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?

Рисунок 1. Для сокращения времени ожидания на одном сервере должны выполняться несколько приложений.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.

Рисунок 4. Даже при наличии подходящего аппаратного обеспечения техник может допускать ошибки в процессе инсталляции.

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

Рисунок 2. Модульным серверам может потребоваться охлаждение мощностью до 25 кВт на стойку. 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.

Рисунок 3. Правильный выбор компонентов, а также решений виртуализации и автоматизации позволит сэкономить до 87% энергии и при высокой плотности размещения серверов. 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

Поделитесь материалом с коллегами и друзьями