Энергосберегающие технологии в ИТ-инфраструктуре предприятий

Разработчики ИТ-оборудования уделяют значительное внимание энергоэффективности систем, поскольку этот фактор оказывает существенное влияние на стоимость их эксплуатации и зачастую определяет выбор в пользу того или иного оборудования. Спрос на энергосберегающие технологии обусловлен и ростом стоимости электроэнергии, а также нехваткой подводимых мощностей. Кроме того, в нашей стране принят закон об энергосбережении и одобрены программы его реализации.

Производители серверных платформ пытаются решить непростую задачу — обеспечить развитие центров обработки данных в условиях ограничений на энергопотребление и занимаемую площадь. Ведь, кроме финансовых затрат, часто возникают проблемы из-за нехватки подведенной мощности или необходимости отвода избыточного тепла, что оказывает серьезное влияние на выбор именно энергоэффективных решений.

Во многих действующих ЦОД лимиты энергопотребления и физических площадей практически исчерпаны. В то же время требуются дальнейшее масштабирование и повышение производительности систем. Для решения этих задач нужны действительно энергоэффективные серверы и системы хранения данных, которые особенно востребованы там, где высока плотность размещения оборудования.

Энергоэффективность оборудования актуальна при разработке масштабных, комплексных решений. Она способствует уменьшению локального нагрева и, как следствие, снижению уровня акустических шумов, поскольку воздушные потоки, необходимые для охлаждения серверов, становятся менее интенсивными. При авариях в системе электропитания возрастает время работы от батарей источников бесперебойного питания.

Энергоэффективность уже несколько лет является одним из мировых трендов во всех отраслях экономики, в том числе и в ИТ. Большинство производителей учитывают этот фактор при разработке своих решений, например, повысить энергоэффективность СХД удается за счет применения флеш-технологий.

Сравнение результатов теста SPECpower_ssj*2008 для двух поколений процессоров Intel Xeon, предназначенных для самых массовых серверов. Тест позволяет оценить отношение энергопотребления к производительности

ЧТО В РОССИИ?

Из-за относительно низкой стоимости электроэнергии в нашей стране спрос на конкретные модели серверов до сих пор не зависел от уровня их энергоэффективности. Поскольку соответствующее оборудование обычно дороже традиционного, экономия, полученная за весь срок эксплуатации, не всегда оправдывает эту «наценку». Чаще на энергоэффективность обращают внимание при ограничениях в подаваемой мощности.

Как рассказывает Игорь Виноградов, руководитель направления хранения и обеспечения доступности данных EMC, в России тема энергоэффективности обсуждается достаточно регулярно, но российских заказчиков она волнует далеко не в первую очередь — более актуальна производительность систем. Впрочем, бывает, что компания испытывает недостаток в подведенной электрической мощности и учитывает соответствующие параметры при выборе ИТ-продуктов либо все филиалы и подразделения вынуждены придерживаться общекорпоративных стандартов.

«Наш опыт общения с потребителями показывает, что при выборе оборудования приоритетна минимизация капитальных затрат с учетом обеспечения необходимой производительности. Редко кто задумывается о совокупной стоимости владения и эксплуатационных расходах. Экономией ресурсов больше увлечены производители, которые совершенствуют технологии и снижают энергопотребление, — говорит Александр Устюжанин, директор по технологиям ETegro Technologies. — Пока что для небольших компаний разовый выигрыш при покупке оборудования значительно привлекательнее, чем малозаметная экономия электроэнергии с течением времени. В масштабе предприятия затраты электроэнергии на ИТ-инфраструктуру не выделяются в отдельную статью, тем более что они составляют обычно несколько процентов от общего энергопотребления. А при современном уровне загруженности коммерческих ЦОД, едва достигающем 30%, жесткие требования к уровню энергопотребления размещаемого оборудования отсутствуют».

Между тем в связи с происходящими в ИТ-отрасли процессами и предпринимаемыми мерами регулирования, предусматривающими, в частности, хранение всех данных о российских пользователях на территории России, ожидается увеличение темпов развития и загрузки ЦОД. Поэтому проблема энергоэффективности крупных ЦОД может стать актуальной уже в ближайшее время. Именно владельцы ЦОД будут той движущей силой, которая переломит ситуацию в выборе между достаточно простым и высокотехнологичным оборудованием, позволяющим снизить OPEX, предполагает Александр Устюжанин.

Постепенно энергоэффективные решения становятся все более востребованными. Экономическая ситуация и рост тарифов на электроэнергию способствуют тому, что потребители ищут возможности для экономии, в том числе путем применения инновационных продуктов, тем более что стоимость энергосберегающих технологий снижается. Выгода такого подхода особенно очевидна в ЦОД, где установлены десятки и сотни серверов.

Наиболее заинтересованы в применении энергоэффективного оборудования телекоммуникационные компании и крупные организации с большим количеством ИТ-оборудования: они просчитывают свой бизнес на длительный срок и учитывают все затраты. «Пожалуй, на российском рынке есть только один сегмент потребителей крупных ИТ-решений, для которых вопрос экономии энергии стоит на повестке дня, — это сервис-провайдеры, — считает Игорь Виноградов. — При относительно невысокой доходности их бизнеса вопрос оптимизации расходов на энергию стоит достаточно остро и действительно принимается во внимание при выборе решений».

Между тем и малые организации все чаще обращают внимание на характеристики энергопотребления, рассчитывая сэкономить в долгосрочной перспективе. Однако в целом энергоэффективность, хотя и влияет на выбор ИТ-оборудования российскими компаниями, определяющим критерием пока не является.

ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОЕ ПОКОЛЕНИЕ

Тем временем многие зарубежные заказчики при выборе серверов очень внимательно относятся к показателям их энергопотребления. Кроме того, рассмотрению подлежат затраты на их охлаждение, бесперебойное энергопитание, а также стоимость обслуживания на протяжении жизненного цикла. По оценкам вендоров, благодаря увеличению энергоэффективности серверного парка можно добиться того, что суммарное энергопотребление серверной или ЦОД снизится на 5–10%. При ежегодном потреблении в сотни киловатт это дает серьезную экономию.

В новых серверах используются встроенные системы уменьшения энергопотребления при сокращении нагрузки, в частности технология снижения тактовой частоты процессоров. Эффективный инструмент экономии энергии — виртуализация, когда значительное число сервисов переносится на небольшое количество физических машин.

Вендоры демонстрируют новые возможности на собственном примере. Так, EMC опубликовала результаты завершившейся в 2012 году ИТ-трансформации своего бизнеса, в том числе в области оптимизации ресурсов. За восемь лет, благодаря использованию виртуализации, компания сохранила миллионы долларов: при росте персонала более чем в два раза количество ЦОД уменьшилось, а расходы на поддержание инфраструктуры сократились почти на треть, в частности благодаря меньшему потреблению электроэнергии. Таким образом, тезисы о ресурсосбережении транслируются в реальное сокращение издержек. По мнению Игоря Виноградова, для российского рынка использование похожих моделей трансформации ИТ сейчас крайне актуально.

Новое поколение популярных двухпроцессорных серверов с процессорами Intel Xeon семейства E5-2600 v3 оптимизировано с целью обеспечения максимальной энергоэффективности. В этих серверах используются высокоэффективные компоненты, усовершенствованные технологии охлаждения и инструменты управления энергопотреблением. По сравнению с предыдущей версией оперативной памяти DDR3 применение DDR4 обеспечивает 50-процентное увеличение пропускной способности и энергоэффективности по каждому из этих показателей.

Специальное программное обеспечение следит за температурой компонентов и в случае достижения критических значений ускоряет вращение вентиляторов или, в соответствии с заданными правилами, понижает тактовую частоту процессора для сокращения энергопотребления. Поэтому серверы могут работать в расширенном диапазоне температур, а риск простоев, связанных с перегревом, уменьшается.

Благодаря эффективной системе теплоотвода, в серверах нового поколения ряда вендоров применяются самые старшие модели процессоров, что дает прирост производительности в 30–40% по сравнению с менее горячими младшими собратьями. Конечно, в этом случае процессор обойдется дороже, но его стоимость составляет лишь 5–10% от общей стоимости сервера. То есть заказчик получает больше производительности за меньшие деньги. При наличии таких систем требуется покупать меньше лицензий на ПО, а это весьма заметная экономия. Кроме того, сокращение количества серверов улучшает управляемость ИТ-инфраструктуры.

В целом комплекс технологий оптимизации энергопотребления обеспечивает 37–43-процентное повышение производительности на ватт. Например, в крупном ЦОД тайваньского сервис-провайдера за счет полноценного использования возможностей Intel DCM и PTAS удалось снизить потребление электроэнергии на 30% и достичь PUE в 1,52. Плагин Intel DCM Energy Management позволяет администратору следить за потреблением энергии и температурой каждой стойки, рассчитывать коэффициент энергоэффективности (PUE) серверного зала и даже создавать температурную карту на основе трехмерной модели здания.

Затраты на питание систем охлаждения центра обработки данных могут превышать аналогичные затраты для ИТ-оборудования. Один из способов сокращения расходов на охлаждение — повышение допустимой температуры внутри ЦОД. Это позволяет существенно снизить эксплуатационные расходы за счет уменьшения мощности, необходимой для охлаждения, и повышает целесообразность использования экономичных систем фрикулинга. Подсчитано, что увеличение температуры в ЦОД на один градус снижает уровень энергопотребления на 4–5%.

В числе примеров таких систем нового поколения — выпущенные в феврале двухпроцессорные стоечные серверы Fujitsu Primergy RX2530 M1, предназначенные для виртуализации и горизонтального масштабирования, а также модульный сервер Primergy BX2580 M1, оптимизированный для виртуализации и других ресурсоемких рабочих нагрузок. По оценкам Fujitsu, с 2007 года (с момента начала проведения измерений параметров электропитания и производительности) энергоэффективность серверов Primergy улучшилась в 30 раз.

Стоечный сервер Fujitsu Primergy RX1330 M1, оснащенный процесcорами Xeon E3-1220 v3. По оценкам Fujitsu, по сравнению с серверами предыдущего поколения применяемая в этих системах технология Cool-safe Advanced Thermal Design позволяет сэкономить на охлаждении до 27% энергии

Технология Fujitsu Cool-safe Advanced Thermal Design обеспечивает работу новых серверов в условиях повышенной температуры в ЦОД. В результате серверы Primergy способны продолжительное время функционировать при 400C.

Ключевой особенностью новых серверов Lenovo ThinkServer, выпущенных осенью прошлого года, тоже считается высокая энергоэффективность. Новинки включают в себя Lenovo ThinkServer RD550 — стоечный сервер высотой 1U, в конфигурацию которого входят до 12 дисковых накопителей общей емкостью до 26 Тбайт, до 8 портов 10GbE и, опционально, 4 порта 10GbE и 2 порта Fibre Channel 16 Гбит/с; а также Lenovo ThinkServer RD650 — стоечный сервер 2U, вмещающий до 26 дисков общей емкостью до 74 Тбайт. Оба сервера содержат до 768 Гбайт оперативной памяти DDR4. Система охлаждения ThinkServer дает возможность размещать серверы с высокой плотностью и не опасаться перегрева.

Новый сервер Lenovo ThinkServer RD650. По данным производителя, благодаря своей конструкции эти серверы могут непрерывно работать при температуре 450C и относительной влажности до 90% (стандарт ASHRAE A4)

Стойка ETegroTherascale OCP на базе наработок OpenCompute Project потребляет на 11% меньше энергии при полной нагрузке, чем традиционная стойка, заполненная стандартными серверами

В каждом новом поколении серверов ETegro Hyperion используется полный комплекс средств снижения энергопотребления, рассказывает Александр Устюжанин. В линейке серверов ETegro Hyperion на базе процессоров Intel Xeon E5-2600 v3 применяются блоки питания, сертифицированные по стандарту 80+ Platinum, и поддерживаются встроенные возможности Intel Node Manager 3.0 и новых решений. Например, Power Thermal Aware Solution (PTAS) собирает телеметрию и оптимизирует энергопотребление всех компонентов сервера и работу системы охлаждения, регулируя ее производительность. При этом по сравнению с серверами предыдущего поколения только в режиме простоя энергопотребление снижается на 20%.

Дополнительно в новых серверах ETegrо реализована оптимизированная система охлаждения, которая обеспечивает работоспособность в температурном режиме до 400C. В масштабе ЦОД это дает дополнительное снижение показателя PUE за счет экономии энергии, направляемой на охлаждение.

«Для оснащения современных ЦОД, помимо стандартных стоечных серверов, мы выпускаем комплексные вычислительные стойки линейки ETegro Therascale, в которой представлены три модели, созданные на основе разных современных концепций. Можно сказать, что это идея модульного сервера, воплощенная в масштабе стойки. Применяемые в них специальные конструктивные решения и объединенные системы питания и охлаждения для всех вычислительных узлов изначально ориентированы на снижение потерь электроэнергии при обслуживании вычислительных мощностей», — поясняет Александр Устюжанин.

Производители СХД, со своей стороны, тоже реализуют несколько энергосберегающих технологий. Во-первых, это применение твердотельных накопителей. Такие накопители, поясняют в EMC, используют на 97,7% меньше энергии в перерасчете на операцию в секунду (IOPS), чем диски FC/SAS, а также затрачивают на 38% меньше энергии на терабайт для хранения данных. Во-вторых, технологии дедупликации и компрессии данных позволяют хранить больше информации на тех же физических ресурсах. В-третьих, это «тонкое» выделение емкости (Thin Provisioning). В СХД XtremIO, созданной EMC специально в расчете на флеш-память, благодаря применению всех трех технологий коэффициент эффективности достигает 40:1, то есть на каждом физическом гигабайте можно хранить до 40 Гбайт логических данных.

Со временем энергоэффективные системы будут играть все более заметную роль в оснащении ЦОД. Однако, чтобы быть готовыми к решению возникающих проблем, необходим комплексный подход к разработке ИТ-стратегии, который включает в себя сценарии горизонтального масштабирования, консолидацию и виртуализацию серверов и систем хранения данных.

Сергей Орлов — ведущий редактор «Журнала сетевых решений/LAN». С ним можно связаться по адресу: sorlov@lanmag.ru.