Nykyaikaiset tietokoneet ja datakeskukset kuluttavat valtavasti energiaa. Pelkästään Yhdysvalloissa koko maassa kulutetusta energiasta 3 % kuluu tietokoneisiin ja niihin liittyviin laitteisiin vuoden 2013 Annual Energy Outlookin mukaan. Puhumattakaan jäähdytysjärjestelmistä, jotka suojaavat tietokoneita ja palvelimia ylikuumenemiselta. Tehtävä energiatehokkuuden lisäämiseksi ja energiankulutuksen kustannusten alentamiseksi on ylivoimainen. Se merkitsee paljon ympäristölle luonnonvarojen säästämisen puitteissa, tiettyjen yritysten työn yksinkertaistamiselle ja kansantaloudelle bruttomittakaavassa. https://www.youtube.com/embed/O96PwWkJdUoThe Vallitseva mittari, joka kuvaa sitä, kuinka tehokkaasti tietokoneiden konesalit käyttävät energiaa normaaleissa käyttöolosuhteissa, on PUE (Power Usage Effectiveness). The Green Grid (voittoa tavoittelematon teollisuusryhmä, joka on keskittynyt tietotekniikkalaitteiden energiatehokkuuteen) on itse asiassa tämän tunnusluvun kehittäjä. Kahden viime vuoden aikana PUE:sta on kuitenkin tullut ensisijainen mittari, jota käytetään mittaamaan datakeskusten energiankulutuksen tehokkuutta.
Miten PUE lasketaan?
Tehonkäytön tehokkuus on datakeskukseen tulevan kokonaisenergian ja datakeskuksen sisällä olevien tietotekniikkalaitteiden käyttämän energian (jäähdytys, lämmitys, ilmanvaihto, tehonmuuntaminen ja -jakelu, valaistus, verkkopistokepistokkeet) välinen suhde. Lisäksi kokonaisenergiaa voidaan tuottaa sähkön lisäksi myös muista lähteistä, esimerkiksi maakaasusta, polttoaineesta ja vedestä (jota käytetään adiabaattiseen jäähdytykseen). Tietotekniikkalaitteiden energiankulutus määritellään energiamääräksi, joka kuluu datan hallintaan, varastointiin, käsittelyyn ja reititykseen keskuksessa sekä verkkojen ja lisälaitteiden, kuten monitorien ja työasemien, käyttämiseen.
Tyypillinen PUE-kaava on siis seuraava:
PUE = laitoksen kokonaisteho / IT-laitteiden käyttämä energia
Kaavaa on käytettävä tietyn datakeskuksen tehokkuuden määrittämiseen ajan kuluessa, ei eri datakeskusten vertailuun.
Kaiken selventämiseksi esittelen esimerkin PUE:n laskemisesta:
Esitettäköön, että datakeskuksen laitoksen kokonaisenergia on 12.000 MWh ja IT-laitteet kuluttavat 9.000 MWh. Näin ollen PUE = 12.000 MWh / 9.000 MWh = 1,333.
Koko datakeskuksen käyttämä energia on tietysti suurempi kuin IT-laitteiden kuluttama energia. Joten tuo vertailuarvo on aina suurempi kuin yksi. Mutta kuinka paljon suurempi?
Mikä on normaali PUE-arvo?
Ilmeisesti PUE-suhde voi vaihdella 1,0:sta äärettömään. Ihanteellinen PUE on 1,0, mikä tarkoittaa 100 %:n hyötysuhdetta (eli kaikki kulutettu energia käytetään vain IT-laitteisiin, ei virranjakeluhäviöitä). Sitä on kuitenkin lähes mahdotonta saavuttaa.
Googlen ja Microsoftin kaltaiset alan jättiläiset luovat datakeskuksia, joiden PUE on 1,2 tai parempi. Mutta ne ovat alan johtavia yrityksiä. Uptime Institute -tutkimuksen mukaan keskimääräisen yhdysvaltalaisen datakeskuksen PUE on 2,5. Palvelimia, joiden PUE-arvo on 3,3 tai korkeampi, löytyy kuitenkin usein. Tämä tarkoittaa, että vain 1/3 kaikesta datakeskusten kuluttamasta energiasta käytetään tietotekniikkalaitteisiin ja 2/3 tästä energiasta menee hukkaan.
Ympäristön lämpötila ja sen vaikutus PUE-arvoon
Uudemman tutkimuksen mukaan datakeskukset kuluttavat noin 420 terawattia, mikä on 3 % yhtä massiivista kuin maailmanlaajuinen energiantarve. Lisäksi jäähdytysjärjestelmät vievät noin 45 prosenttia tästä energiasta. Tässä yhteydessä datakeskuksen palvelimien sijainnilla on suuri merkitys. Mitä kylmempi ilmasto, sitä vähemmän energiaa, sitä tehokkaampi toiminta, sitä parempi (, sitä pienempi) on PUE.
Nykyään, koska ympäristöystävällisten laskentakeskusten luominen on yksi valmistajien priorisoimista tehtävistä, ne pyrkivät ottamaan käyttöön nykyaikaisia tekniikoita ja out-of-the-box-ratkaisuja tehostaakseen jäähdytysjärjestelmiään ja vähentääkseen niiden energiankulutusta. Esimerkiksi vuonna 2018 Microsoft upotti datakeskuksensa Pohjanmeren pohjaan, Skotlannin Orkneysaarten lähelle 35,5 metrin syvyyteen. Itsenäisten vedenalaisten datakeskusten on tarkoitus olla energiansäästävämpiä, koska niiden jäähdytys on ilmaista ja sitä harjoitetaan Pohjanmeren kylmissä vesissä. https://www.youtube.com/embed/L2oJw1a_qEMHowever, sinun täytyy ymmärtää, että veteen upotettu kapseli on vain pieni kopio todellisesta datakeskuksesta. Kontti, jonka pituus on 12 metriä, koostuu 12 telineestä ja 824 palvelimesta, mutta tärkeintä on, että keskuksessa on modulaarinen arkkitehtuuri. Merenpohjassa kontit on suhteellisen helppo pitsata yhteen kuin ISS:n avaruusmoduulit.
Miten datakeskuksesta voi tulla tehokkaampi?
Energian säästäminen on suoraviivaisempaa kuin monet tietotekniikkayritysten omistajat saattavat olettaa. Toteuttamalla tällaisia strategioita voit säästää rahaa sähkölaskuissa ja tehostaa palvelimien työtä.
- Vähennä IT-laitteiden kuormitusta. Yhden watin säästö palvelintasolla muuntuu lähes 3 watin kokonaissäästöksi datakeskuksessa pienemmän virrankulutuksen ansiosta. Tähän kuormituksen vähentämisen strategiaan kuuluu energiatehokkaiden laitteiden ostaminen, käyttämättömien palvelinten poistaminen ja niin sanottu palvelinten ”virtualisointi”.
- Ilmavirran hallinta. Tämä strategia tarkoittaa kylmän ilmavirran johtamista ilmastointiyksiköistä sinne, missä sitä eniten tarvitaan, erityisesti palvelimien etuosiin, sekä kuuman ilmavirran poistamista palvelimien takaosista mahdollisimman tehokkaasti.
- Huomioi lämpötila- ja kosteustaso. Kuten aiemmin on jo mainittu, lämpötila ja mikroilmasto, jossa palvelin sijaitsee, ovat merkittävä tekijä, joka vaikuttaa virrankäytön tehokkuuteen. Mitä viileämpi paikka on, sitä vähemmän energiaa kuluu jäähdytykseen.
- Paranna jäähdytysjärjestelmää. Käytä ”Free Cooling” -järjestelmiä aina kun se on mahdollista. Lisäksi koko paikan ilmastoinnin käyttäminen on paljon tehottomampaa datakeskuksen ylikuumenemisen estämiseksi verrattuna paikalliseen modulaariseen jäähdytykseen. Myös datakeskuksen sijainti on olennainen. On parempi sijoittaa moduulit niiden tehotiheyden ja oletetun kuormituksen mukaan.
Insinöörit tarttuvat jokaiseen tilaisuuteen vähentää datakeskusten virrankulutusta. Kun otetaan huomioon tämän tehtävän merkityksellisyys, epäsäännöllinen ohjelmisto- ja laitteistoratkaisu, joka keskittyy energiankulutukseen datakeskusten tehokkuuden puitteissa, tulee yleistymään. Jotkin niistä syntyvät todennäköisesti useiden tekniikoiden yhtymäkohdassa.