Чистая правда про ЦОД

Тема Центров Обработки Данных (ЦОД) набрала и продолжает набирать популярность в России. Её успех подкрепляется не только нехваткой вычислительных мощностей, их разрозненностью и низкой эргономичностью, но и огромными инвестициями в проекты ЦОД вследствие высокой стоимости вычислительного оборудования. Ещё дороже стоят данные, обрабатываемые ЦОД. Именно поэтому стоимость оборудования инженерной инфраструктуры, обеспечивающей работу ЦОД, также высока, но всегда ли это оправдано?

Действительно, баснословная стоимость вычислительных ресурсов подразумевает высокую надежность обслуживающих систем. Результатом являются требования по наличию резервирования и аварийных источников питания (аккумуляторные батареи и дизель-генераторная установка), обеспечение «чистого» бесперебойного и фильтрованного питания, кондиционирование прецизионного класса и т.д.

Попробуем разоблачить некоторые из этих пунктов.

Прецизионное кондиционирование

Кому нужно прецизионное кондиционирование в ЦОД? Ответ очевиден – производителям прецизионного оборудования. Для них это реализация товара, прибыль, дорогие контракты и т.п.

Но рассмотрим ситуацию с точки зрения ЦОД.

1. В ЦОД применение прецизионной климатической техники диктуется высокими требованиями по микроклимату машинного зала ИТ-оборудованием. Слово «прецизионный» подразумевает более высокую точность поддержания, например, температуры – не ±5С, а, допустим, ±1С. При этом сложность заключается в высокой тепловой нагрузке машинных залов – до 1кВт/кв.м и выше.

   Но так ли высоки требования по температуре самого ИТ-оборудования? Американская ассоциация ASHRAE, «лозунгами» которой пользуются при построении ЦОД во всем мире, не только не сужает диапазон температур, а наоборот – расширяет его! Более того, этот диапазон был далеко не узким: 20-25С. В 2008 году его расширили до 18-27С. По сути это «плюс-минус километр» и такую, если так можно выразиться, «точность» температуры может поддержать даже бытовая сплит-система. А если взять техническую документацию, например, на блейд-сервера, то там указан ещё более широкий диапазон входящего воздуха: 10-30С. Почему тогда продвигается именно прецизионная техника? Правильно – это выгодно её производителям.

Дальше – больше.

2. Ещё одно требование, предъявляемое к прецизионному климатическому оборудованию – долговечность. В рекламных проспектах можно увидеть цифры порядка 10-15 лет круглогодичной круглосуточной работы. В то же время ресурс компрессоров и вентиляторов составляет около 60 000 часов, а в году 8760 часов. На сколько лет их хватит? На срок менее 7 лет. Неужели заявленные 10-15 лет подразумевают как минимум однократную замену комплектующих по истечению их срока службы? Но тогда бы долговечность была бы бесконечной – надо лишь в том же корпусе периодически заменять все элементы. В итоге и здесь «прецизионность» ничего не дает.

Продолжим тему – сделаем главный удар!

3. Из науки о холодильной технике известно, что получение низких температур тем дороже, чем ниже получаемая температура. Т.е. поддержание более высокой температуры в ЦОД с точки зрения экономии электроэнергии выгоднее. Почему тогда допустимый диапазон лежит в пределах 18-27С? Почему бы его не поднять до 30-37С?

   Ответ на этот вопрос кроется уже в ИТ-оборудовании. Если силы науки с разработки новых технологий в области прецизионного кондиционирования бросить на разработку ИТ-оборудования, адекватно работающего при более высоких температурах, то кондиционеры вообще не понадобятся – достаточно будет охлаждения наружным воздухом! Почему же не разрабатываются такие серверы? Правильно – это выгодно производителям кондиционеров.

   Вполне возможно, что вы опровергнете мои слова тем, что практически все чиллеры, установленные в ЦОД, поддерживают функцию фрикулинга (охлаждение теплоносителя наружным воздухом в холодное время года без использования компрессора). Ещё более новыми являются разработки систем охлаждения наружным воздухом, напрямую не связанных с кондиционерами (FFC от компании Аякс, фрикулинг-бокс от компании ВентСпецСтрой и др.).

   Но ведь это – лишь «мнимые» достижения! То, что и без того очевидно – поднять рабочую температуру серверов и охладить их «улицей» — хитрой цепочкой преподносится достижениями техники. Рабочую температуру повышать не хотят, а встроенные в стены вентиляторы возносят до небес под грифом «новые технологии». Почему? Правильно – это выгодно производителям.

4. Наконец, ещё одна великая загадка кондиционирования ЦОД, на этот раз упирающаяся в серверное оборудование.

   Задавали ли вы вопрос, почему ИТ-оборудоваие выделяет так много тепла и почему его расчетное тепловыделение равно потребляемой энергии? Неужели их КПД равно нулю – всё уходит в тепло? Действительно, это именно так! КПД вычислительного оборудования составляет сотые доли процента. Главной причиной тому являются потери энергии при передаче сигналов в микросхемах.

   Но и эта проблема решаема. Ответ лежит в применении высокотемпературной сверхпроводимости – явления понижения сопротивления проводников при нормальных температурах. Если эта технологий пройдет в жизнь, КПД ИТ-оборудования резко возрастет, а потребность в кондиционировании снизится в разы. Почему же не развивается высокотемпературная сверхпроводимость?

Правильно – это выгодно производителям кондиционеров.

Бесперебойное электропитание

Ещё один интересный казус лежит в области бесперебойного электропитания ЦОД.

Все рекомендации и нормативные документы предписывают запитывать активные мощности ЦОД «чистым» питанием, лишенным скачков напряжения, непостоянной частоты, помех, а также обеспечивающим некоторую аккумуляцию энергии на случай пропадания внешней электросети. Этим занимаются ИБП.

На «очистку» переменного тока ИБП тратят некоторую часть энергии – около 6%. Соответственно, КПД ИБП составляет 94%.

И тут у каждого производителя под своим названием появляется «новая технология, позволяющая повысить КПД ИБП до 99%». В чем же заключается эта технология?

Всё очень просто: критически важная нагрузка подключается напрямую к электросети, пока её параметры соответствуют требованиям, а на время перебоев и помех подключается линия двойного преобразования. В итоге то, от чего ушли 10 лет назад – от «грязного» питания серверов – снова вернулось к нам уже в качестве «новых технологий».

Выводы

Разобравшись в ситуации, складывается мнение, что новые технологии инженерии ЦОД возвращают нас в прошлый век по качеству обеспечения работы серверного оборудования, но требуя за них на порядок увеличенные финансовые затраты, а некоторые ИТ-направления не развиваются ввиду последующего краха коллег из соседнего направления:

• Отказ от охлаждения наружным воздухом ввиду его загрязненности после десятилетнего бума прецизионного кондиционирования «оживает» через использование свободного охлаждения с фильтрами, класс очистки которых не выше EU2-EU4.
• Отказ от «грязного» питания ИТ-оборудования спустя десятилетие преобразился в ИБП с суперэкономной технологией, подающей «грязное» питание напрямую в ЦОД.
• Климатическая техника в ЦОД по-прежнему потребляет до половины мощности ИТ-оборудования ЦОД ввиду нежелания разработок высокотемпературных серверов.
• Сервера выделяют столько же тепла, сколько потребляют энергии из электросети, явно позиционируя себя как устройства с катастрофически низким КПД без какого-либо прогресса в обозримом будущем.

Автор: Хомутский Юрий