Nowoczesne komputery i centra danych zużywają ogromne ilości energii. Tylko w USA, według Annual Energy Outlook 2013, 3% energii zużywanej w całym kraju przypada na komputery i związany z nimi sprzęt. Nie mówiąc już o systemach chłodzenia, które chronią komputery i serwery przed przegrzaniem. Zadanie zwiększenia efektywności energetycznej i obniżenia kosztów zużycia energii jest przytłaczające. Oznacza to wiele dla środowiska w ramach ochrony zasobów naturalnych, uproszczenia pracy poszczególnych firm, a także gospodarki narodowej w skali brutto.
Jak oblicza się PUE?
Efektywność wykorzystania energii jest relacją między całkowitą energią dostarczaną do centrum danych a energią zużywaną przez sprzęt IT wewnątrz centrum danych (chłodzenie, ogrzewanie, wentylacja, konwersja i dystrybucja mocy, oświetlenie, wtyczki). Ponadto, całkowita energia może być wytwarzana nie tylko z energii elektrycznej, ale również z innych źródeł, np. gazu ziemnego, paliwa, wody (wykorzystywanej do chłodzenia adiabatycznego). Zużycie energii przez sprzęt IT jest definiowane jako ilość energii zużywanej do zarządzania, przechowywania, przetwarzania i trasowania danych w centrum, a także do obsługi sieci i dodatkowych urządzeń, takich jak monitory i stacje robocze.
Więc typowy wzór PUE jest następujący:
PUE = całkowita moc obiektu / energia zużywana przez sprzęt IT
Wzór ten musi być stosowany do określania wydajności danego centrum danych w czasie, a nie do porównywania różnych.
Aby to wyjaśnić, chciałbym przedstawić przykład obliczania PUE:
Powiedzmy, że całkowita energia obiektu centrum danych wynosi 12 000 MWh, a sprzęt IT zużywa 9 000 MWh. Zatem PUE = 12.000 MWh / 9.000 MWh = 1,333.
Oczywiście, moc zużywana przez całe centrum danych będzie wyższa niż energia zużywana przez sprzęt IT. Zatem ten benchmark zawsze będzie większy od jedynki. Ale o ile większy?
Jakie jest normalne PUE?
Oczywiście, wskaźnik PUE może się wahać od 1,0 do nieskończoności. Idealne PUE wynosi 1,0, co oznacza 100% wydajności (tzn. cała zużyta energia jest wykorzystywana tylko przez sprzęt IT, nie ma strat w dystrybucji energii). Ale jest to prawie niemożliwe do osiągnięcia.
Takie giganty przemysłu jak Google i Microsoft tworzą centra danych dla PUE na poziomie 1,2 lub lepiej. Są oni jednak liderami w branży. Według badań Uptime Institute, przeciętne centrum danych w USA ma PUE na poziomie 2,5. Jednak często spotyka się również serwery z PUE na poziomie 3,3 i wyższym. Oznacza to, że tylko 1/3 całej energii zużywanej przez centra danych jest wykorzystywana przez sprzęt IT, a 2/3 tej mocy jest marnowana.
Temperatura otoczenia i jej wpływ na PUE
Według najnowszych badań, centra danych zużywają około 420 terawatów, co stanowi 3% tak ogromnego jak globalne zapotrzebowanie na energię. Co więcej, systemy chłodzenia pobierają około 45% tej energii. W tych ramach, lokalizacja serwerów w centrum danych ma ogromne znaczenie. Im chłodniejszy klimat, tym niższe zużycie energii, im bardziej wydajna praca, tym lepsze (, tym niższe) jest PUE.
W dzisiejszych czasach, ponieważ tworzenie ekologicznych centrów obliczeniowych jest jednym z priorytetowych zadań dla producentów, starają się oni wdrażać nowoczesne technologie i nieszablonowe rozwiązania, aby ich systemy chłodzenia były bardziej efektywne i mniej energochłonne. Przykładowo, w 2018 roku Microsoft zanurzył swoje centrum danych na dnie Morza Północnego, w pobliżu szkockich Orkadów, na głębokość 35,5 metra. Samowystarczalne podwodne centra danych mają być bardziej energooszczędne dzięki temu, że ich chłodzenie jest darmowe i ćwiczone w zimnych wodach Morza Północnego. https://www.youtube.com/embed/L2oJw1a_qEMHowever, musisz zrozumieć, że kapsuła zanurzona w wodzie jest tylko maleńką kopią prawdziwego centrum danych. Kontener o długości 12 metrów składa się z 12 szaf i 824 serwerów, ale najważniejsze w tym wszystkim jest to, że centrum ma architekturę modułową. Na dnie morza stosunkowo łatwo jest połączyć kontenery w jedną całość, niczym moduły kosmiczne na ISS.
How Can the Data Center Become More Efficient?
Oszczędzanie energii jest prostsze niż wielu właścicieli firm IT może przypuszczać. Wdrażając takie strategie, można zaoszczędzić pieniądze na rachunkach za prąd i sprawić, że praca serwerów będzie bardziej wydajna.
- Zmniejsz obciążenie sprzętu IT. Oszczędność 1 wata na poziomie serwera przełoży się na prawie 3 waty oszczędności w centrum danych ze względu na mniejsze zużycie energii. Ta strategia zmniejszania obciążenia obejmuje kupowanie energooszczędnego sprzętu, usuwanie serwerów, które nie są używane, oraz tak zwaną „wirtualizację” serwerów.”
- Zarządzanie przepływem powietrza. Ta strategia oznacza dostarczanie zimnego powietrza z jednostek klimatyzacyjnych tam, gdzie jest ono najbardziej potrzebne, czyli na fronty serwerów, a także usuwanie gorącego powietrza z tyłu serwerów tak skutecznie, jak to tylko możliwe.
- Temperatura i poziom wilgotności umysłu. Jak już wcześniej wspomniano, temperatura i mikroklimat, w którym znajduje się serwer, są istotnym czynnikiem wpływającym na efektywność wykorzystania mocy. Im chłodniejsze jest to miejsce, tym mniej energii jest zużywane na chłodzenie.
- Usprawnij system chłodzenia. Stosuj systemy „Free Cooling” wszędzie tam, gdzie jest to możliwe. Ponadto, używanie klimatyzacji dla całego miejsca jest znacznie mniej skuteczne w zapobieganiu przegrzaniu centrum danych w porównaniu z lokalnym chłodzeniem modułowym. Istotna jest również lokalizacja centrum danych. Lepiej jest rozmieścić moduły zgodnie z ich gęstością mocy i przewidywanym obciążeniem.
Inżynierowie chwytają się każdej okazji, aby zmniejszyć zużycie energii w centrach danych. Biorąc pod uwagę istotność tego zadania, coraz powszechniejsze będą nieregularne rozwiązania programowe i sprzętowe, ukierunkowane na zużycie energii w ramach efektywności centrów danych. Niektóre z nich powstaną zapewne na styku kilku technologii.