Klimatyzacja jest jednym z najbardziej energochłonnych systemów w większości centrów przetwarzania danych. Kwestia ta jest kluczowa, ponieważ zapotrzebowanie na zasoby technologii informacyjno-komunikacyjnych (ICT) stale wzrasta, co pociąga za sobą konieczność tworzenia większych i efektywniej wykorzystywanych centrów przetwarzania danych.
W niniejszym artykule Dennis O’Sullivan, Specjalista ds. Rozwiązań Data Center, Eaton EMEA, przedstawia przegląd technologii umożliwiających lepsze wykorzystanie energii. Obejmują one zarówno rozwiązania dotyczące zarządzania przepływem powietrza, do szerszej implementacji w centrach przetwarzania danych, jak i strategie sieciowe na większą skalę, takie jak projekt GreenDataNet.
Artykuł kończy się myślą o przyszłości, biorąc pod uwagę takie trendy, jak wirtualizacja i przetwarzanie danych w chmurze, ich oczekiwany wpływ na wydajność i dostępność energii w centrach przetwarzania danych oraz strategie, które umożliwią organizacjom sprostanie tym wyzwaniom i pełne korzystanie z możliwości oferowanych przez te coraz bardziej rozpowszechnione technologie.
System klimatyzacji jest jednym z największych obciążeń energetycznych w większości centrów przetwarzania danych. Jest to prawdą szczególnie w warunkach wysokich temperatur, jakie panują na Bliskim Wschodzie. Znaczenie tej kwestii nieustannie wzrasta, ponieważ zwiększanie zagęszczenia urządzeń ICT powoduje zwiększenie rozmiaru centrum przetwarzania danych i nadmierne zapotrzebowanie na energię. W związku z tym, niniejszy artykuł analizuje technologie, pozwalające na skuteczniejsze wykorzystanie energii, dostępne obecnie u wielu dostawców.
Niektóre proste statystyki wyjaśniają priorytetowe znaczenie tej kwestii. Na przełomie wieków, po latach dynamicznego rozwoju, zużycie energii w centrach przetwarzania danych przekroczyło próg jednego procenta całej energii wytwarzanej w rozwiniętych gospodarkach. Straty energii generowane przez system klimatyzacji i zasilacze UPS stanowią około 35 procent całkowitego zużycia energii w centrach przetwarzania danych, gdzie 50 procent przypada na sprzęt komputerowy.
Jeśli chodzi o emisję dwutlenku węgla, wzrost ten spowodował, że sektor ICT stał się jednym z głównych czynników przyczyniających się do ogólnego wzrostu zużycia energii i emisji gazów cieplarnianych (GHG). Obecnie około dwóch procent[1] światowej emisji dwutlenku węgla pochodzi z produkcji i wykorzystania urządzeń ICT – jest to wartość podobna do zużycia energii w przemyśle lotniczym. Centra przetwarzania danych reprezentują znaczny i rosnący udział w całkowitej emisji związanej z technologiami ICT.
Branża informatyczna zdała sobie sprawę z ekonomicznego i środowiskowego znaczenia, jakie niesie za sobą utrzymanie tego trendu zużycia energii. Nacisk jest zatem położony na to, aby nie koncentrować się wyłącznie na zwiększaniu osiągów i rozmiarów systemu, lecz na bardziej zrównoważonym podejściu, które kładzie duży nacisk na efektywność energetyczną. Wzrasta zainteresowanie tym, w jaki sposób przemysł przewiduje trwałe zaspokojenie rosnącego zapotrzebowania na energię. W rzeczywistości, obecnie większy nacisk kładzie się na wstępne planowanie oraz korzystanie z postępu technologicznego w tej dziedzinie, przy jednoczesnym uwzględnieniu faktu, że budowa centrów przetwarzania danych jest procesem niezwykle złożonym.
Oszczędność energii na poziomie centrum przetwarzania danych: Rozwiązania zarządzania przepływem powietrza
Systemy zarządzania przepływem powietrza (AMS) oferują praktyczne odpowiedzi na te problemy. Rozwiązania AMS optymalizują działanie infrastruktury centrum przetwarzania danych, usprawniają przepływ informacji, zwiększają ekologię i elastyczność ich funkcjonowania. Dostępny jest szeroki zakres rozwiązań w zakresie zarządzania przepływem powietrza – systemy zimnego korytarza, systemy gorącego korytarza, a także rozwiązania oparte bezpośrednio o szafy rack.
Rozwiązania rackowe zapewniają izolację ciepła i odprowadzenie go bezpośrednio do systemu klimatyzacji (CRAC), np. przy wykorzystaniu kominów teleskopowych (TC). AMS jest stosowane dla przełączników i urządzeń sieciowych, z zastosowaniem odpowiednich wysłon, w celu zapewnienia prawidłowej higieny działania systemu szaf rack.
Najlepsze rozwiązania wykraczają poza pojedynczą szafę i korytarz szaf rack, wdrażając system AMS dla całego pomieszczenia, aby jeszcze bardziej zwiększyć wydajność i przewidywalność centrów przetwarzania danych. Innowacje, takie jak systemy CRAC i przepusty montowane w podłodze technicznej stanowią dodatkowe zabezpieczenie przed niepożądanymi ścieżkami przepływu powietrza. Dodatkowo, dzięki zastosowaniu odpowiedniego rozwiązania można również poprawić gęstość mocy w poszczególnych szafach rack oraz wydajność chłodzenia CRAC. Rozwiązania firmy Eaton w zakresie przepływu powietrza obejmują na przykład sufity podwieszane i systemy ścian pionowych, kanały korytarzowe i drzwi, które zmniejszają nadprodukcję chłodnego powietrza w centrum przetwarzania danych.
Szersze rozwiązania w zakresie efektywności energetycznej: Projekt GreenDataNet
Z uwagi na fakt, że dyrektorzy ds. informatyki coraz częściej traktują kwestie wydajności energetycznej jako priorytetowe, muszą oni również stawić czoła rosnącemu zapotrzebowaniu na szybsze, wydajniejsze i bardziej niezawodne rozwiązania informatyczne. Przyczynia się do tego wzrost liczby urządzeń mobilnych i transmisji strumieniowej multimediów oraz gwałtowny wzrost liczby urządzeń podłączonych do Internetu. Dostawcy oczekują, że wszystkie te wymagania zostaną spełnione bez kompromisów pod względem jakości.
Na poziomie lokalnym wydaje się, że systemy inteligentnego zarządzania energią, takie jak opisane powyżej rozwiązanie AMS – w szafie rack, w poszczególnych centrach przetwarzania danych oraz w sieciowych lub rozproszonych centrach przetwarzania danych – zapewniają znaczną optymalizację działania sieci. Wdrożenie takiej polityki zarządzania energią wiąże się z koniecznością koordynacji szeregu wzajemnie zsynchronizowanych elementów.
Takie zmiany obejmują chłodzenie lub wdrożenie wirtualizacji sieci, ale jednocześnie duży nacisk jest kładziony na edukację i świadomość przedsiębiorstw i użytkowników indywidualnych. Przede wszystkim jednak konieczne jest bardziej wyrafinowane spojrzenie na rolę sieci ICT w całym przedsiębiorstwie. Choć świadomość zużycia energii przez te sieci ma zasadnicze znaczenie, należy również docenić ich zdolność do dzielenia się zasobami energetycznymi i magazynowania energii oraz podjąć w związku z tym odpowiednie działania. Dzięki odpowiedniemu podejściu, Green IT może stać się udaną, zrównoważoną strategią i wnieść rzeczywistą zmianę do biznesu.
Mając to na uwadze, firma Eaton jest obecnie liderem projektu GreenDataNet, którego celem jest rozwiązanie problemów związanych z efektywnością energetyczną w centrach przetwarzania danych oraz w ekologicznych sieciach energetycznych w skali całego miasta lub regionu.
Projekt GreenDataNet otrzymał od Komisji Europejskiej dotację w wysokości 2,9 mln EUR na opracowanie nowych technologii, które można wykorzystać do budowy inteligentniejszych i bardziej energooszczędnych centrów przetwarzania danych. Firma Eaton współpracuje ze Szwajcarskim Federalnym Instytutem Technologii w Lozannie (EPFL), Nissanem, ICTroom, Credit Suisse, Francuską Komisją Energii Alternatywnej i Energii Atomowej (CEA) oraz Uniwersytetem w Trento (UNITN).
Projekt obejmuje dwa aspekty: pierwszy z nich to opracowanie najnowocześniejszych technologii, które pozwolą miejskim centrom przetwarzania danych zmniejszyć ich wskaźnik wykorzystania energii (PUE) z obecnego poziomu 1,6-2,0 do mniej niż 1,3 i osiągnąć 80 procent wykorzystania energii odnawialnej. Następnie, w celu dalszego zmniejszenia zapotrzebowania na energię z sieci energetycznej, GreenDataNet będzie również pracować nad integracją lokalnych odnawialnych źródeł energii, takich jak energia fotowoltaiczna, w połączeniu z innowacyjnym rozwiązaniem magazynowania energii na dużą skalę, które ułatwi integrację centrów przetwarzania danych w inteligentnych sieciach. W ramach tego projektu, baterie litowo-jonowe pochodzące z pojazdów elektrycznych będą badane pod kątem wykorzystania w centrach przetwarzania danych, tak aby stały się one węzłami inteligentnej sieci energetycznej.
Przewidywane tendencje w zakresie ICT, ich skutki i rozwiązania
Przekonaliśmy się już, jak rozwiązania w zakresie zarządzania przepływem powietrza i strategie izolacji cieplnej w znacznym stopniu przyczyniają się do zwiększenia wydajności centrów przetwarzania danych. Trendy w dziedzinie technologii ICT oznaczają, że ten wkład będzie miał coraz większe znaczenie. Wirtualizacja jest na przykład technologią, która jest coraz częściej stosowana, między innymi dlatego, że pozwala na oszczędną konsolidację serwerów, magazynów energii i urządzeń sieciowych. W rezultacie, urządzenia zapewniające dostawę zasilania i klimatyzacji są skondensowane na mniejszej powierzchni i zmieniają się dynamicznie wraz ze wzrostem obciążenia.
Przestarzałe systemy klimatyzacji i nieoptymalne zarządzanie centrami przetwarzania danych sprawiają problem z dostosowaniem się do tych zmian, z powodu nieodłącznych problemów związanych z mieszaniem ciepłego i zimnego powietrza, rozprowadzaniem powietrza utrudnionym przez okablowanie, brakiem odpowiedniej reakcji na dynamiczne obciążenie cieplne i nadmiarem dostaw zimnego powietrza. Podstawową strategią dla rozwiązania tej kwestii jest utrzymanie odpowiedniej higieny pracy szaf rack oraz stosowanie odseparowanych korytarzy ciepłego i zimnego powietrza.
Poza tym, istnieją szersze tendencje i rozwój przemysłu, które będą wywierać dalszą presję pod względem strategii w zakresie chłodzenia i efektywności energetycznej, a nawet na dostępności centrów przetwarzania danych, jeśli nie będą one zarządzane prawidłowo. Rozwiązania oparte na chmurze, w zakresie oprogramowania, platformy i infrastruktury, zwiększają efektywność i elastyczność działań informatycznych. W rezultacie wiele przedsiębiorstw sięga dziś po chmury publiczne i prywatne, a w nadchodzących latach ich liczba wzrośnie.
Jednak przetwarzanie danych w chmurze ma znaczny wpływ na centra przetwarzania danych. Infrastruktury w chmurze w dużym stopniu wykorzystują wirtualizację i serwery większej mocy, w tym serwery typu blade – technologie, które znacznie zwiększają wymagania w zakresie zasilania i chłodzenia szaf rack. Co więcej, centra przetwarzania danych oparte o chmurę są zazwyczaj dynamicznymi środowiskami, w których maszyny wirtualne przenoszą się swobodnie pomiędzy hostami fizycznymi. Zwiększając sprawność informatyczną, można doprowadzić do przepalenia obwodów i powstania innych problemów elektrycznych, które prowadzą do przerw w dostawie usług.
Aby sprostać tym wyzwaniom, przedsiębiorstwa powinny stosować technologie i techniki zwiększające niezawodność i redundancję środowiska fizycznego i wirtualnego, w tym systemów zasilania i chłodzenia. Mogą one obejmować modułowe komponenty mocy i systemy pasywnego chłodzenia, rozwiązania replikacji danych oraz oprogramowanie do migracji na żywo. Ponadto, właściwe monitorowanie i kontrola systemów fizycznych i wirtualnych pomoże przedsiębiorstwom łatwiej zarządzać ich infrastrukturą. Połączenie tych wszystkich narzędzi i strategii może pomóc każdej firmie cieszyć się wydajnością przetwarzania danych w chmurze niezawodnie i ekonomicznie.
Źródło i zdjęcia: Eaton
