CC BY
49
на н
Инструменты энергоэффективности ЦОДа
Георгий ГАДЖИЕВ,
эксперт бизнес-направления вычислительных систем и систем хранения данных компании«Микротест»
Пролог
Время с каждым днем движется все быстрее и быстрее. Плотность событий и изменений на единицу времени достигают таких значений, которые 40-50 лет назад могли показаться научной фантастикой. Сегодня же это стало реальностью. Современные технологии, развитие вычислительной техники и сетей передачи данных, скорости и методы обработки информации - вот что обеспечивает всю нашу планету и человеческое общество современными и надежными инструментами для эффективной работы и взаимодействия. Информационные системы заняли свое место в нашей жизни, делая ее динамичной и комфортной, но...
...У всех положительных моментов развития общества, построенного на информационных технологиях, имеется и оборотная сторона - все эти системы необходимо где-то размещать, обеспечивать качественным энергопитанием, системами охлаждения и вентиляции, поддерживать необходимый температурный режим. Добавьте к этому то, что все приложения, размещаемые в различных информационных системах, необходимо обеспечить избыточностью компонентов, которые поддерживают работу сервиса, на случай аварии или выхода из строя, чтобы гарантировать отказо- и катастрофоустойчивость ин-
Улуншение значения PUE
Среднее значение PUE для всех ЦОД
■■ Взвешенное значение за год (ТТМ) Среднеквартальное значение
формационных и бизнес-систем. А это означает дополнительное оборудование, дополнительные затраты на энергопитание и т.д.
Эпоха социальных сетей, Web 2.0, сервис-ориентированной архитектуры (SOA) и облачных вычислений открыла для пользователей сотни различных сервисов, таких как Facebook, VKontakte, YouTube, Google, Office 365 и др. Однако если представить, какое количество пользователей одновременно присутствует в данных системах, то невольно возникают вопросы: «А на чем все эти сервисы работают? Какого размера центры обработки данных (ЦОД) для этого необходимы? Насколько они эффективны?»
Вопрос эффективности ЦОД, а именно энергоэффективности, пожалуй, самый интересный и актуальный. Попробуем разобраться, каковы современные тенденции в создании энергоэффективных, надежных и экологичных ЦОД.
Энергоэффективность или эффективная энергия?
Прежде всего, определимся с основными терминами и понятиями. Мы будем рассматривать вопросы энергоэффективности в контексте центров обработки данных.
Итак, энергоэффективность - это эффективное (рациональное) использование энергетических ресурсов - достижение экономически оправданной эффективности использования топливо-энергетических ресурсов при существующем уровне развития техники и технологии и соблюдении требований к охране окружающей среды. Иными словами, это совокупность технологий и методов использования энергии, которая позволяет потреблять меньшее количество энергии для решения определенного круга задач или обеспечения технологических процессов.
Энергоэффективность измеряется в PUE (Power Usage Effectiveness - эффективность использования энергии) и вычисляется по следующей формуле: Общая потребляемая мощность ” Мощность /Г-оборудования
С помощью PUE определяется, насколько ЦОД эффективно использует электроэнергию, и, в частности, сколько энергии расходуется непосредственно
на вычислительные задачи (в сравнении с обеспечивающими процессами, такими как охлаждение). Единица PUE была разработана консорциумом GreenGrid. Идеальным значением PUE является 1.0, однако на сегодняшний день в России средний показатель PUE в ЦОД находится на уровне 1.6. Общемировые тенденции можно увидеть на рис. 1.
Существует и такая метрика, как DCIE (Data Center Infrastructure Efficiency - эффективность инфраструктуры ЦОД). Данный параметр является обратным значением параметра PUE, то есть процентным значением, которое получается в результате отношения Мощности IT-оборудования к Общей потребляемой мощности.
Следует упомянуть и такую метрику, как PPW (Performance Per Watt - количество производительности на потраченный ватт энергии). Производительностью могут служить FLOPS или MIPS. Данный параметр чаще всего применяется в научных вычислениях для того, чтобы оценить эффективность вычислительных операций.
Отдельного внимания заслуживает метрика ERF (Energy ReUse Factor), определяющая эффективность повторного использования выработанной энергии, когда избыточная энергия не высвобождается во внешнюю среду, а направляется повторно в рабочий цикл, как полезная энергия.
Теперь, когда мы узнали, что такое энергоэффективность и как ее измерять, разберемся, в каких компонентах можно увеличить энергоэффективность ЦОДа.
Инженерная инфраструктура
Центр обработки данных, как правило, представляет собой помещение или здание, которое оснащено несколькими линиями электропередачи, системами охлаждения и кондиционирования, противопожарными системами и системами мониторинга окружающей среды, системами контроля доступа, наполнено различным IT-оборудованием. И все эти системы потребляют энергию (рис. 2).
На основе приведенных на рис. 2 данных легко понять, где именно можно повысить энергоэффективность ЦОДа: в его инженерной инфраструктуре, в наполнении или в IT-оборудовании.
Рис. 1. Мировые тенденции повышения энергоэффективности ЦОД
.•••' 5 HG BEJG
Ч НЕ \ G
Рассмотрим механизмы повышения энергоэффективности в ракурсе инженерной инфраструктуры. Основным условием для работы энергоэффективного ЦОДа является его интеллектуальность. Чтобы ЦОД стал интеллектуальным, необходимо внедрить множество систем мониторинга: контроль влажности в помещении, контроль температур на входе и выходе в системе охлаждения и проч. Необходимы также системы для управления оборудованием инфраструктуры ЦОДа, например, системами контроля вращения вентиляторов в вентиляционных системах. Основная задача при этом состоит в том, чтобы определять допустимую температуру для работы оборудования, измерять этот показатель в режиме реального времени и автоматически регулировать системы, отвечающие за его поддержание. Одним из примеров таких решений могут служить беспроводные сенсорные сети (БСС). Как правило, эти сети представлены набором датчиков (рис. 3), отвечающих стандартам IEEE802.15.4, таким как Bluetooth или ZigBee, и шлюзом для управления и мониторинга всей платформы в целом. Такие прило-
Система охлаждения 33%
Входящая электроэнергия
CRAC9%
Выходящая ненужная высокая
ИТ-оборудование 30% Внутренняя температура
температура ЦОД
ы 1%
Рис. 2. Структура энергопотребления в центрах обработки данных
жения часто классифицируют как M2M (МасЫпе4о-МасЫпе) - общее название технологий, которые позволяют машинам обмениваться информацией друг с другом или передавать ее в одностороннем порядке. Это могут быть проводные и беспроводные системы мониторинга датчиков или каких-либо параметров устройств (температура, уровень запасов, местоположение и т.д.).
Преимуществ у таких систем множество: они не требуют дополнительного питания, совместимы с различными типами устройств (датчики давления, влажности, температуры, освещенности и т.д.), обладают возможностями самоорганизации сетевой топологии. Также следует отметить, что концепция самих датчиков весьма энергоэффективна - большую часть времени они находятся в
ЭЛЕКТРОПИТАЮЩЕЕ ОБОРУДОВАНИЕ
С&ОД'ДОШІШ;
(ЦіШЛ&іг с&зіуаац&шс. ицдошій Оилсяаа. Є&аиз&Шгіідо* шаиагк идаешадо ісш WiWI I С&ЗД'ДОШіVUz
(•ШфШОДгШі Сішилатщ-и
І'іІІЩ’.Щ’ЛІ
шл&ш ІЧіац!Ш=діік=диііі£
Щии& імитіИ шцииа.
йшсш еііц&ишагк* іідасшіше
1Пгтмгвязь
(^^Опішпгвязь Д И ЗА ИН
(1(1(2 ЧЦіШШіЩіііШІІі iWtY4!l<!lilt£tLltl (4Щ &&43&&Ї
IT2GV1= 1100 ШІ-ШІ (1100 ШИЙШШ)
GAG ЧуЦіШ-АіШіШ'ііИ шііі/і Чцшм&а&ь"
ШWliiulii
(4&24G) &&М24
№ 1/2 • 2012 ВЄКІ КАЧЕСТВА
63
на н
Рис. 3. Образцы беспроводных модулей М2М стандарта ZigBee
спящем режиме и переходят в активный режим только при обращении к ним. Однако стоит отметить, что проектов с применением подобных технологий немного - на сегодняшний
'S
о % Сервер 1
"S
О % Сервер 2
'S
О % Сервер 3
'S
о % Сервер 4
500 Вт 20% Utilize
500 Вт 20% Utilize
500 Вт 20% Utilize
день, пожалуй, только в Японии есть реально внедренные системы. Здесь сказываются относительная сложность и дороговизна разработки решения для интеллектуального ЦОДа, а также отсутствие специалистов по технологиям М2М на рынке.
Основным потребителем электроэнергии с точки зрения инженерной инфраструктуры является чиллер (chiller - охладитель) - элемент, отвечающий за кондиционирование и охлаждение воздуха. Здесь есть несколько практических рекомендаций с точки зрения архитектуры системы охлаждения. Прежде всего, всегда разделяйте холодные и горячие потоки воздуха, используйте, например, контейнеризацию горячих коридоров - так поступает компания Google при строительстве своих дата-центров. Не стоит также допускать большую разницу между температурами на входе и на выходе системы охлаждения - подавайте на серверы воздух с температурой порядка 25-27°С. Время от времени чиллеру необходимо отдыхать - старайтесь использовать уличное охлаждение или free cooling. Система должна быть спроектирована и построена таким обра-
зом, чтобы она могла запускать воздух «извне», предварительно фильтруя его от пыли и прочих примесей.
Не будем лишний раз напоминать о необходимости использования энергосберегающих компонентов - это прописная истина. Далее рассмотрим, какие современные ^-технологии и возможности оборудования позволяют повысить энергоэффективность ЦОДа.
Энергоэффективность
^-платформ
Что такое виртуализация и облачные вычисления на самом деле известно далеко не всем, но большинство хотя бы слышали о подобных технологиях. Как же они способны повлиять на энергоэффективность?
Виртуализация - технология, которая позволяет абстрагироваться от физического уровня вычислительной системы и запускать параллельно несколько операционных систем в изолированных безопасных средах. Одним из самых важных параметров виртуализации с экономической точки зрения является плотность консолидации - количество виртуальных машин, которое можно запустить
КОММЕНТАРИЙ ЭКСПЕРТА
Эксперт компании «ДатаДом»
«Действительно, существует общая тенденция растущего количества разработок по увеличению энергоэффективности дата-центров. Так, многие наши заказчики испытывают интерес к проектам энергоэффективных ЦОД. С другой стороны, рассматривая проблему с разных сторон, нельзя не отметить, что энергоэффективные ЦОДы не только требуют больших затрат при строительстве, но также занимают значительно большую физическую площадь (в том числе машинных залов), задействуют больше оборудования систем подачи холодного воздуха (в частности, воздухоотводов) и т.п.
К тому же, как ни странно, владельцы коммерческих ЦОД меряют энергоэффективность не в кВт, а в финансовых показателях. Сама по себе энергоэффективность понятие слишком альтруистическое, так как мало кого заботит то, что «зеленые» ЦОД приносят меньше вреда природе, но все смотрят на общую стоимость владения объектом (ТСО). Поэтому при выборе того или иного технического, в том числе энергоэффективного, решения, важно принимать во внимание комплексный показатель капитальных и операционных затрат. Ведь в итоге может случиться так, что цена на электричество на конкретном объекте будет настолько мала, что применение дорогих энергоэффективных технологий себя не оправдает».
Андрей ПАВЛОВ,
генеральный директор компании«ДатаДом»
Рис. 4. Повышение энергоэффективности за счет виртуализации серверов
.•••' 5 QG □ QG
4 QG \ G
на одной физической машине. Например, у нас есть 4 сервера с приложениями СУБД, каждый из которых потребляет по 500 Вт. Известно, что каждый из серверов потребляет не более 20% от своих ресурсов - иными словами, мы тратим 2 кВт энергии, но полезными являются только 400 Вт. При использовании технологии виртуализации все 4 сервера можно разместить в виде виртуальных машин на одном физическом сервере, повысив коэффициент его утилизации до 80%. Потребление электроэнергии в таком случае составит всего 500 Вт при 400 Вт полезной энергии (рис. 4).
При виртуализации в промышленных масштабах, или в частных облаках, складывается еще более интересная ситуация: любая современная облачная платформа использует как основу платформы виртуализации, а все платформы виртуализации также обеспечивают возможности высокой доступности благодаря кластеризации виртуализованной информационной системы. Таким образом, мы получаем возможность применения бездисковой конфигурации серверов (все виртуальные машины размещаются на централизованной системе хранения данных, следовательно, исчезает необходимость в локальных дисках), устраняем и лишний шум, и лишние тепло, и лишние точки отказа в пределах элемента системы (рис. 5).
Но самыми интересными и востребованными с точки зрения энергоэффективности, являются технологии динамического управления энергией (Dynamic Power Management -
DPM). Эти технологии также базируются на платформах виртуализации и кластеризации. В этом случае серверы и система управления информационной системы в режиме реального времени анализируют загрузку каждого сервера и более оптимально распределяют нагрузку. Если, например, ночь является для ЦОДа временем простоя, то система с легкостью распределит все необходимые работающие виртуальные серверы на минимальном числе физических серверов - избыточные она просто отключит до тех пор, пока нагрузка снова не возрастет. Подобным функционалом обладают платформы виртуализации и облачных вычислений таких вендоров, как Microsoft (Private Cloud), VMware (vSphere), IBM (Cloud Burst), HP (Blade System Matrix).
Следует также отметить, что оптимальным решением для энергоэффективных ЦОДов будет не только виртуализованная платформа, но и применение blade-архитектуры при построении инфраструктуры информационной системы. Blade-решения отличаются пониженным энергопотреблением, компактностью и модульной структурой. Если на такой архитектуре развернуть виртуализованный ЦОД, то это решение будет весьма энергоэффективным (PUE=1.5-1.1). Подобные имеющиеся в портфолио компании «Микротест» решения семейства «Микро-ЦОД» направлены на создание энергоэффективных, производительных и компактных ЦОДов, виртуализованных систем и облачных платформ.
НОВОСТИ -» NEWS -» НОВОСТИ -» NEWS -» НОВОСТИ
Cisco прогнозирует 18-кратный рост объема мобильного трафика с 2011 по 2016 гг.
К 2016 г. объем облачного трафика, передаваемого по мобильным сетям, составит 71% от всего мобильного трафика, или 7,6 эксабайта в месяц (для сравнения: в 2011 г. на облачный трафик приходилось 45% от общего объема мобильного трафика, или 269 петабайт в месяц).
По опубликованным в феврале результатам исследования «Cisco® Visual Networking Index (VNI) Global Mobile Data Forecast for 2011-2016» (Индекс визуальных сетевых технологий Cisco: прогноз развития мирового мобильного трафика на 2011-2016 гг.), в течение ближайших пяти лет мировой объем данных, передаваемых по мобильным сетям, увеличится в 18 раз и достигнет 10,8 эксабайта в месяц, или 130 эксабайт в год.
Столь стремительное увеличение мобильного трафика обусловлено прогрессирующими темпами распространения мобильных Интернет-устройств, количество которых в скором времени превысит численность населения нашей планеты (по прогнозам ООН, к 2016 г. на Земле будет 7,3 млрд человек). Cisco предполагает, что объем мирового мобильного трафика втрое превысит объем фиксированного широкополосного трафика.
Прогнозируемые 130 эксабайт трафика эквивалентны объему данных, содержащихся на 33 миллиардах DVD-дисков; в 4,3 квадриллиона МР3-файлов (аудио и видео); в 813 квадриллионах SMS-сообщений.
Среднегодовые темпы роста мобильного трафика составят 78% в течение ближайших пяти лет. Прирост трафика только в период с 2015 по 2016 гг. троекратно превысит общий объем мобильного трафика в 2012 г. По мнению Cisco, такая динамика обусловлена следующими факторами.
^ Птотоковый контент. В связи с тем, что пользователи испытывают все большую потребность в получении контента «по запросу», объем облачного трафика, передаваемого по мобильным сетям, возрастет к 2016 г. в 28 раз, среднегодовые темпы его роста составят 95%.
^ Рост числа мобильных соединений. К 2016 г. в мире будет насчитываться более 10 млрд мобильных Интернет-устройств, что превысит численность населения Земли, которая к этому времени составит 7,3 млрд человек.
^ Совершенствование мобильных устройств. Мобильные устройства становятся еще более мощными: они способны потреблять и генерировать большие объемы трафика. Планшетные компьютеры к 2016 г. будут генерировать в 62 раза больше трафика, чем в 2011 г., - что представляет собой абсолютный рекорд для всех категорий устройств. Объем генерируемого планшетниками трафика в 2016 г. (1 эксабайт в месяц) в 4 раза превзойдет месячный объем мирового мобильного трафика в 2010 г. (237 петабайт).
^ Рост скорости передачи данных. Cisco прогнозирует, что скорость передачи данных по мобильным сетям (включая сети 2G, 3G и 4G) возрастет в 9 раз с 2011 по 2016 гг.
^ Рост популярности мобильного видео. Пользователи стремятся иметь доступ к лучшим видеосервисам, а именно - к мобильному видео, которое к 2016 г. составит 71% от общего объема мобильного трафика.
В исследовании также высказывается предположение, что к 2016 г. 71 процент смартфонов и планшетных компьютеров (1,6 млрд устройств) будут подключены к Интернету по протоколу IPv6. Более того, 39% всех мобильных устройств (почти 4 млрд) также смогут работать по IPv6. ■
www.cisco.ru
№ 1/2 • 2012 ВвК! КАЧЕСТВА
АСПЕКТЫ КАЧЕСТВА
ааа центры обработки данных на / н
Если взглянуть на вопрос энергоэффективности в разрезе сетей передачи данных, то тут тоже происходят заметные сдвиги - все более популярной становится концепция конвергентных сетей. Конвергентное оборудование для сетей передачи данных отличается от обычного тем, что дает возможность подключаться совершенно к разным сетям с точки зрения протоколов передачи данных и соответствующих им физических портов (FC, iSCSI, Infini Band и т.п.) - в оборудовании присутствуют все необходимые стеки, нужно лишь подобрать правильные компоненты и соответствующие коннекторы. Такой подход позволяет не только снизить затраты за счет сокращения объемов закупаемого оборудования, но и повысить энергоэффективность комплексного решения для ЦОДа.
Заключение
Подводя итоги, заглянем немного вперед и посмотрим, что же ждет нас дальше. Каждый год появляются все более совершенные и производительные решения и компоненты в области ІТ. Однако, если раньше казалось, что на рынке будет вечная «гонка за гигагерцами», то в начале XXI века отрасль пошла не по линейному, а по параллельному пути наращивания производительности - частота осталась на фиксированном уровне, а количество ядер процессора растет. Размещение большего количества процессорных ядер в пределах одной кремниевой подложки позволяет постоянно совершенствовать техпроцесс производства, что также влияет на энергоэффективность.
Чем совершеннее (меньше) техпроцесс, тем меньше энергии потребляет готовый продукт. Согласно закону Мура человечество освоит техноло-
гии производства на атомном уровне (0,01 мкм) примерно в 2025 г. К тому же времени должны подоспеть эффективные и доступные источники альтернативной энергии. При правильном географическом размещении ЦОДа вполне реально построить решение, которое будет использовать исключительно внешние альтернативные источники энергии (солнце, ветер).
Возможно, однажды человечество вынесет все свои ЦОДы на околоземную орбиту, и тогда будет гораздо проще решать вопросы и энергоэффективности, и охлаждения, и размещения компьютерной техники. А не пойдет ли прогресс еще дальше, и не придется ли нам сдать на повторную переработку весь этот невообразимый объем металла и текстолита?.. Ответа на этот вопрос у человечества пока нет - покажет только время, остается лишь ждать... ■
НОВОСТИ -» NEWS -» НОВОСТИ -» NEWS -» НОВОСТИ -» NEWS -» НОВОСТИ -» NEWS -» НОВОСТИ -» NEWS
Российский рынок ЦОД: 180 млн долл. в 2011 году
Облачные технологии все увереннее завоевывают себе место под солнцем, стимулируя подъем смежных рынков. В России, наконец, начинается давно обещанный ажиотаж в связи с услугами дата-центров. Основные тенденции и оптимистичные возможности рынка ЦОД в существующих реалиях обсудили участники конференции «Развитие рынка ЦОД в России», организованной CNews Conferences и CNews Analytics.
Документы, мультимедийные файлы, облачные CRM-системы и базы данных, потребляющие все большие ресурсы, требуют соответствующих мощностей для хранения и обработки данных. Собственно, весь смысл сегодняшних «облаков» - в хранении данных и приложений в выделенных центрах, ЦОДах, собственных или внешнего провайдера.
Строительство и развитие ЦОДов, отвечающих требованиям пользователей по надежности и производительности, — одна из самых актуальных тем в мире. Спрос на услуги ЦОДов стремительно растет. По данным CNews Analytics, в 2011 г. в России объем этого рынка составил почти 180 млн. долл. Сектор динамично растет, чтобы предупредить проблему дефицита ресурсов. Правда, как показывает опрос, у большинства площадок существующие мощности загружены в среднем на две трети.
Постепенно российский рынок ЦОД меняет свои очертания. В 2011-2012 гг. вводятся в эксплуатацию несколько крупных проектов, которые могут заметно поменять расстановку сил. Прежде всего, это созданная «Ростелекомом» сеть из семи ЦОДов, способная выдержать одновременное подключение до 25 млн пользователей. Эти ЦОДы будут использоваться, в частности, для хранения данных, получаемых с видеокамер, установленных на избирательных участках во время президентских выборов.
Другой из знаковых проектов - ЦОД «Южный порт», построенный Сбербанком, - является крупнейшим в Восточной Европе. При вложениях более миллиарда долларов его планируется окупить за два с половиной года.
Правда, на фоне мировых показателей российские все еще очень скромны. Если в Европе, США и Азии количество крупных ЦОДов исчисляется сотнями, то у нас можно насчи-
тать пока не более 10-15 ЦОДов современного уровня, из которых лишь единицы сертифицированы по Tier, хотя заказчики уже начинают проявлять интерес к подобной сертификации. А значит, поставщики вынуждены будут соответствовать меняющимся ожиданиям и вскоре более массово пойдут по пути сертификации своих площадок. ■
www.cnews.ru/reviews/free/datacenter/
В СЗФО построен первый ЦОД для ОАО «Ростелеком»
«Энвижн Груп» построила первый коммерческий Центр обработки данных (ЦОД) на территории Северо-Западного федерального округа для ОАО «Ростелеком».
Общая площадь нового ЦОДа - 150 м2, полезная мощность - 100 кВт (до 10 кВТ на стойку). Для размещения клиентского оборудования в ЦОДе установлено 20 серверных шкафов (42U). Структурированная кабельная система центра построена в соответствии с международными стандартами Т1А/Е1А-568В и TIA/EIA-942. В качестве активного сетевого и серверного оборудования применены решения мировых лидеров Juniper Networks, Hewlett Packard и других.
Услуги ЦОДа Калининградского филиала ОАО «Ростелеком» ориентированы на крупные предприятия национального уровня, компании государственного сектора, контент-провайдеров, организации среднего и малого бизнеса. Создание ЦОДа на Северо-Западе России стало очередным этапом развития сети собственных ЦОДов «Ростелекома».
Центр обработки данных является современной специализированной технологической площадкой, предназначенной для размещения серверного и телекоммуникационного оборудования и подключения его к каналам передачи данных и к сети Интернет. В ЦОДе созданы все необходимые инженерные системы, гарантирующие предоставление широкого спектра услуг с высокой надежностью, отказоустойчивостью и производительностью: бесперебойное электроснабжение, прецизионное кондиционирование, газовое пожаротушение, структурированная кабельная система, системы физической безопасности. ■
http://www.nvg.ru
