см. Рисунок 1), поэтому он рекомендует пользоваться концепциями многоуровневого хранения на базе дисковых массивов, предлагаемыми, к примеру, компанией EMC: «Идеальной целью является использование такого количества высокопроизводительных дисководов, какое нужно для работы приложений с интенсивным обменом данными, к примеру Oracle и Exchange». Данные не слишком требовательных приложений можно сохранять на менее быстрые диски. Кроме того, аналитик рекомендует пользоваться системами управления жизненным циклом информации (Information Lifecycle Management, ILM), чтобы предотвратить ненужное многократное сохранение и архивирование массивов данных.

ИНСТРУМЕНТЫ ЭКОНОМИИ ЭНЕРГИИ

Рисунок 2. Инструмент Power Executive от IBM получает значения потребленной энергии от серверных платформ IBM и предоставляет информацию о них администратору или решениям для поддержки управления.
Помимо перечисленных выше архитектурных и организационных шагов на рынке появились дополнительные инструменты для эффективного управления потреблением энергии. Так, IBM предлагает встраиваемое решение Power Executive для проведения измерений в реальном времени. Оно помогает выяснить, насколько правильными были оценки администраторов при планировании энергопотребления. По данным производителя, продукт позволяет задавать правила для ограничения потребления тока определенным пороговым значением, к примеру, при отказе ИБП или системы управления климатом (см. Рисунок 2). Однако сценарии, когда серверные экземпляры автоматически и в зависимости от нагрузки переводятся на другие физические платформы, если это имеет смысл с точки зрения экономии энергии, эксперты рассматривают как дело далекого будущего, поскольку в таком случае слишком сложными становятся вопросы обеспечения безопасности, отказоустойчивости и стабильности работы систем.

СВЯЗЬ С УПРАВЛЕНИЕМ ЗДАНИЕМ

Вирен, сотрудник IBM, полагает, что использование интерфейсов между управлением системами и зданием —к примеру, для уменьшения производительности системы контроля климата в случае низкой нагрузки на серверы — остается вопросом отдаленного будущего. Однако о подобной концепции под названием «Интеллектуальное динамическое охлаждение» (Dynamic Smart Cooling, DSC) в ноябре 2006 г. уже объявила Hewlett-Packard, конкурент IBM. По сравнению с традиционными климатическими системами новое решение позволит сократить затраты на охлаждение на 20 — 45%, поскольку до сих пор климатические системы функционировали в ЦОД в статическом режиме и изначально настраивались на устранение более высокой, чем требовалось в действительности, тепловой нагрузки.

Государственные организации и промышленные объединения ведут работы над несколькими проектами с целью утверждения директивных документов и эталонных примеров в отношении эффективности потребления энергии. Так, Агентство по защите окружающей среды США (Environmental Protection Agency, ЕРА) в декабре прошлого года выступило инициатором исследований по разработке метода измерения эффективности потребления энергии в ЦОД, рассчитанных на полгода.

Похожих шагов следует ожидать и в «старушке Европе», где к потреблению энергии всегда относились более сознательно. Так, 31 марта 2007 г. Объединенный научно-исследовательский центр Европейской Комиссии (European Commission Joint Research Centre) провел в Лондоне первую встречу, посвященную «Кодексу поведения» (Code of Conduct). Кроме того, по данным Вирена, в апреле организация SPEC собиралась представить эталон эффективности потребления энергии для серверов большого объема высотой в одну или две монтажные единицы. Таким образом, через некоторое время менеджеры ИТ смогут ориентироваться на гораздо более конкретные требования со стороны директоров по информационным технологиям или — рано или поздно — со стороны законодательных органов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Отрасль информационных технологий взялась за проблемы экономии ресурсов (помимо простого управления мощностью) лишь несколько месяцев назад, правда довольно энергично. Поэтому неудивительно, что найденные пути решения носят пока точечный характер. Производители до сих пор не занялись непрерывным управлением ИТ. Это значит, что до того момента, когда директор по информационным технологиям рядом с зеленой надписью «Деловой процесс эффективен» сможет увидеть еще одну —«Деловой процесс энергетически эффективен», а этот индикатор действительно заслуживает названия «зеленый сигнал», — пройдет еще много времени.

Д-р Вильгельм Грайнер — редактор журнала LANline.


© AWi Verlag


Эффективность использования энергии в сети

Довольно неприятная тема энергопотребления ни в коем случае не ограничивается инфраструктурами для серверов и систем хранения: сетевые компоненты также потребляют энергию, к тому же из соображений масштабируемости они нередко инсталлируются с избытком, хотя вряд ли найдется хоть один пользователь, которому на самом деле нужен Gigabit Ethernet. Поэтому начиная с февраля 2007 г. рабочая группа «Энергосберегающий Ethernet» (Energy Efficient Ethernet, EEE) Института инженеров по электротехнике и электронике (Institute of Electrical and Electronics Engineers, IEEE) работает над созданием механизма экономии энергии для коммутаторов. Проект EEE предусматривает интеграцию в коммутаторы Ethernet автоматизированной системы, которая при невысокой загрузке канала будет изменять его пропускную способность с 10 Gigabit Ethernet на Gigabit Ethernet и, соответственно, с Gigabit Ethernet на 100 Мбит/с. По словам участников рабочей группы, такой подход сэкономит примерно 4 Вт на каждый канал GbE и до 20 Вт на каждый медный канал 10 GbE, т. е. в условиях подключения к сети предприятия многочисленных устройств потенциал огромен. При этом механизм переключения должен быть достаточно быстрым, чтобы обеспечить возможность обработки пакетного трафика.


Ресурсы Internet

Центр эффективного использования и возобновляемых источников энергии: http://www.ceert.org.

Руководство по покупке офисных устройств: http://www.office-topten.de.

Энергосберегающие источники питания: http://www.80plus.org.

Эффективное использование энергии в суперкомпьютерах: http://www.green500.org.

Европейская Комиссия: http://ec.europa.eu/environment/index_de.htm.

Корпорация по оценке стандартной производительности (Standard Performance Evaluation Corporation, SPEC) и эффективное использование энергии: http://www.spec.org/specpower/.

Федеральное ведомство по охране окружающей среды (Umweltbundesamt): http://www.umweltbundesamt.de.

Совместная программа Energy Star Агентства по охране окружающей среды США и Министерства энергетики США: http://www.energystar.gov.


Эффективное использование энергии в офисе

Информацию об экономичных офисных устройствах предлагает служба распространения Инициативной группы по эффективному использованию электроэнергии при Немецком энергетическом агентстве (Deutsche Energie Agentur, DENA). Руководство, напечатанное в виде буклета, призвано помочь покупателям в выборе устройств, начиная с анализа потребностей и заканчивая советами и конкретными примерами. Типовые модели являются отправными точками для составления заявок, в памятках описываются важнейшие критерии эффективности использования энергии и предоставляются необходимые сведения о категориях офисных устройств — компьютерах, мониторах, копировальных аппаратах, принтерах, многофункциональных устройствах, сканерах и факс-аппаратах. Руководство можно заказать по адресу: http://www.office-topten.de за скромную цену 28 евро. Учреждениям общественного сектора предоставляются бесплатные экземпляры.

Поделитесь материалом с коллегами и друзьями