Не во всех случаях блейд-серверы являются наилучшим решением, однако их преимущества оказываются востребованы все чаще. Предприятия устанавливают компактные системы шасси со слотами для процессорных модулей, если возникает потребность значительно увеличить вычислительные мощности, а площадь помещения расширить невозможно. Блейд-серверы оказываются лучшим выбором, особенно когда речь заходит о виртуализации в масштабных средах. Как показали результаты исследования, проведенного аналитиками IDC, уже около 50% крупных предприятий прибегают к решениям для виртуализации. Неудивительно, что в прошлом году модульные блейд-системы стали единственным сегментом серверного рынка, оказавшимся в выигрыше. Хотя их рыночная доля, составляющая 10% от общего оборота, еще незначительна, тем не менее в этом застойном и в целом идущем на убыль рыночном сегменте рост продаж отмечался только в отношении блейд-серверов.
Компактные по размерам модульные системы позволяют оптимально использовать ценное свободное пространство в центрах обработки данных. Причина кроется в синергетических эффектах: в шасси, использующие общую инфраструктуру (систему электропитания, а также интерфейсы для сети и устройств хранения), вставляются модули, представляющие собой те самые блейды, оснащенные процессорами и оперативной памятью. Современные процессоры идеально подходят для этой концепции: Magny Cours, который предлагает AMD, содержит 12 ядер в одном корпусе, Nehalem EX, выпускаемый Intel, — восемь ядер. Тем самым достигается очень высокая плотность мощности. Так, новая серверная платформа Primergy CX1000 способна объединить в одной стойке 456 ядер, а применение Thinkmate Superblade позволит увеличить их количество в одной стойке до 1440 штук.
ИЛЛЮЗИЙ БОЛЬШЕ, ЧЕМ РЕАЛЬНЫХ ДОСТИЖЕНИЙ
Вследствие очень большой энергетической нагрузки блейд-серверы имеют мощные блоки питания, и 4–6 тыс. ватт в общей сложности — скорее, правило, чем исключение. Как раз здесь и начинаются проблемы для многих владельцев ЦОД и их администраторов: поскольку необходимо обеспечить высокую готовность и надежную защиту серверов, для их электроснабжения должны быть предусмотрены системы ИБП. От современных блоков питания требуется, чтобы они обеспечивали коэффициент мощности, практически равный единице. Коэффициент мощности — это соотношение эффективной мощности (P) к кажущейся (S). Поэтому в случае синусоидальных токов и напряжений следует вести речь о коэффициенте мощности, который равен косинусу фазового угла φ. Однако максимально возможный коэффициент мощности для блока питания достигается только при компенсации воздействия различных коммутационных компонентов на входное напряжение.
Старые модели оснащались индуктивными блоками питания. Это привело к тому, что такие блоки питания «перемещают» дополнительную энергию от ее источника — к примеру, электростанции — к потребителям и обратно. Такой дополнительный энергетический поток никак не влияет на реальную, эффективную мощность и поэтому нежелателен. Количество такой курсирующей энергии, перемещающейся за единицу времени, именуется реактивной мощностью. Кажущаяся мощность равна векторной сумме реактивной и эффективной мощностей.
Реактивные токи нежелательны, поскольку из-за них все оборудование должно оснащаться с дополнительным запасом. По этой причине в 2001 году появилась директива EN61000-3-2, где предписывается, что блоки питания должны иметь высокий коэффициент мощности (в идеале равный единице). Однако из-за требуемой для этого компенсационной схемы современные блоки питания приобретают емкостную нагрузочную характеристику. Коэффициент мощности, как правило, находится в диапазоне от -0,9 до -0,95. Емкостная характеристика понижает доступную эффективную мощность устройств ИБП, особенно если они не оснащаются бестрансформаторными двойными преобразователями. Такие традиционные ИБП предоставляют свою максимальную мощность только для индуктивных нагрузок при коэффициенте мощности от 0,80 до 0,90.
УЧЕТ ТИПА МОЩНОСТИ
В результате всех перечисленных особенностей устройства ИБП достигают пределов своей мощности гораздо быстрее, чем было запланировано изначально. Для наглядности рассмотрим эту ситуацию на примере. Когда традиционное устройство ИБП, максимальная кажущаяся мощность которого составляет 300 кВА, сталкивается с емкостной нагрузкой, то при cos φ = -0,95, оно обеспечивает эффективную мощность 214 кВт, и последняя оказывается на 11% ниже, чем предусматривалось при планировании. Более низкие коэффициенты мощности оказывают еще большее отрицательное влияние. При cos φ = -0,90, эффективная мощность составляет 182 кВт. Оба значения справедливы по отношению к номинальной нагрузке, когда cos φ = 0,80 индуктивный. Бестрансформаторные системы ИБП, такие как модель PMC40 компании Rittal, здесь предпочтительнее, так как у них при cos φ = -0,95, мощность не снижается вообще, а при -0,90 она сокращается лишь на 3%. В результате даже при наличии в ЦОД блейд-серверов мощность ИБП может быть снижена.
Вопрос о том, какая базовая мощность должна использоваться для определения параметров ИБП, влияет не только на принятие решения о размере инвестиций. ИБП без потери мощности не существует, однако если применяются системы ИБП без трансформатора, то на выходе КПД существенно превышает показатели, достигаемые устройствами, где такой трансформатор имеется. Показатель КПД, равный 95% и выше, оказывается вполне достижимым. При этом важен каждый процент, поскольку из-за огромной нагрузки на ИБП даже самые незначительные изменения существенно влияют на величину эксплуатационных затрат, ведь на протяжении последних лет цены на электроэнергию изменяются лишь в сторону увеличения. В Европе с 2007 по 2010 год стоимость электроэнергии для предпринимателей увеличивалась в среднем на 5% ежегодно. С некоторых пор появился ряд инициатив, таких как «80+», направленных на то, чтобы увеличить КПД блоков питания до максимального уровня из экологических соображений.
РЕШАЮЩИЙ ФАКТОР: ЗАГРУЖЕННОСТЬ
Согласно исследованиям аналитиков из Borderstep Institutе, в Германии в 2008 году потребление электроэнергии серверами и центрами обработки данных составило 10,11 ТВт×ч. В 2007 году вся Европа израсходовала примерно 56 ТВт×ч. При отсутствии улучшений в сфере энергоэффективности в одной только Германии к 2013 году потребление достигло бы 15 ТВт×ч. Потенциальным покупателям систем ИБП и пользователям, уже имеющим такие системы, следует уделить пристальное внимание их техническим характеристикам или выполнить необходимые измерения, чтобы определить действительные значения на входе и выходе и вычислить с их помощью КПД устройств. Особенно важно учитывать загруженность систем. Оптимальный КПД устройств ИБП достигается, как правило, лишь при полной или почти полной нагрузке.
В случае с избыточными система-ми — по крайней мере, для ЦОД и серверных такое решение является стандартным — обычно используются две идентичные установки. Когда обе работают в режиме распределения нагрузки (Load Sharing), они делят работу пополам и задействуют менее 50% своей мощности. Поскольку максимальная загруженность в этом случае не превышает 50%, КПД таких систем крайне низок. Тем не менее потребление электроэнергии вторым ИБП оказывает значительное влияние на энергетический баланс. Кроме того, тепло, которое он производит, необходимо выводить через систему охлаждения, что, в свою очередь, приводит к сокращению доступных ресурсов для охлаждения блейд-серверов и уменьшению возможного количества блейд-шасси в ЦОД.
Модульная установка ИБП позволяет, несмотря на ее избыточность, обеспечить высокий КПД при достаточном уровне защиты электропитания. Модули ИБП распределяют между собой всю нагрузку, а в случае отказа одного из них нагрузку поддержат оставшиеся модули. ИБП работает с оптимальной загруженностью и очень высоким КПД, что также облегчает масштабирование. В отличие от традиционных установок, поначалу можно использовать лишь несколько модулей и добавлять другие по мере возрастания потребности в электропитании. Таким образом, необходимость изначальной установки ИБП в расчете на полную загруженность ЦОД уходит в прошлое.
КРИТЕРИИ ПЛАНИРОВАНИЯ ДЛЯ БЛЕЙД-СЕРВЕРОВ
При возникновении потребности в массовом применении блейд-систем необходимо принять во внимание не только ИБП и системы охлаждения. Воздушные потоки в ЦОД тоже должны справляться с обдувом близко расположенных серверов. В некоторых случаях определить температурные значения поможет тепловизионная камера. По статистике, до 60% электроэнергии, расходуемой в ЦОД, тратится на охлаждение серверов.
Энергоэффективность блейд-серверов тоже различается. Как правило, современные процессоры расходуют в среднем лишь одну четвертую часть потребляемой сервером электроэнергии. Жесткие диски и устройства хранения потребляют порой до 50% энергии. Поэтому экономия за счет использования менее энергоемких устройств может быть значительной. Так, 2,5-дюймовые жесткие диски SAS потребляют намного меньше электроэнергии, чем традиционные 3,5-дюймовые диски SCSI. Еще выгоднее полностью отказаться от жестких дисков в блейдах и подключить к ним массовые устройства хранения посредством iSCSI или SAN.
За последние годы значительные изменения претерпели и блоки питания. КПД современных устройств достигает 80–90%. При наиболее оптимальном варианте они способны динамически распределять мощность между блейдами. Некоторые производители блейд-шасси оснащают их температурными датчиками, на основании показаний которых автоматически увеличивается продув в чрезмерно нагретых местах. Так, к сильно загруженному процессору будет направляться больше холодного воздуха, в то время как незадействованный слот охлаждаться не будет. Работа вентиляторов — в одном блейд-шасси их устанавливают до 20 штук — должна регулироваться в зависимости от температуры, а конструкция лопастей должна быть оптимизирована для улучшения потока воздуха. Некоторые производители серверов, например HP или Dell, используют в своих модульных серверах специально разработанные лопасти вентиляторов, конфигурация которых позаимствована из области турбиностроения.
Как Intel, так и Sun и AMD при разработке процессоров придают все большее значение их энергоэффективности и предлагают многочисленные процессоры с низким расходом электро-энергии (Low Power). Многоядерность процессоров способствует улучшению параллельной обработки информации, что особенно важно для виртуализации, однако приводит к повышению расхода электроэнергии. Поэтому желательно, чтобы тактовую частоту и энергопотребление можно было регулировать для каждого ядра в отдельности. В новых поколениях процессоров такая возможность уже заложена, и одно только это обстоятельство является уже достаточно уважительной причиной для перехода на новую модель.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Развертывание блейд-серверов нуждается в тщательном предварительном планировании. При этом следует уделить внимание не только самому серверу, но и принять во внимание организацию его энергоснабжения — в особенности ИБП. В настоящий момент по показателям энергоэффективности и доступности лидируют модульные бестрансформаторные ИБП.
Штэффан Ревеман — руководитель отраслевого направления ИТ в компании Rittal.