Энергоменеджмент ЦОД: современные тенденции

Энергоменеджмент ЦОД требует многостороннего подхода: необходимо оптимизировать энергозатратное оборудование, обзавестись инструментами для получения четкого представления о динамике использования электроэнергии, а также сформировать бизнес-стратегию по приобретению «железа», позволяющего добиться самой высокой отдачи от инвестиций.

Очевидно, что оценить динамику энергоэффективности невозможно без использования своеобразной отправной точки: базового уровня. Также очевидно, что доступность данных по энергопотреблению на уровне всего ЦОД позволяет проводить лишь глобальные оценки вроде расчета коэффициента эффективности использования энергии (PUE), но с точки зрения определения энергоэффективности конкретных систем такие данные малополезны. Например, коэффициент PUE на уровне 1.2 говорит о превосходной энергоэффективности серверной фермы, потому что почти все электричество, попадающее в здание ЦОД, используется для запитки IT-оборудования. Однако если 50% серверов простаивают, но при этом к ним продолжает подаваться электричество, низкий PUE вряд ли поможет избежать растраты большого количества электроэнергии впустую.

Умное оборудование для ЦОД

Современные серверы корпоративного класса обладают не только высокой производительностью но и весьма полезными с точки зрения энергоменеджмента ЦОД функциями вроде отключения бездействующих ядер процессоров. Машины из линейки System x от IBM, системы PowerEdge 12-поколения от Dell, а также многие другие серверы комплектуются энергоэффективными частотно-регулируемыми вентиляторами. Такие серверы также комплектуются датчиками для оценки температуры в системе, размещаемыми в нескольких местах измерения, и даже интеллектуальными механизмами непрерывного мониторинга энергопотребления, которые самостоятельно вычисляют ключевые показатели энергоэффективности и направляют советующие отчеты в совместимые программные инструменты.

Блоки распределения электропитания (PDU) используют интеллектуальные механизмы, чтобы помочь операторам ЦОД при формировании карт энергопотребления. Подключаемые ко внутренней сети ЦОД блоки PDU вроде устройств из линейки Switched Rack AP8000 от APC и блоков из серии Monitored от CyberPower позволяют осуществлять мониторинг системы электропитания в режиме реального времени, а также изучать дополнительные данные по температуре / влажности. Кроме того, они способны контролировать электропитание на уровне отдельных розеток.

Источники бесперебойного питания (ИБП), обеспечивающие непрерывность обслуживаемых серверами бизнес-процессов во время сбоев в центральной электросети, также становятся все более энергоэффективными и интеллектуальными. Многие владельцы мощных и постоянно расширяющихся ЦОД отдают предпочтение масштабируемым системам ИБП вроде Liebert NX On-Line (225-600 кВ*А) от Emerson Network Power и устройств из линейки Redundant Parallel Architecture от GE. Эти продукты позволяют наращивать емкость ИБП постепенно – по мере увеличения нагрузки. Такой подход дает возможность минимизировать количество расходуемой впустую электроэнергии.

Критический взгляд на DCIM

Программные продукты, связанные с энергоменеджментом ЦОД, в последние годы активно развивались и в конечном итоге сформировали отдельный сегмент рынка корпоративного софта. Речь о комплектах ПО для управления инфраструктурой дата-центра (Data Center Infrastructure Management; DCIM). Подобные инструменты способны предоставлять доступ к детализированной информации об энергопотреблении различных элементов IT- и вспомогательной инфраструктуры ЦОД: вплоть до уровня отдельного сервера.

Но DCIM-решения умеют намного больше: их функционал не ограничивается простым энергетическим мониторингом. Агрегируя информацию о состоянии и производительности IT-оборудования, подобные программные инструменты помогают операторам ЦОД планировать расширение вычислительных мощностей, проводить инвентаризацию, управлять жизненным циклом «железа», проводить балансировку нагрузки и консолидацию серверов (включая вывод из эксплуатации простаивающих машин, которые специалисты часто называют «зомби-серверами»).

Это программное обеспечение поможет обесточить оборудование, которое не требуется для текущих рабочих нагрузок, а также определить системы, которые следует заменить менее энергоемкими и более современными аналогами. Некоторые DCIM-решения способны ускорить миграцию в облако.

Чтобы оптимизировать энергоменеджмент ЦОД, следует искать с DCIM-решения, функционал которых охватывает прогнозное моделирование энергопотребления при изменении условий в серверной ферме. Эта опция позволяет оценить ресурсы сетевой инфраструктуры, систем электропитания и охлаждения, а также свободное пространство для установки новых систем с учетом их энергопотребления.

Выбор конкретного инструмента в большинстве случаев не зависит от мощности и размера ЦОД, который это ПО будет обслуживать. Важнее наличие совместимости комплекта ПО с текущим и планируемым к покупке софтом и «железом» для ЦОД, а также присутствие набора функций, который соответствует потребностям операторов серверной фермы.

Операторы ЦОД, отдающие предпочтение продуктам одного и того же вендора, как правило приобретают у этого вендора как сами серверы, так и софт для управления этими машинами. Например, серверы из линейки IBM System х работают в связке с платформой IBM Systems Director, которая среди прочего позволяет вести мониторинг и контролировать потребление электроэнергии и тепловую нагрузку машин. Владельцы машин из линейки PowerEdge от компании Dell используют для этих целей платформу OpenManage, тогда как в случае серверов ProLiant Gen8 от Hewlett-Packard (равно как и систем хранения данных, а также сетевых решений этого вендора) аналогичных функционал предоставляет комплект программного обеспечения HP Systems Insight Manager.

Операторам ЦОД доступны десятки инструментов для энергоменеджмента и управления инфраструктурой от сторонних вендоров, включая EnergyWise Suite (от Cisco), Power IQ (Raritan), StruxureWare for Data Centers (Schneider Electric) и Nlyte (Nlyte Software). Эксперты сходятся во мнении, что внедрение DCIM-решений в ЦОД по всему миру в среднесрочной перспективе будет лишь ускоряться, что сыграет на руку производителям IT- и вспомогательной инфраструктуры для ЦОД, так как для эффективной работы этого софта требуется совместимое и относительно современное «железо». Последнее заставит корпоративных клиентов вкладывать дополнительные средства в обновление IT-инфраструктуры.

Долгосрочные энергетические стратегии

Большинство организаций могут использовать новое «железо» и комплекты программного обеспечения для улучшения ситуации в области энергоменеджмента ЦОД в краткосрочной перспективе, но для достижения максимальной энергоэффективности серверной фермы требуются долгосрочная стратегия и формирование целевых параметров.

Многие организации консолидируют ресурсы своего аппаратного обеспечения посредством виртуализации серверов. Используя один физический сервер для обслуживания множества виртуальных машин, операторы ЦОД могут снизить количество активных серверов, а также нагрузку на систему распределения электроэнергии и систему охлаждения. Однако виртуализация требует инвестиций в гипервизоры вроде VMware vSphere и Microsoft Hyper-V, а также привлечения опытных экспертов в этой области. Да, виртуализация является ключом к повышению энергетической эффективности и гибкости обслуживания рабочих нагрузок, но не ожидайте сиюминутных результатов.

Еще одна формирующаяся в настоящее время стратегия максимизации энергоэффективности дата-центра предполагает перемещение рабочих нагрузок в удаленное публичное облако или на уделенные серверы внутри коммерческих ЦОД, принадлежащих колокейшн-провайдерам. Это также позволяет уменьшить число функционирующих в машзалах корпоративных ЦОД IT-систем и нагрузку на системы распределения электроэнергии и охлаждения. Но такая стратегия подходит не всем: критически важные IT-нагрузки с высокой степенью защиты или унаследованный софт усложняют подобную миграцию. Так или иначе, благодаря аутсорсингу каждый цикл технологических обновлений сопровождается покупкой меньшего количества новых серверов.

В случае гипермасштабных дата-центров некоторые улучшения инфраструктуры позволяют повысит энергоэффективность путем минимизации количества преобразований напряжения / тока в цепи между центральной электросетью и непосредственно IT-системами. Например, некоторые организации предпочитают использовать более высокие рабочие напряжения (208 вольт при переменном токе), а не стандартные для США и Канады 120 вольт (при переменном токе) или еще более высокие, характерные для серверных ферм стран Западной Европы уровни свыше 400 вольт. Более высокие рабочие напряжения требуют меньшего числа понижающих преобразований. Другой подход предполагает использование единого унифицированного источника питания постоянного тока в связке со специально разработанным оборудованием на основе открытых стандартов (вроде Open Compute Project от Facebook). Это позволяет ограничиться одним преобразованием переменного тока в постоянный и устраняет множество индивидуальных источников питания для отдельных серверов. ИБП может передавать постоянный ток от батареи непосредственно к системе распределения питания постоянного тока, что исключает дополнительные преобразования. Тем не менее, переход к использованию подобной концепции требует полной замены значительной части оборудования.

Затраты на электроэнергию сильно различаются в зависимости от страны / региона и могут составлять от 3 центов за 1 киловатт*час до 30 центов за 1 киловатт*час. Влияние на стоимость электричества оказывает не только местоположение ЦОД, но и такие факторы, как время года, источник электроэнергии и уровень спроса в конкретный момент времени. Эксперты советуют покупать энергию у различных поставщиков или региональных энергетических компаний вроде владельцев местных ветряных или солнечных ферм.

Ни одна стратегия оптимизации инфраструктуры электропитания не обходится без рассмотрения резервных дизельных электрогенераторов (ДГУ). Высокие эксплуатационные и капитальные расходы, необходимость регулярного тестирования и привлечения квалифицированного персонала (не говоря уже о загрязнении окружающей среды) делают дизель-генераторы менее привлекательными по сравнению с твердооксидными генераторами на топливных элементах (ТОТЭ) вроде продуктов компании Bloom Energy. Топливные элементы используют природный газ или различные виды биотоплива из возобновляемых источников для выработки электроэнергии. Владельцам мощных ЦОД следует всерьез рассмотреть возможность перехода на постоянное электроснабжение с помощью топливных элементов. При этом центральную сеть можно использовать в качестве резервного источника электропитания.

Установление четких бизнес целей позволяет понять, которая из этих долгосрочных стратегий лучше всего подойдет для конкретного дата-центра. При этом для любой инициативы в области оптимизации энергоменеджмент ЦОД следует рассчитывать показатель скорости возврата инвестиций (особенно если речь идет о масштабной и дорогостоящей модернизации). Очевидно, что компании не нужно строить новый сверхсовременный дата-центр, если она планирует переложить часть рабочих нагрузок на провайдеров облачных сервисов. Ей не нужно развертывать топливные элементы в старом ЦОД, заменяя ими старые ДГУ, если отдача от инвестиций будет минимальной, а также в случае скорого строительства новой серверной фермы. При этом долгосрочный контракт купли-продажи электроэнергии не позволит сэкономить деньги, если он не учитывает активную виртуализацию серверов и грядущую консолидацию IT-нагрузок.