Долгие годы рост плотности размещения транзисторов на микросхемах рассматривался как гарантия более высокой мощности и эффективности. Основанием для такой уверенности служил закон Мура: один из основателей компании Intel исходил из того, что число транзисторов на единицу площади и, следовательно, количество логических элементов в схемах удваивается каждые два года. Уменьшение ширины линий на микросхеме позволяет снизить напряжение питания и реализовать комбинацию более быстрых и экономичных транзисторов. Но увеличение плотности размещения транзисторов на микросхемах — независимо от того, идет ли речь о центральном процессоре, памяти, графической плате или интегрированных компонентах — конечно же, отражается на потреблении энергии.

Потребление энергии оборудованием ИТ можно разделить на две составляющие: вычислительный центр с его серверами и сетевыми компонентами, с одной стороны, и настольные клиенты — с другой. Сегодня в центре дискуссии находятся именно серверы и вычислительные центры. Главным движущим фактором стало массовое применение модульных систем и связанное с этим уплотнение вычислительный мощности в вычислительных центрах. Современные серверные системы мощностью до 400 Вт потребляют в четыре раза больше энергии, чем аналогичные устройства десятилетней давности. Кроме того, по сравнению со своими предшественниками ультратонкие или модульные серверы позволяют добиться гораздо более высокой плотности размещения процессоров. При одном и том же объеме вычислительная мощность вырастает в 30-50 раз. Но одновременно серверные стойки требуют подачи большего количества энергии. Для ее экономии операторы вычислительных центров прибегают к любым возможным мерам: это касается как выбора продуктов при покупке, так и применения компонентов — их размещение оптимизируется с целью улучшения охлаждения.

Особую роль играют программные концепции. Современные многоуровневые архитектуры требуют наличия большого количества серверных систем, но приобретать отдельное аппаратное обеспечение для каждой из них вовсе не обязательно. Число машин сокращается путем виртуализации. Если изначально разработчики этого подхода делали акцент на улучшенном распределении нагрузки на аппаратное обеспечение, то теперь они говорят о снижении затрат на питание. И не лукавят, поскольку при полной нагрузке сервер потребляет энергии ненамного больше, чем на холостом ходу. Что касается отдельных компонентов, то больше всего энергии расходуют центральный процессор, память и жесткие диски. Сильно упростив анализ, можно ограничиться этой тройкой. Таким образом, виртуализация вместе с автоматизированным предоставлением вычислительной мощности обеспечивает увеличение эффективности и сокращение потребления энергии. Однако концепции виртуализации, с одной стороны, пока еще не слишком распространены, а с другой — их реализация довольно сложна.

ПОТРЕБЛЕНИЕ ЭНЕРГИИ КЛИЕНТОМ

Другим крупным потребителем энергии являются настольные системы. В отличии от серверных систем и сетевых компонентов они, как правило, в расчет не берутся. Хотя соответствующих исследований, на которые можно было бы положиться, пока не проводилось, есть основания полагать, что совокупное потребление энергии настольными компьютерами превышает аналогичный показатель у серверов. Для поддержки сотни пользователей нужно небольшое количество серверов и сетевых компонентов. Вследствие синергетических эффектов при дальнейшем масштабировании выводы будут отнюдь не в пользу настольных систем. Но если на последние приходится львиная доля всей потребляемой энергии, то странно, почему они не находятся в центре внимания сегодняшней дискуссии об экономии энергии. Чтобы ситуация оканчательно не вышла из-под контроля, рекомендуется воспользоваться специальным программным обеспечением, содержащим модуль управления потреблением энергии. Такой модуль следит за эффективностью потребления энергии настольными системами путем задания нужных директив (правил).

Система управления потреблением энергии различает, как и Windows, два набора параметров: для работы ноутбука от батареи и для стационарного применения настольной системы или ноутбука с питанием от сети. Пользователь, если у него есть соответствующие права, может сам задать эти опции или оставить их как есть. С помощью инструмента управления потреблением энергии администратор активирует эти опции и определяет необходимые параметры. С технической точки зрения речь идет о правиле, которое составляется так же, как и директивы обеспечения безопасности.

Целенаправленный продуманный подход, примененный именно к настольным системам, может оказать положительное влияние на энергетический баланс. То, что персональные компьютеры способны потреблять большое количество энергии, видно на примере новых графических карт, которые, среди прочего, требуют водного охлаждения и блока питания мощностью 450 Вт — речь идет только о настольной системе, поскольку для сервера подобная высокопроизводительная трехмерная графика не имеет смысла.

Производители центральных процессоров теперь выпускают более эффективные с точки зрения энергопотребления модели. Уже доступны модели флэш-дисков емкостью до 32 Гбайт, которые благодаря форм-фактору 2,5 дюйма, а также наличию интерфейса SATA способны заменить обычные жесткие диски. Жидкокристаллические мониторы экономичнее мониторов на электронно-лучевых трубках — но целесообразность замены последних на жидкокристаллические исключительно по этой причине сомнительна. Вместо локальных принтеров, находящихся обычно в режиме ожидания, можно приобрести сетевые принтеры для установки на каждом этаже.

Примером экономного расхода энергии всегда служат ноутбуки, поскольку важным аргументом при их покупке является длительность работы от батареи без подзарядки. Часто режим ожидания обсуждается именно в связи с ноутбуками. Еще одну возможность для экономии предоставляют тонкие клиенты и серверные вычисления, однако лишь в том случае, если действительно удается заменить персональный компьютер тонким клиентом — одна эмуляция ничего не изменит в энергетическом балансе.

Предприятия в недостаточной мере используют огромный потенциал экономии энергии, потребляемой настольными компьютерами. По данным исследования американской экологической организации EPA, США около 60% компьютеров не выключаются и ночью. В Европе и в Германии таких машин, скорее всего, меньше. Тем не менее, отключение компьютеров в нерабочее время позволяет экономить до 75% энергии, поскольку 40 ч (пять рабочих дней по восемь часов) меньше четверти от 168 ч (семь суток по
24 ч). Предприятиям следует постоянно разъяснять пользователям, как следует поступать для экономии энергии, и принимать другие организационные меры. Положительных результатов можно достичь при помощи сравнительно простых средств, в том числе технических, которые будут полезны для забывчивых и неосмотрительных сотрудников. Соответствующие технологии и концепции применяются уже многие годы, нужно только воспользоваться ими. Windows, к примеру, предлагает средства автоматической остановки компьютера при выходе пользователя из системы. Кроме того, современные устройства и клавиатуры часто оснащаются выключателями или клавишами для перевода устройства в режим ожидания или автоматического выключения одним нажатием кнопки (см. Рисунок 1). Таким образом, можно сократить потребление энергии и при кратковременных перерывах в работе, когда компьютер не используется. Паузы случаются в любых деловых процессах. Номинальный рабочий день длительностью восемь часов часто состоит из множества переговоров, согласований или телефонных звонков.

Рисунок 1. Windows Vista позволяет назначать функции экономии энергии отдельным клавишам.

Windows, начиная с версии 2000, предлагает опции для экономии энергии. С их помощью в режим ожидания можно перевести отдельные компоненты — монитор или жесткий диск, а также всю систему целиком (см. Рисунок 2). Это происходит через некоторое время после того, как пользователь прекращает какие-либо действия. Для соответствующих компонентов настройки можно изменить целенаправленно: они позволяют дезактивировать компьютер или его отдельные компоненты в заданное время, к примеру, выключить монитор через 15 минут, жесткий диск — через полчаса, перейти в режим ожидания через час, а также отключить компьютер после восьми вечера. Обоснования для этих вариантов отключения даются в спецификации усовершенствованного интерфейса управления конфигурированием и энергопотреблением (Advanced Configuration und Power Interface, ACPI).

Рисунок 2. Опции экономии энергии операционной системы Windows XP позволяют контролировать отключение отдельных компонентов компьютера.

ACPI определяет несколько состояний системы — от S0 до S5 (см. врезку «Состояния компьютера в соответствии с ACPI»). Состояние S0 описывает обычный режим эксплуатации, то есть полностью активную систему. S5 — режим, в котором компьютер отключается при помощи программных или аппаратных средств. Между ними есть прочие режимы, в которых отключаются отдельные компоненты. Более известными, чем режимы ACPI, являются результирующие системные состояния: Suspend to RAM (режим ожидания) и Suspend to Disk. В случае ноутбуков режим Suspend to Disk часто называют «режимом глубокой спячки»; он подразумевает полное сохранение состояния машины со всеми открытыми приложениями и данными в файле. «Пробуждение» происходит в течение минуты. Таким образом, среда приходит в рабочее состояние гораздо быстрее, чем при традиционной загрузке системы. Благодаря широкому распространению устройств с поддержкой функции Wake on LAN их не нужно оставлять на ночь в целях проведения работ по обслуживанию.

Спецификации ACPI, конечно, должны поддерживаться компьютерами, встроенным программным обеспечением, а также используемыми программами. Эти настройки можно менять при помощи инструментов управления энергопотреблением системы управления клиентами
в том числе централизованно, и развертывать на клиентах в виде правил подобно программной заплате.

Детлеф Люке — старший технический консультант в Landesk Software.


Состояние компьютера в соответствии с ACPI

90-е гг. компании Intel и Microsoft разработали расширенную систему управления питанием (Advanced Power Management, APM), которая для экономии энергии использовала BIOS и аппаратное обеспечение. Между тем, самым распространенным стандартом стал интерфейс ACPI, передающий функции экономии энергии главным образом операционной системе. С его помощью можно гибко управлять настройками. ACPI применяют для экономии энергии батарей на ноутбуках, а также —  в меньшей степени — на настольных компьютерах. Он предусматривает шесть уровней:

  • S0 — режим эксплуатации. Система полностью готова к работе;
  • S1 — простой «спящий режим». Система приводится в рабочее состояние нажатием клавиши без необходимости повторной инициализации центрального процессора и набора микросхем;
  • S2 — расширенный «спящий режим». Центральный процессор и его кэш-память деактивируются;
  • S3 — режим ожидания/Suspend to RAM. Центральный процессор, вся кэш-память и набор микросхем деактивируются. Все содержимое оперативной памяти остается в ней. Возвращение к работе производится в течение нескольких секунд;
  • S4 — «режим глубокой спячки»/Suspend to Disk. Деактивируются все компоненты системной платы. Содержимое оперативной памяти переписывается на жесткий диск, подача энергии прекращается. Возвращение к работе происходит быстрее обычной загрузки;
  • S5 — отключение питания. Система выключается.

 © AWi Verlag

Поделитесь материалом с коллегами и друзьями