"Зеленые" энергетические стратегии для ЦОД

Технологические гиганты строят дата-центры, которые нерационально потребляют электроэнергию, оставляя большой энергетический и углеродный след. Этой ситуацией обеспокоены экологи: они бьют тревогу и пытаются не допустить, чтобы ЦОД «поглотили все электричество в мире». И хотя на дата-центры приходится всего 2 % мирового объема электроэнергии (как и на авиатранспортную отрасль), они наносят ощутимый вред окружающей среде. А так как в мире растут объемы генерируемых данных, а вслед за ними увеличивается вычислительная мощность серверов, и в будущем это негативное влияние будет усиливаться.

Содержание:

Несколько сильнейших IT-компаний уже движутся в сторону повышения энергоэффективности своих дата-центров. В США удалось замедлить рост объемов потребленной электроэнергии, несмотря на то что количество ЦОД за последние несколько лет стремительно увеличивалось. IT-гиганты постепенно приходят к необходимости строительства «зеленых», дружественных к экологии дата-центров, которые не причиняют большого вреда окружающей среде. Этот путь уже выбрали для себя Facebook, Apple, Google, eBay, Microsoftи Amazon. Пока Apple строит солнечные фермы, в eBay перешли на электроэнергию, которую генерируют топливные элементы, а Facebook перевел несколько дата-центров на жизнеобеспечение от гидроэлектростанций. Интересные примеры есть и в Европе: в Финляндии дата-центр Google использует в системе охлаждения ледяную воду из местной реки, а в соседних Нидерландах ЦОД Equinix AM3 черпает энергию из топливных ячеек. Все это – примеры «зеленых» дата-центров, которые используют возобновляемые (альтернативные) источники энергии.

Не только отдельные компании, но и глобальные организации, а также целые страны разрабатывают глобальные экологические стратегии. Мощным драйвером в этом вопросе выступает ООН, популяризатор и регулятор зеленой экономики. Среди экологически ответственных государств можно выделить США, где стартовала реформа «Новый зеленый курс» (Green New Deal – GND), и Германию, в которой с начала 2000-х придерживаются концепции «энергетического поворота» с курсом на возобновляемые источники электроэнергии.

До полной победы энергосберегающих технологий в ЦОД еще далеко. Экологическая обстановка продолжает ухудшаться, несмотря на то что технологические лидеры стараются максимально использовать возобновляемые источники энергии и повышать энергоэффективность ЦОД. В чем причины?

Фиктивное происхождение «зеленой» электроэнергии. Получена она из возобновляемых (ветер, вода и т. п.) источников или нет, она в любом случае поступает в общую электросеть. Потому компании, которые якобы приобретают «зеленую» энергию, по факту делают не совсем то, о чем заявляют. Свою заботу об окружающей среде они подтверждают соответствующими сертификатами – например, в США это REC, – но часто покупают их ради хайпа, чтобы доказать причастность к глобальному тренду на экологичность. Это явление экоактивисты уже назвали «зеленым камуфляжем» (greenwashing).

Компаниям дорого строить «зеленые» дата-центры. Переход на альтернативные источники – не самое дешевое удовольствие, и позволить его себе могут разве что лидеры рынка. Абсолютное большинство компаний не имеет возможности инвестировать в энергоэффективные решения столько же, как это делают в Google, Facebook или Amazon. А значит, первым приходится строить и обслуживать традиционные дата-центры и параллельно искать другие, бюджетные способы повышения энергоэффективности.

Альтернатива строительству «зеленых» ЦОД с нуля – снижение коэффициента использования энергии PUE(Power usage effectiveness). Это основной параметр для оценки энергоэффективности ЦОД. В математическом выражении PUE представляет собой отношение общего количества энергии, потребляемой дата-центром, к количеству энергии, которое обеспечивает работу IT-оборудования. Соответственно, чем меньше электроэнергии уходит на сопутствующие задачи (преимущественно охлаждение), тем выше энергоэффективность ЦОД.

Снижение PUE стало приоритетным вектором развития для большинства компаний, которые владеют центрами обработки данных, и единственной возможностью приблизиться к «зеленым» трендам. В июне 2019 года к PUE добавилась еще одна метрика: IUE (Infrastructure Usage Efficiency), которая определяет эффективность использования инфраструктуры дата-центра в целом.

Что делать тем компаниям, которые не могут обеспечить ЦОД «зеленой» электроэнергией? У них тоже есть способы сделать дата-центры более дружественными к окружающей среде.

Системы охлаждения считаются главными потребителями электроэнергии после IT-оборудования. Поэтому для оптимизации параметра PUE можно пойти альтернативным путем – снизить энергопотребление за счет естественного охлаждения. Так поступила лондонская компания Verne Global. Она построила дата-центр в Исландии и успешно использует низкую температуру за окном для охлаждения IT-парка. Похожий пример показал дата-центр Green Mountain, в котором оборудование охлаждается водой из расположенного неподалеку фьорда. Также есть примеры размещения ЦОД в регионах, температура в которых опускается до –70 °C.

В любом ЦОД найдется несколько серверов или СХД, которые установлены в стойках, потребляют электроэнергию, но при этом не выполняют полезных задач. Избавившись от этого «мертвого груза», компания может ощутимо снизить цифру в счетах за электричество.

Контроль оборудования предполагает регулярные проверки аппаратного оснащения дата-центра и отключение незадействованных машин. Причем простаивают без дела не только серверы, но и другое активное оборудование – например, источники бесперебойного питания. С ними отдельная история: традиционные ИБП часто покупают с запасом мощности, на перспективу, в то время как модульные решения позволяют расширяться по мере того, как растут «аппетиты» IT-инфраструктуры. Соответственно, и электричества для работы модульных ИБП нужно ровно столько, чтобы обеспечить его реальных, а не будущих потребителей. Добавление новых модулей проходит безболезненно, без остановки активных систем, плюс они выдают высокий КПД даже при малых нагрузках, чего, опять же, не умеют традиционные моноблочные решения.

Этот параметр позволяет с минимальными усилиями оценить энергоэффективность ЦОД. Однако не все компании контролируют его значение на постоянной основе, а нерегулярные замеры не дают полной картины по использованию энергоресурсов. Плюс даже у одного и того же дата-центра значения PUE будут отличаться в зависимости от IT-нагрузки и времени года.

Оптимальным выходом для любого среднего и крупного ЦОД будет постоянный контроль потребляемой мощности с помощью соответствующих измерительных приборов. Для большей наглядности желательно делать и сравнивать замеры за определенные промежутки времени: сутки, неделю, месяц.

Организация ASHRAE (Американское общество инженеров по отоплению, охлаждению и кондиционированию воздуха) пересмотрела свои рекомендации по допустимой температуре в ЦОД и расширила разрешенный диапазон: теперь он находится в пределах от +18 ℃ до +27 ℃. Также изменения коснулись рекомендованных параметров допустимой влажности в помещениях дата-центров. Новые температурные условия позволяют сократить расходы на охлаждение и более гибко использовать естественное охлаждение.

Параллельно с расширением диапазона допустимой температуры на рынке появилось оборудование, которое соответствует новой концепции. Высокотемпературные энергосберегающие серверы стабильно работают и при +5 ℃, и при +47 ℃ (минимальная и максимальная рекомендуемая температура для этого типа оборудования). Это значит, что им не потребуется дополнительное охлаждение, если температура поднимется выше считавшейся ранее критичной отметки. Еще один пример такого оборудования – высокотемпературная система водяного охлаждения. Если ранее в системы водяного охлаждения подавали жидкость с температурой +7 ℃, то сейчас она стала теплее на несколько градусов. Это позволило повысить эффективность работы охлаждающей системы и сэкономить на кондиционировании.

DCIM, или система управления инфраструктурой ЦОД, может стать тем инструментом, который постепенно приведет к более рациональному потреблению электроэнергии. DCIM представляет собой программное решение для управления дата-центрами и его активами – физическими и информационными. Система объединяет функции мониторинга ключевых параметров ЦОД, управление и планирование потребляемых ресурсов, в том числе электрической энергии.

Современные DCIM-системы визуализируют собранную информацию и подают ее в том виде, который позволяет специалисту быстро принимать решения по работе дата-центра. С помощью DCIM инженеры понимают, сколько электроэнергии расходует IT-оборудование, в каких стойках оно находится, какие из них используются нерационально, куда можно разместить дополнительные серверы и как обстоят дела с загрузкой уже работающих. Система управления инфраструктурой помогает оптимизировать ЦОД (или несколько ЦОД одной компании), равномерно распределяя нагрузку между всем оборудованием и предотвращая простои из-за поломок. А мониторинг основных параметров окружающей среды позволяет понять, как необходимо изменить интенсивность охлаждения, чтобы IT-оборудование работало в комфортном режиме.

Достижение минимального значения PUE не должно быть главной целью для владельцев дата-центров. Этот параметр действительно показательный, но погоня за красивой цифрой может обернуться другой проблемой – снижением надежности ЦОД. В этом случае будет страдать не окружающая среда, а клиенты компании, которые не получат ожидаемую отказоустойчивость. Потому перед бизнесом стоит задача найти баланс, при котором дата-центр останется надежным, а потребление электроэнергии снизится до разумной отметки.