Moderní počítače a datová centra spotřebovávají obrovské množství energie. Jen v USA připadají podle ročního energetického výhledu 2013 na spotřebovanou energii v celé zemi 3 % počítačů a souvisejících zařízení. O chladicích systémech, které chrání počítače a servery před přehřátím, ani nemluvě. Úkol zvýšit energetickou účinnost a snížit náklady na spotřebu energie je ohromující. Znamená to mnoho pro životní prostředí v rámci šetření přírodních zdrojů, zjednodušení práce jednotlivých firem i pro národní hospodářství v hrubém měřítku. https://www.youtube.com/embed/O96PwWkJdUoThe Převládající metrikou, která popisuje, jak efektivně počítačová datová centra využívají energii za běžných provozních podmínek, je efektivita využití energie (PUE). Green Grid (nezisková průmyslová skupina, která se zaměřuje na energetickou účinnost IT zařízení) je vlastně tvůrcem tohoto ukazatele. V posledních dvou letech se však PUE stala hlavní metrikou, která se používá pro měření efektivity spotřeby energie datových center.
Jak se počítá PUE?
Efektivita využití energie je poměr mezi celkovou energií vstupující do datového centra a energií spotřebovanou zařízeními IT uvnitř datového centra (chlazení, vytápění, větrání, přeměna a distribuce energie, osvětlení, zásuvky). Celková energie navíc může být vyrobena nejen z elektřiny, ale i z jiných zdrojů, například ze zemního plynu, paliva, vody (používané pro adiabatické chlazení). Spotřeba energie zařízení IT je definována jako množství energie spotřebované na správu, ukládání, zpracování a směrování dat v rámci centra a také na provoz sítí a dalších zařízení, jako jsou monitory a pracovní stanice.
Zde je typický vzorec PUE následující:
PUE = celkový výkon zařízení / energie spotřebovaná zařízením IT
Vzorce je třeba použít k určení účinnosti konkrétního datového centra v čase, nikoli k porovnávání různých center.
Pro názornost uvádím příklad výpočtu PUE:
Řekněme, že celková energie zařízení datového centra je 12 000 MWh a zařízení IT spotřebuje 9 000 MWh. PUE tedy = 12 000 MWh / 9 000 MWh = 1,333.
Spotřeba energie celého datového centra bude samozřejmě vyšší než spotřeba energie zařízení IT. Takže tento referenční ukazatel bude vždy vyšší než jedna. Ale o kolik je vyšší?
Co je normální PUE?
Je zřejmé, že poměr PUE se může pohybovat od 1,0 do nekonečna. Ideální PUE je 1,0, to znamená 100% účinnost (tj. veškerá spotřebovaná energie se spotřebuje pouze na IT zařízení, nedochází ke ztrátám v rozvodech energie). Toho je však téměř nemožné dosáhnout.
Takové průmyslové giganty jako Google a Microsoft vytvářejí datová centra pro PUE`s 1,2 nebo lepší. Jsou to však lídři v oboru. Podle výzkumu Uptime Institute má průměrné datové centrum v USA hodnotu PUE 2,5. Běžně se však vyskytují i servery s hodnotou PUE 3,3 a vyšší. To znamená, že pouze 1/3 veškeré energie spotřebované datovými centry je využita IT zařízeními a 2/3 této energie jsou vyplýtvány.
Teplota prostředí a její vliv na PUE
Podle nejnovějších výzkumů spotřebují datová centra přibližně 420 terawattů, což představuje 3 % stejně masivní jako celosvětová poptávka po energii. Chladicí systémy navíc spotřebují přibližně 45 % této energie. V tomto rámci hraje velkou roli umístění serverů datového centra. Čím chladnější klima, tím nižší spotřeba energie, tím efektivnější provoz, tím lepší (, tím nižší) je PUE.
V současné době, kdy je vytváření ekologicky šetrných výpočetních center jedním z prioritních úkolů výrobců, se snaží zavádět moderní technologie a nestandardní řešení, aby jejich chladicí systémy byly efektivnější a méně energeticky náročné. Například společnost Microsoft v roce 2018 ponořila své datové centrum na dně Severního moře poblíž skotských Orknejských ostrovů do hloubky 35,5 metru. Samostatná podvodní datová centra mají být energeticky úspornější díky tomu, že jejich chlazení je zdarma a vykonává se ve studených vodách Severního moře. https://www.youtube.com/embed/L2oJw1a_qEMHowever Je třeba si uvědomit, že kapsle ponořená do vody je jen malou kopií skutečného datového centra. Kontejner o délce 12 metrů se skládá z 12 racků a 824 serverů, ale nejdůležitější na něm je, že centrum má modulární architekturu. Na mořském dně je poměrně snadné kontejnery sešněrovat k sobě, jako by šlo o vesmírné moduly na ISS.
Jak se může datové centrum stát efektivnějším?“
Úspora energie je jednodušší, než by se mnozí majitelé IT firem mohli domnívat. Zavedením těchto strategií můžete ušetřit své peníze za účty za elektřinu a zefektivnit práci serverů.
- Snižte zatížení IT zařízení. Úspora 1 wattu na úrovni serveru se promítne do celkové úspory téměř 3 wattů v datovém centru díky nižší spotřebě energie. Tato strategie snižování zátěže zahrnuje nákup energeticky úsporných zařízení, odstranění nepoužívaných serverů a takzvanou „virtualizaci“ serverů
- Řízení proudění vzduchu. Tato strategie znamená dodávat proud studeného vzduchu z klimatizačních jednotek tam, kde je ho nejvíce potřeba, konkrétně na přední strany serverů, a také co nejefektivněji odvádět proud teplého vzduchu ze zadních stran serverů.
- Udržování teploty a úrovně vlhkosti. Jak již bylo zmíněno dříve, teplota a mikroklima, kde je server umístěn, jsou významným faktorem, který ovlivňuje efektivitu využití energie. Čím chladnější je místo, tím méně energie se spotřebuje na chlazení.
- Zlepšete systém chlazení. Používejte systémy „volného chlazení“ všude tam, kde je to možné. Použití klimatizace pro celé místo je navíc mnohem méně účinné pro zabránění přehřátí datového centra ve srovnání s místním modulárním chlazením. Zásadní je také umístění datového centra. Moduly je lepší rozmístit podle jejich výkonové hustoty a předpokládaného zatížení.
Inženýři se chopí každé příležitosti, jak snížit spotřebu energie datových center. S ohledem na aktuálnost tohoto úkolu se rozšíří nepravidelná softwarová a hardwarová řešení zaměřená na spotřebu energie v rámci efektivity datových center. Některá z nich budou pravděpodobně vznikat v souběhu několika technologií.