Вице-президент социальной сети Facebook по аппаратному обеспечению для ЦОД Мэтт Кордри очень признателен автопроизводителю Tesla Motors. Не потому, что он ездит на электромобиле (на самом деле у Кордри авто с ДВС другой марки), а потому, что популярность электрокаров может помочь Facebook добиться дальнейшего снижения стоимости эксплуатацию инфраструктуры дата-центров.

Кордри часто работает в лаборатории Facebook в Менло-Парке, штат Калифорния (США), специалисты которой трудятся над передовыми серверами, системами хранения данных и другим оборудованием, работающим благодаря электроэнергии. Соцсеть делится результатами этих проектов с внешним миром через открытую базу знаний Open Compute Project Foundation, сформированную в рамках инициированного Facebook проекта Open Compute Project (OCP). И одной из наиболее интересных для инженеров соцсети технологией в настоящее время являются литий-ионные аккумуляторы.

Инженеры Facebook только что начали тестирование литий-ионных батарей, выступающих в качестве резервного источника питания для оборудования внутри монтажные стоек. Соцсеть планирует начать широкомасштабное развертывание этой технологии в своих ЦОД уже в следующем году. Кордри говорит, что до последнего времени литий-ионные батареи были слишком дорогими, но начало массового использования подобных химических источников электроэнергии в электрических автомобилях изменило экономическую составляющую процесса производства рассматриваемых АКБ. Сейчас их серийное производство является более экономически эффективным, чем сборка громоздких и менее безопасных свинцово-кислотных аккумуляторов, широко используемых в современных дата-центрах.

Переломным моментом стало появление доступных полных электромобилей. Эти машины, в отличие от гибридов (в меньшей степени полагаются на аккумуляторы), попросту не способны работать без электричества. По словам Кордри, рост спроса на продукты Tesla Motors, а также модели электрокаров Nissan Leaf и Chevrolet Volt изменил аккумуляторную промышленность. Все потому, что при производстве таких машин дешевле и проще использовать литий-ионные, а не свинцово-кислотные аккумуляторы. В ответ на рост спроса со стороны автопроизводителей вендоры, специализирующиеся на АКБ, начали переводить свои производственные мощности на литий-ионные аккумуляторы. Это, в конечном итоге, обернулось удешевлением источников бесперебойного питания (ИБП) на базе подобных батарей для дата-центров.

Вице-президент социальной сети по аппаратному обеспечению для ЦОД Мэтт Кордри внутри лаборатории компании Facebook демонстрирует плоды работы своей команды

Система ИБП является важной частью вспомогательного оборудования ЦОД. Если в запитывающей дата-центр центральной электросети происходит сбой, система ИБП сразу же активируется и начинает поддерживать работоспособность IT-оборудования. Заряда аккумуляторов, как правило, хватает на несколько минут, которые требуются для запуска дизельных электрогенераторов (ДГУ).

Литий-ионная аккумуляторная батарея (сверху) проходит испытания в инженерной лаборатории Facebook

Свинцово-кислотные аккумуляторы – вроде тех, что которые используются для запуска обычных автомобилей с двигателями внутреннего сгорания, — по-прежнему опережают литий-ионные с точки зрения соотношения стоимости к единице емкости. Тем не менее, как отметил Кордри, дополнительное оборудование, необходимое для подзарядки свинцово-кислотных аккумуляторов, и регулярное техническое обслуживание, в котором они нуждаются, делают подобные продукты в целом более дорогостоящими.

Они также занимают много места, что немаловажно для операторов ЦОД. Отметим, что ранее инженеры Facebook успешно разработали собственную систему резервного электропитания на базе свинцово-кислотных аккумуляторов, но она оказалась крайне громоздкой и неуклюжей, занимая отдельный монтажный шкаф высотой в 2.1 метра (7 футов). Такой системы ИБП хватает для обслуживания только шести монтажных стоек с серверами (при средней плотности размещения IT-оборудования в стойках). Facebook использует тысячи таких шкафов для обеспечения необходимого уровня надежности IT-инфраструктуры внутри своих серверных ферм по всему миру.

Мэтт Кордри стоит рядом с одним из монтажных шкафов со свинцово-кислотными бартерами, которые в настоящее время используются для резервного электропитания серверных систем Facebook по всему миру

Около года назад инженеры социальной сети начали задумываться о разработке литий-ионных источников бесперебойного питания с высокой плотностью размещения комплектующих, заточенных под установку непосредственно в монтажных стойках. Это позволило бы полностью устранить необходимость в отдельных шкафах с аккумуляторами. Батареи аккумуляторных элементов, которые решили использовать инженеры соцсети, почти такие же, как те, которые можно обнаружить внутри электрических автомобилей премиум-класса от Tesla Motors. Разница лишь в том, что используемые Facebook батареи способны расстаться со своим зарядом всего за 90 секунд – этого времени достаточно для запуска дизель-генераторов.

«Если бы специалисты Tesla Motors создали драгстер, а не автомобиль, который должен проезжать 500 километров на одном заряде, они бы использовали именно такие батареи «, говорит Кордри.

Литий-ионные аккумуляторы имеют и другие преимущества применительно к ЦОД. Инженеры соцсети используют по одному ИБП на базе таких батарей из расчета на каждые полстойки с серверами, так что если один источник бесперебойного питания откажет, есть возможность изолировать проблему в рамках одной относительно небольшой группы серверов и быстро ее решить. Напомним, что в стандартных дата-центрах высокой мощности используется иной подход. Там один ИБП может поддерживать сотни монтажных стоек с IT-оборудованием. Если подобный ИБП откажет, операторы ЦОД разом лишатся всех «линий обороны».

Инженер Facebook демонстрирует литий-ионный аккумуляторный элемент, используемый в новом стоечном ИБП

Размещение аккумуляторных батарей в непосредственной близости от серверов также является наиболее энергоэффективным вариантом, потому что электрический ток в подобной ситуации не проходит через избыточные преобразования, как в ситуации с внешним ИБП. Эксперты Facebook также ожидают, что литий-ионные батареи будут иметь немного более длительный срок службы, чем свинцово-кислотные – хотя реальную картину покажет только время. Инженеры соцсети пока только начали пилотное тестирование новых стоечных аккумуляторов в своих дата-центрах. В течение ближайших недель эти ИБП будут обслуживать «синтетическую IT-нагрузку», что позволит убедиться в надежности технологии. Затем начнется тестирование ИБП в связке с серверами, которые обслуживают данные клиентов соцсети.

Инженер Facebook Зох Эбрахимзадех работает над литий-ионным аккумулятором

Кордри отказался делиться точными цифрами по поводу прогнозируемой экономии электроэнергии и затрат в количественном и стоимостном выражении, соответственно (по сравнению свинцово-кислотные аккумуляторами). Но если Facebook взялась за масштабный апгрейд всей своей инфраструктуры, можно с уверенностью предположить, что экономия может быть довольно существенной. Если пилотный проект завершится достаточно хорошо, можно будет ожидать более широкого распространения литий-ионных аккумуляторов в корпоративных и коммерческих дата-центрах по всему миру.

Специалисты Facebook спроектировали новый стоечный ИБП для использования внутри монтажной стойки Open Rack второго поколения, которая создавалась в рамках инициативы Open Compute Project. Инженеры сделали монтаж ИБП в стойку предельно простым, а также предусмотрели все необходимые интерфейсы для подключения серверного оборудования. Напомним, что стойка Open Rack первого поколения была совестима только с большими внешними монтажными шкафами, наполненными свинцово-кислотными аккумуляторами.

Мэтт Кордри внутри инженерной лаборатории Facebook

Как и в случае других проектов, реализуемых в рамках инициативы OCP, целью в данном случае выступает создание более энергоэффективной и гибкой конструкции, чем те, которые предлагаются основными производителями вспомогательного оборудования для ЦОД в настоящее время. Любая сторонняя компания сможет получить доступ к техническим спецификациям стоечных ИБП и заказать их мелкосерийное производство.

Так выглядит актуальная версия стоечной системы ИБП Facebook

Батарея ИБП состоит из шести аккумуляторов, включая два резервных на случай отказа основных. Она способна поддерживать работоспособность IT-нагрузки мощностью в 13.2 кВт. Это намного меньше, чем в случае стандартных ИБП для суперкомпьютеров, которые характеризуются повышенной плотностью размещения комплектующих внутри монтажной стойки, но для Facebook – равно как и большинства других корпоративных клиентов – подобной цифры более чем достаточно.