Rambler's Top100
Статьи ИКС № 05 2014
Кэрри ХИГБИ  06 мая 2014

Как уменьшить энергопотребление ЦОДа без ущерба для охлаждения

ИТ-отрасль дает около 2% мирового объема выбросов CO2 в атмосферу. Легко представить себе, какое огромное количество энергии расходуется на снабжение дата-центров. Эти расходы истощают бюджеты и подрывают репутацию отрасли, но можно предпринять ряд простых шагов, которые значительно улучшат положение.

Кэрри ХИГБИ, директор по решениям и сервисам для дата-центров, SiemonВ отношении энергопотребления центров обработки данных необходимо ориентироваться на разумные решения, практические идеи и малозатратные инициативы с быстрой окупаемостью.

Архитектура инфраструктуры

Строите ли вы свой центр обработки данных или расширяете его, выбор архитектуры кабельной системы будет влиять на потребление энергоресурсов в долгосрочной перспективе. Конфигурация структурированной кабельной системы «каждый-со-всеми» (any-to-all), использующая зону распределения в соответствии с TIA 942-A и ISO 24764, позволит разместить серверы там, где это наиболее целесообразно с точки зрения энергоснабжения и охлаждения, без ограничений на длину кабелей «точка-точка», исключив проблемы доступности коммутируемых портов, характерные для конфигурации ToR (Top-of-Rack). Если кабели уже проложены по схеме «каждый-со-всеми», то сервер можно разместить в любом месте и подключить к любому коммутируемому порту через центральный коммутационный кросс в пределах зоны распределения. Для структурированной кабельной системы может понадобиться больше кабеля, чем при топологии ToR, но если, например, это позволит вам не устанавливать дополнительное охлаждение, то затраты окупятся с лихвой. По данным, полученным в результате реализации ряда проектов, стоимость структурированной кабельной архитектуры «каждый-со-всеми» вполовину меньше стоимости проприетарных кабельных решений «точка-точка».

Если принять во внимание средние цифры энергопотребления на одну стойку, то окажется, что затраты на неиспользуемые порты в топологии ToR намного превышают затраты на структурированную кабельную архитектуру. Стоимость структурированной кабельной архитектуры составляет всего 10–15% стоимости одних только неиспользуемых портов, не говоря уже о ежегодных эксплуатационных расходах и стоимости электроэнергии для дополнительных коммутаторов, необходимых в конфигурации ToR. Дополнительные коммутаторы в каждом шкафу с портами, которые невозможно использовать, также ведут к образованию неиспользуемой электроэнергии. Применение структурированной кабельной архитектуры позволяет создать зоны с кабельными каналами протяженностью до 100 м, обеспечивая большую гибкость архитектуры ЦОДа в сравнении с кабельными сборками «точка-точка», используемыми в конфигурациях ToR, длина которых для пассивного режима ограничена, как правило, 7 м.

Обратите внимание на неиспользуемую электроэнергию

СКС: главное - не мешать основному оборудованию ЦОДа 

Илья ЦАРЁВ, главный инженер проектов, подразделение IT Business компании Schneider Electric.


Илья ЦАРЁВ

Сама по себе СКС не потребляет электроэнергии, поскольку является совокупностью пассивных кабельных компонентов. Исключение составляют СКС с активными элементами мониторинга сети, но и их электропотребление незначительно. Однако при неправильном проектировании и эксплуатации СКС может стать причиной повышенного энергопотребления и проблем с охлаждением прочего оборудования дата-центра. Избежать этого совсем несложно - достаточно выполнения стандартов и рекомендаций в области СКС (в частности, ISO/IEC 24764, TIA-942, BICSI-002), направленных на грамотное устройство кабельных систем и поддержание их в надлежащем техническом порядке. Не должно быть переполненных трасс, «кабельных бород» в стойках, нарушений заземления. СКС ЦОДа изначально должна быть достаточно избыточна и универсальна, чтобы в процессе эксплуатации дата-центра не приходилось постоянно прибегать к временным и импровизированным решениям, прокладке незапланированных кабельных трасс, которые как раз и могут ухудшить охлаждение оборудования в серверных залах.

Прежде всего требуется определить техническую потребность ЦОДа в готовой СКС. У суперкомпьютерного центра, корпоративного ЦОДа или коммерческого дата-центра, ориентированного на услуги colocation, эти потребности могут оказаться принципиально разными. Соответственно в дата-центрах разных типов могут потребоваться СКС, на порядки различающиеся по количеству портов при одном и том же количестве стоек, с разной структурой сети при одинаковых площадях ЦОДа и с различными возможностями оперативного наращивания кабельной инфраструктуры. Суперкомпьютерному центру для начала работы требуется готовая полноразмерная СКС, в то время как коммерческий ЦОД можно ввести в строй, имея только магистральный уровень системы. В последнем случае горизонтальный уровень СКС может находиться в зачаточном состоянии, но при этом он должен иметь возможность быстрого наращивания СКС и ее подстройки под потребности сменяющихся клиентов в процессе эксплуатации ЦОДа.

СКС, как и другие кабельные сети ЦОДа, не должны мешать воздушным потокам в машинных залах дата-центра. С этой точки зрения при классической схеме охлаждения серверного зала периметральными кондиционерами с подачей холодного воздуха через фальшпол, СКС следует прокладывать в лотках над стойками. Данное решение позволит уменьшить или исключить загромождение пространства фальшпола, исключить неизбежные паразитные утечки холодного воздуха через неплотности выводов кабелей через фальшпол, облегчить работу по прокладке новых линий (нет необходимости дырявить плитки фальшпола и сдвигать стойки) и проводить визуальный контроль состояния коммуникаций без вскрытия фальшполов. При применении внутрирядных кондиционеров вопрос загромождения пространства фальшпола становится неактуальным, но и в этом случае рекомендуется верхнее расположение кабелей СКС в лотках по тем же причинам удобства обслуживания и прокладки новых кабельных линий. Однако при любом способе прокладки не следует забывать о необходимости использования щеточных вводов кабелей в шкафы и стойки, применении заглушек на неиспользуемых юнитах и слотах патч-панелей, а также об обязательной герметизации кабельных проходок через ограждающие конструкции машинных залов.

Грамотно спроектированная СКС, увязанная с решениями в области кондиционирования и вентиляции ЦОДа, практически при любой своей архитектуре не влияет на воздушные потоки или влияет крайне незначительно. Попытки уменьшения сечения кабельных линий за счет отказа от меди в пользу оптики или использования более экономичных сетевых карт в стремлении выиграть какие-то ватты энергопотребления в масштабах дата-центра будут экономией на спичках, особенно если эти «экономичные» решения оказываются более дорогими.

Неиспользуемой является электроэнергия, которая поставлена, но не потреблена. К появлению неиспользуемой электроэнергии могут привести разные причины. Во-первых, определение средней величины требуемой поставки электроэнергии по номинальной мощности источников питания. Во-вторых, несовершенная практика вывода оборудования из эксплуатации. В-третьих, избыточное снабжение коммутируемых портов, имеющих избыточно резервируемые соединения.

Для анализа неиспользуемой электроэнергии и расчета номинальной мощности необходимо иметь специальное программное обеспечение для мониторинга. Вы не можете исправить то, чего не измерили, и не можете определить, насколько действенными оказались сделанные исправления, пока не проведете измерения. Помочь в этой ситуации могут инвестиции в интеллектуальные блоки распределения питания (PDU). В дальнейшем соответствующее управление изменениями и правильная практика вывода оборудования из эксплуатации смогут уменьшить остроту проблемы. Когда оборудование выводится из эксплуатации по причине износа или обновления, его следует демонтировать, отказаться от высвобожденных энергоресурсов и определить, потребуются ли новому оборудованию такие же ресурсы, как прежнему.

Используйте сначала то, что уже есть

Проанализируйте свои приложения, риски, сетевые порты и систему обеспечения отказоустойчивости. Нередко ЦОДы переезжают в новые помещения либо переносятся в облака или же строятся новые ЦОДы из-за того, что старые исчерпали свою емкость. Однако многие из них и близко не подошли к исчерпанию емкости.

Каждый сервер имеет две сетевые карты, два источника питания и два подключения к хранилищам данных. Какой из этих серверов действительно нуждается в том, чтобы иметь все ресурсы в двойном количестве? Существует множество приложений, отнюдь не нуждающихся в таком уровне работоспособности, который исключает риск недоступности даже в течение короткого периода времени. Некоторым такой уровень резервирования может быть необходим, а у других резервирование обеспечивается программными средствами и аварийным переключением, что может устранить необходимость в двойном энергоснабжении.

Пересмотрите потребление электроэнергии

Проанализируйте свое энергопотребление – и это относится не только к выходной мощности PDU. Следует сравнить потребление со снабжением, чтобы выяснить, насколько эффективно работают серверы и когда именно они потребляют энергоресурсы. Установка PDU может снабдить вас статистическими данными о включении оборудования в работу и об использовании электроэнергии. Возможно, некоторые серверы нужно будет использовать только определенную часть месяца, а не непрерывно. Вы можете виртуализировать их или просто выключать в периоды простоя.

В случае виртуализации не просто изучайте загрузку процессора: рассматривайте в качестве меры использования ЦПУ потребление электроэнергии. По возможности избавьтесь от всего, что пожирает электричество. Возможно, это приведет к перераспределению некоторых энергоресурсов, но также может обеспечить существенную экономию.

Создавайте прохладу, а не холод

Определите максимальную рабочую температуру, допустимую для вашего активного электронного оборудования. Большая его часть будет выдерживать более высокие температуры, чем ранее рекомендованные для дата-центров. Проведите оценку охлаждения, чтобы определить, удовлетворяются ли ожидания в части охлаждения и нельзя ли их оптимизировать.

Регулирование потоков воздуха

Регулирование потоков воздуха в помещении очень важно. Для этого используются панели-заглушки, герметичные отверстия в полу и регулирование распределения воздуха в помещении. Если компоновка ИТ-оборудования предполагает циркуляцию горячего/холодного воздуха в коридорах, то ряд шкафов должен быть сплошным, без промежутков между соседними шкафами. Избегайте смешивания горячего и холодного воздуха, поступающего к оборудованию. Для оборудования с высоким энергопотреблением выгодным решением могут оказаться системы изоляции горячих и холодных коридоров. Вытяжные каналы (вертикальные воздуховоды) также улучшают ситуацию, регулируя отвод горячего отработанного воздуха для оптимального забора воздуха системами кондиционирования машинных залов.

Выбирайте просторные шкафы, рассчитанные на большое количество кабелей, например, с вертикальным пространством zero-U, которые позволяют оптимизировать общий поток воздуха, перемещая кабели в сторону от вентиляторов охлаждения оборудования. Вентилируемые передние и задние дверцы смогут облегчить нормальное прохождение воздушных потоков для обеспечения надлежащей циркуляции горячего/холодного воздуха в коридорах между шкафами. Прицельное охлаждение в сочетании с терморегулированием шкафов может оказаться высокоэффективным решением для зон с высокой плотностью выделяемой тепловой мощности. Например, теплообменники задних охлаждающих дверей могут уменьшить капитальные затраты, так как охлаждение будет производиться только тогда и там, где имеется сильная тепловая нагрузка на оборудование. Охлаждающие дверцы и другие совмещенные/точечные системы охлаждения могут снизить капитальные и эксплуатационные расходы на помещение.

Тщательно прокладывайте кабели

При правильном проектировании кабели, проложенные под фальшполом, не оказывают отрицательного влияния на охлаждение. Но если со временем протяжка кабелей станет неконтролируемой, кабели не только будут препятствовать потоку воздуха, но могут появиться и проблемы с эффективностью функционирования – особенно в UTP-системах, если кабели сдавлены или изогнуты, либо если нарушены скрутки в парах.

Такие же проблемы могут возникнуть с системами верхней разводки, если потребуются дополнительные слои лотков, заканчивающиеся над задней стороной шкафов, которые фактически создают потолок над горячим воздухом и препятствуют его отводу из помещения системами CRAC. Потребуйте, чтобы монтажник тщательно спланировал прокладку кабелей между шкафами и внутри них. Правильная прокладка кабелей может существенно повлиять на распределение потоков воздуха и на эффективность охлаждения в целом.

Упорядочение вывода оборудования из эксплуатации

Многие давно работающие дата-центры испытывают проблемы из-за неуправляемых перемещений, добавлений и изменений, ведущихся в течение многих лет и оставляющих за собой заброшенные кабельные трассы. Эти неиспользуемые кабели зачастую создают препятствия для потоков воздуха под фальшполом или создают проблемы в плане безопасности при верхней разводке. Удаляйте из шкафов и кабельных каналов старые кабели, которые больше не нужны.

Ощутимую выгоду могут дать интеллектуальные системы управления инфраструктурой, которые обеспечивают детальный мониторинг и документирование в реальном времени, а также отслеживают перемещения, добавления и изменения. Последовательный и постоянно актуализируемый лист учета соединений на физическом уровне поможет управлять кабельными трассами в динамике для того, чтобы обеспечить наиболее полное использование коммутируемых портов, снизить потребности электроники в электроэнергии и свести количество неиспользуемых портов к минимуму.

Экономичность и экология

Экологизация дата-центра начинается с разумного выбора, основанного на целостной перспективе на начальном этапе, а также учета вопросов кабельной инфраструктуры, электроэнергии и охлаждения при разработке проекта и технических условий.

Для существующих ЦОДов могут быть предприняты отдельные действия, приемлемые в финансовом плане, такие, как мониторинг электроснабжения и управление им с использованием интеллектуальных систем распределения энергии, вывод из эксплуатации неиспользуемых серверов, продолжающих потреблять электроэнергию, совершенствование системы прокладки кабелей и устранение препятствий, создаваемых заброшенными кабелями для воздушных потоков. В каждом дата-центре следует разработать программу постоянного совершенствования с целью достижения долгосрочных выгод в плане экономии средств и улучшения экологии. Даже самые маленькие шаги могут привести к впечатляющим результатам, а эффект со временем может оказаться значительным.

Заметили неточность или опечатку в тексте? Выделите её мышкой и нажмите: Ctrl + Enter. Спасибо!
Поделиться: