В России активными темпами развивается отрасль IT. Отчасти это связано с большими нереализованными возможностями интернет-сферы по сравнению с западным сегментом, отчасти с низким порогом входа на рынок. Очевидно одно: в России существует непокрытая потребность в современных центрах обработки данных (ЦОД, дата-центр), обеспечивающих высокую надежность и низкую эксплуатационную стоимость. Если для московских проектов аренда мест в ЦОД не слишком затратна, то для регионов аренда может выйти в копеечку. В связи с этим в последнее время стал развиваться сегмент недорогих региональных ЦОД. В прошлой статье мы рассмотрели примеры создания экономичных с точки зрения энергетики дата-центров на Западе. Теперь конкретизируем шаги по повышению энергоэффективности ЦОД.
Структура эксплуатационных затрат ЦОД
По данных мирового лидера в систем электропитания для IT компании APC, схема текущих затрат выглядит следующим образом:
Отсюда видно, что для обычного ЦОД доля затрат на электроэнергию составляет около 40%. Это самая крупная из статей затрат, поэтому обратим внимание именно на вопросы энергоэффективности работы ЦОД.
По данным аналитического департамента АРС, резервы экономии электроэнергии кроются в следующих направлениях:
- до 40 % — при использовании методов виртуализации серверных мощностей
- до 15 % — при выборе эффективной архитектуры кондиционирования помещения
- до 12 % — при правильной планировке фальшпола
- до 10 % — при выборе эффективного оборудования электропитания.
Способы снижения затрат на электроэнергию
Использование оборудования с пониженным энергопотреблением и оптимизация традиционных систем охлаждения
По данным компании Emerson Network Power, работающей в сфере повышения эффективности ЦОД, можно получить следующий эффект от применения такого оборудования для ЦОД средних размеров.
| Стратегия | ЦОД до оптимизации | ЦОД после оптимизации | Экономия (кВТ) | % |
| Процессоры с низким энергопотреблением | 91 Вт/проц. (среднее) |
70 Вт/проц. (среднее) |
111 | 10% |
| Блоки питания серверов с высоким КПД | AC-DC->79% DC-DC->85% |
AC-DC->90% DC-DC->88% |
124 | 11% |
| Управление энергопотреблением серверов | Ненагруженный сервер потребляет 80% пиковой мощности | Снижение до 45% от пиковой мощности | 86 | 8% |
| Блейд-серверы | Не применяются | 20% блейд-серверы | 7 | 1% |
| Виртуализация серверов | Нет виртуализации | 20% виртуальных серверов | 86 | 8% |
| Система распределения электропитания | ~208V | ~415V обеспечивают 240V однофазн. | 20 | 2% |
| Внедрение лучших практик охлаждения | Система горячих и холодных коридоров | Внутристоечное охлаждение при помощи холодной воды | 15 | 1% |
| Переменная производительность системы охлаждения | Постоянная производительность системы охлаждения | Переменные производительность системы охлаждения и воздушный поток | 49 | 4% |
| Дополнительное охлаждение | Подача воздуха из-под фальшпола | Подача воздуха из-под фальшпола с дополнительным охлаждением | 72 | 6% |
| Мониторинг и оптимизация | Взаимодействие между блоками охлаждения отсутствует | Блоки охлаждения взаимодействуют | 15 | 1% |
Как показывает практика, 1 Вт, сэкономленный на работе процессора в общей цепочке продуманных систем (см. таблицу выше) дает итоговую экономию 2.84 Вт за счет меньших затрат на охлаждение, меньших потерь в силовом оборудовании и т.д.
Использование программных методик повышения энергоэффективности
Основной идеей этого этапа является повышение загрузки оборудования без снижения качества услуг. Простаивающий сервер тратит 45-80% от пиковой мощности абсолютно бесполезно. К этим пустым затратам добавляется нагрузка на систему охлаждения, блоки питания, систему резервирования и т.д.
При использовании технологий виртуализации можно разместить на одном физическом сервере несколько виртуальных. При грамотном мониторинге нагрузки или при построении вычислительных кластеров (объединение нескольких серверов в одну вычислительную ячейку) можно повысить загрузку оборудования, сократив не только прямые экономические потери на простоях, но и холостое потребление энергии.
Повышение эффективности системы охлаждения
В связи с увеличением плотности размещения оборудования возникает потребность более грамотно подходить к вопросам проектирования систем охлаждения. Использование традиционных методик избыточного давления в помещении ЦОД, холодных и горячих коридоров никто не отменяет. Однако есть принципы, учет которых может помочь в проектировании эффективной системы:
- Повышение качества теплоизоляции и влагоизоляции ЦОД. Использование современных материалов позволит защитить ЦОД от влияния внешнего тепла летом.
- Размещение охлаждающего оборудования как можно ближе к источникам тепла. Это позволит избежать неэффективного охлаждения площадей и создания "длинных" градиентов температур в помещении.
- Использование аккумуляторов холода (например, бассейнов охлажденной воды), которые могут включаться в систему охлаждения при прохождении пиковых нагрузок. При этом система активного охлаждения может работать, не выходя из нормального режима, накапливая холод в бассейне ночью и забирая его днем.
- Использование более теплоемкого теплоносителя, например, воды, масла или фреона. Такой теплоноситель можно подавать в радиаторы охлаждения локально, подводя холод или отводя тепло непосредственно в рамках отдельных стоек. Это позволяет повысить компактность системы охлаждения и сэкономить энергию на вентилировании помещения ЦОД.
Снижение затрат на строительство ЦОД
Исходя из всего вышесказанного, можно отметить возможности существенного сокращения затрат на строительство ЦОД. Уменьшение потребностей в энергии позволяет снизить затраты на:
- Техприсоединение к электрическим сетям.
- Оборудование резервирования электропитания (снижение расчетной мощности аккумуляторных батарей, дизельных генераторов).
- Оборудование систем охлаждение (снижение расчетной мощности).
- Оборудование сверхрезервирования для ЦОД высокой степени надежности (TIER 3 и выше).
Применение тепла ЦОД
Тепло, выделяемое серверами, обычно выбрасывается в атмосферу. Для этого устанавливаются внешние радиаторные блоки сплит-систем, охлаждаемые атмосферным воздухом.
Однако этому теплу можно найти и полезное применение. Например, в Хельсинки (Финляндия) тепло нового ЦОД будут включать в общегородской контур систем теплоснабжения. В этом случае ЦОД не просто выбрасывает энергию на ветер, но может получать за нее деньги, частично окупая затраты на питание систем кондиционирования.В отдельной статье вы можете познакомиться с западным опытом использования нетрадиционных технологий для построения ЦОД.
В условиях нашей реальности включить ЦОД в городские тепловые сети кажется практически нереальным. Для этого будет много преград: от формальных согласований до отсутствия единой рассчитанной схемы инженерных коммуникаций крупного города. Да и тепло это не сможет отопить такое количество домов, как в Финляндии, потому что энергоемкость квадратного метра в нашем жилье в несколько раз выше. Куда же тогда можно применить тепловую энергию?
Решение этого вопроса можно найти в рамках инженерного комплекса зданий. Часто рядом со зданием ЦОД находятся офисные строение, например, административный корпус, где размещается инженерный персонал ЦОД. Эти строения можно сделать независимыми от центральных тепловых сетей и котельных, использовав тепловую энергию серверов для отопления. Иногда излишки низкопотенциального тепла используют для подогрева теплых автостоянок, которые сдают в аренду получая доход, существенно превышающий стоимость тепла.