Енергийно ефективни центрове за данни – част І

Центровете за данни могат да консумират до 100 или 200 пъти повече електричество от обикновените офиси. Поради тази причина към тях се насочват все повече мерки за ефективно използване на енергията, които да снижат разходите и потреблението.

Критичният характер на натоварването на центровете за данни задава много критерии при проектирането, свързани с енергийната ефективност, надеждността и високата плътност на мощността. Кратките етапи на проектиране обаче често оставят малко време за оползотворяване на ефективните възможности за дизайн или за обмисляне на началните инвестиции и съпоставянето им с разходите по жизнения цикъл.

Това може да доведе до проекти, които са просто мащабни версии на стандартни офис площи или използват стратегии и спецификации, които са работили “достатъчно добре” в миналото без оглед на енергийната ефективност. В следващите редове ви представяме някои насоки при проектирането и избора на оборудване за подобряване на енергийната ефективност в центровете за данни.

ИТ системи
Разходът на информационните системи и технологии в типичен център за обработка на данни с високопродуктивно охлаждащо оборудване може да съставлява повече от половината от енергийното потребление на цялото съоръжение. Интегрирането на енергийно ефективни ИТ системи значително намалява разходите за електричество в центровете за данни, занижава потребността от охлаждане и консумацията на климатичните инсталации.

Закупуването на сървъри с енергийно ефективни процесори, вентилатори и захранващи блокове, високоефективно мрежово оборудване, консолидирането на системите за съхранение и захранванията, както и виртуализирането на процесите, са подходящи стратегии за намаляване на разходите от ИТ оборудването в центъра за обработка на данни.

Ефективни сървъри
Rack сървърите (rack servers) обикновено са основните причинители на загуби на енергия и представляват най-голямата част от натоварването на ИТ системите в дейта центровете. Освен това те заемат и сериозен процент от пространството. По-голямата част от сървърите работят при или под 20% от капацитета си през повечето време, но черпят пълна мощност.

В тази насока се правят сериозни подобрения в системите за вътрешно охлаждане и в процесорните устройства на сървърите, за да се сведат до минимум загубите на енергия. При закупуване на нови сървъри се препоръчва да се подбират продукти, които включват вентилатори с променлива скорост като вътрешен охлаждащ компонент. Те са в състояние да осигурят достатъчно охлаждане, работейки по-бавно, като по този начин консумират и по-малко енергия.

В допълнение се инсталират дросели, които намаляват подаването на захранване към процесори, работещи под максималната си производителност. Така, ако сървърът функционира на 20% от капацитета си, той не изразходва пълна мощност.

Понякога възникват опасения, че подаването на по-малка мощност към сървърите или поставянето на свободните сървъри в “спящ” режим ще повлияе негативно надеждността им. Тези опасения са неоснователни, тъй като самият хардуер е проектиран да се справя с десетки хиляди цикли на включване и изключване.

Консумацията на енергия на сървъра може да бъде контролирана и чрез инсталиране на софтуер за управление на циклите на захранване. При нужда софтуерът може да накара отделните устройства, които работят “на празен ход”, да се изключват. Потенциалните рискове при такова управление на захранването включват бавна работа и възможна повреда в системата, и трябва да се съпоставят с възможностите за намаляване на разходите, за да се прецени дали да се пристъпи към подобно решение.

Допълнителни икономии на енергия могат да бъдат постигнати и чрез консолидиране на излишъците от ресурси в ИТ системите. Възможно е да се използва по едно захранване на сървърен шкаф вместо на всеки отделен сървър. При определен обем неизползвани ресурси интегрираните в сървърния шкаф токозахранващи устройства ще работят с висок коефициент на натоварване (около 70%) в сравнение с индивидуалните захранвания (20% до 25%).

Това увеличение на коефициента на натоварване значително подобрява ефективността на захранването. Споделянето на други ИТ ресурси като процесори (CPU), харддисково пространство (disc drives) и памет допълнително оптимизира консумацията на енергия.

Краткосрочното преразпределяне на натоварването в съчетание с намаляването или увеличаването на ресурсите според нуждите и моментната производителност на сървъра е друга стратегия за подобряване на енергийната ефективност на хардуера в дългосрочен план.

Системи за съхранение на данни
Енергийното потребление на системите за съхранение на данни е правопропорционално на броя използвани сторидж модули. Съхранението трябва да бъде рационализирано и в подходящ обем, за да се избегне бързото нарастване на консумацията на енергия.

Консолидирането на модулите за съхранение в NAS (Network Attached Storage) или SAN (Storage Area Network) мрежи са две възможности за пренасяне офлайн на данните, които не се използват към момента, което намалява количеството информация и нейните копия в производствената среда.

Така остава повече място на сървъра, а процесорът обработва по-малки обеми от данни, което пряко кореспондира с по-ниски потребности от охлаждане и консумация на енергия. По отношение на данните, които не могат да бъдат изведени в офлайн режим, се препоръчва преминаване от традиционните методи за съхранение към стратегия на тънко обезпечаване.

В традиционните сторидж системи за всяко приложение се разпределя фиксиран обем от очаквания капацитет, което често води до лоши коефициенти на утилизация и загуба на енергия. Технологията за тънко обезпечаване, от друга страна, цели увеличаване на утилизацията на капацитета на съхранение.

При нея данните се складират в общ резерв на принципа на моментната потребност, допускайки, че не всички потребляващи единици ще се нуждаят от цялото пространство едновременно. Съществува възможност и за инсталиране на допълнителен физически капацитет по-късно, когато обемът на данните се приближи до праговата стойност на капацитета.

Захранване
Повечето центрове за обработка на данни използват вътрешни или монтирани на сървърния шкаф захранвания за променлив/прав ток (AC/DC). Доскоро захранването на типичен rack сървър преобразуваше променливия ток в постоянен при ефективност от около 60% до 70%.

Днес, с интегрирането на по-качествени компоненти и напреднали инженерни технологии, се използват захранвания с ефективност до 95%. Изборът на по-високоефективни захранвания директно намалява сметките за ток на центъра за данни и косвено снижава разходите за охлаждане на системата и опасностите от прегряване.

По-ниските стойности на натоварване на системите за непрекъсваемо захранване и охлаждане водят и до вторични икономии на енергия.

Управление на окабеляването
Препятствия от различен характер (при инсталации с повдигнат двоен под или окачен двоен таван), свързани с окабеляването, често пречат на охлаждането. Струпването на много кабели в пространството под повдигнатия под може силно да намали достъпа на студен въздух, както и правилното му разпределение през отворите на настилката. И двата ефекта водят до появата на горещи точки.

При повдигнатите подови инсталации следва да се предвиди минимална ефективна височина, за да се избегне струпването на кабели. По-празното или по-рационално запълненото подподово пространство значително спомага за постигането на по-равномерно разпределение на въздуха.

Ето защо ефективното управление на центъра включва и стратегия за окабеляването, която да сведе до минимум възпрепятстването на въздушния поток, причинено от струпване на кабели и проводници. Тази стратегия трябва да е насочена към цялостния път на охлаждащия въздушен поток, включително зоните за прием на охлаждане и зоните за извеждане на топлия въздух на сървърните шкафове, както и зоната на двойния под.

Постоянното управление на окабеляването е ключово условие за поддържане на ефективен контрол върху подавания въздух. Регулярното премахване на неизползваемите кабели съдейства за оптимизиране на работата на охладителните системи в центровете за бази данни.

Електрически системи
Подобно на системите за охлаждане, при проектирането и избора на оборудване за електрическа система на център за данни е важно винаги да вземат предвид първоначалните и бъдещите условия на натоварване и по-специално условията на частично и ниско натоварване.

Центровете за обработка на данни обикновено разполагат с електроразпределителна система, състояща се от разпределително табло, КРУ, резервен генератор, UPS, PDU устройство и спомагателно оборудване (филтри, кондензаторни батерии). Всички тези компоненти излъчват топлина, която директно се прибавя към топлинното натоварване в центъра за данни.

Ефективността може да варира широко според производителите и разликите в дизайна на съоръжението. Чрез внимателен подбор на компонентите на електроразпределителната система оперативната ефективност може да бъде контролирана и значително оптимизирана.

Непрекъсваеми токозахранващи устройства (UPS)
UPS системите осигуряват резервно захранване за центъра за данни на базата на батерии, генератори, горивни клетки или други технологии. Често обаче част от цялата енергия, подавана към UPS устройството, се губи поради неефективност на системата. Първата стъпка за намаляване на тези загуби е да се прецени кои устройства изискват UPS система, тъй като невинаги е необходима инсталация за цялото оборудване.

Захранването, необходимо на изчислително съоръжение за научни цели например, може да бъде значително по-малко от необходимото за дадена финансова институция. Повишаването на ефективността на UPS системите води до директни икономии на енергия в рамките на самото UPS устройство и косвено пестене чрез по-ниски топлинни натоварвания и дори намалени загуби от трансформаторите в сградната инсталация.

При двойните UPS системи за преобразуване ефективността на непрекъсваемите токозахранващи устройства варира от 86% до 95%. Когато цялото натоварване от оборудването в център за данни постъпва чрез UPS система, дори най-малкото подобрение на ефективността й може да доведе до големи годишни икономии.

Осветление
Центровете за бази данни не се нуждаят от постоянно осветяване, тъй като някои зони като UPS помещенията, сторидж пространствата и комутаторните зали не изискват постоянно присъствие на оператор. Това може да доведе до значителни икономии от електричество за осветление.

Внимателният подбор на точки за осветяване (над коридорите, а не над сървърните шкафове например), на осветителни тела и баласти спомага не само за намаляване на потреблението, но и на натоварването на охлаждащите системи, което, от своя страна, води до вторични икономии на енергия.

Мониторинг на ефективността
Управлението на енергийното потребление може да бъде ефективно, само ако паралелно се извършва и адекватно измерване. Има много аспекти на мониторинга на енергийната ефективност на центровете за данни, водещи в процеса на проектиране, които са необходими, за да се гарантира, че съоръжението поддържа висока степен на ефективност.

В идеалния случай енергийната система за мониторинг и контрол и системите за диспечерски контрол и събиране на данни осигуряват всички сензори и изчисления, необходими за измервания на ефективността в реално време. Всички измервани стойности трябва да бъдат непрекъснато следени, а данните - архивирани за минимален срок от една година, за да е възможно отчитането и сравняването на годишните енергийни суми.

Системите за контрол с отворен протокол дават възможност за добавяне на допълнителни сензори след първоначалната инсталация.
ИТ оборудването обикновено е с вградени температурни сензори. Днес повечето развиващи се технологии включват интерфейс комуникации, които позволяват интегрирането на сензори със система за мониторинг и контрол.

Мониторингът на производителността трябва да включва сензори за температура и влажност на въздуха, монтирани на впускателния отвор на ИТ оборудването. Новите технологии, които дават възможност безжична мрежа от сензори да бъде разположена при входовите отвори на шкафовете за ИТ оборудване, стават все по-разпространени.

Системи за сигурност
Освен прекъсването при подаване на енергия съществуват и други опасности, които да нарушат работата на дейта центровете. За защита от повреди в резултат на пожар, следва да се въведат системи за ранна детекция, сигнализация и система за пожарогасене.

Ранната детекция изисква система за пожароизвестяване за всички помещения, която да отговаря не само на съвременните изисквания за безопасност в строителството, но и на строгите изисквания към помещения, съхраняващи специализирано IT оборудване.

Пожароизвестителните системи трябва бързо и надеждно да предават сигнала за опасност от пожар към системите за сигнализация, евакуация и гасене. За пожарогасенето е необходимо да се подбере подходящ за дейта центрове гасителен агент. Допълнително могат да се монтират самозатварящи се пожароустойчиви врати на помещенията и уплътняващи пожароспиращи материали в кабелните преходи между помещенията.

Освен това се препоръчва интегриране на камери за наблюдение, температурни датчици, датчици за изтичане на газ и други измервателни устройства, което позволява да се реализира контрол за всеки компонент от ИТ инфраструктурата.

Статията продължава в следващ брой.