Student World

Typické datové středisko o ploše něco přes 900 metrů čtverečních spotřebovává tolik energie, kolik by stačilo k rozsvícení více než 8 000 šedesátiwattových žárovek. Je to šestkrát až desetkrát větší spotřeba energie, než kolik spotřebovává běžná kancelářská budova ve špičce, tvrdí vědci z Lawrence Berkeley National Laboratory. Vzhledem k tomu, že většina datových center funguje nepřetržitě, firmy, kterým patří, by se nemusely doplatit: v letošním roce by šlo o miliony dolarů jen na to, aby udržely počítače v provozu.

A bude to stále dražší. Cena ropy může kolísat, ale náklady na energii, které je zapotřebí pro provoz datových center, budou pravděpodobně dále stoupat, říkají odborníci. Je tomu tak proto, že globální poptávka po energii je na vzestupu, k čemuž částečně přispívají i výkonnější počítače. Inženýři ze Sun Microsystems tvrdí, že jeden rack serverů instalovaných v datových centrech ještě přede dvěma roky mohl spotřebovávat 2 kilowatty a vydávat 40 wattů tepla na čtvereční stopu. Nové racky, označované jako „high-density“, které do stejného prostoru vtěsnají více serverů, podle očekávání budou do konce desetiletí spotřebovávat až 25 kilowattů a vydávat až 500 wattů tepla na čtvereční stopu. Chmurné předpovědi se na tomhle ale nezastavují. Nedávno jeden inženýr z Googlu ve své výzkumné zprávě varoval, že pokud se výkonnost dnešních počítačů na jeden watt nezlepší, náklady na spotřebovanou energii nutnou k jejich provozu nakonec překročí jejich původní cenu.

S tím, jak stoupají nároky na výpočetní techniku, náklady na energii představují stále větší důvod ke znepokojení,“ říká Dewitt Latimer, CTO na University of Notre Dame. Latimer se sám potýká s tím, aby nalezl prostor a přiměřené dodávky energie pro stále rostoucí poptávku po levných a stále výkonnějších špičkových výpočetních clusterech na své univerzitě. Problémem nejsou jen počítače samotné; Latimerovi přidělává starosti i to, že část jeho rozpočtu praskne také na klimatizaci potřebnou ke chlazení těchto zařízení.

Podobné starosti jako Latimer má každý CIO, který má ve své kompetenci i datové centrum – dokonce i ti, kteří řízení datových center svěřili v rámci outsourcingu hostitelské firmě: Jak dostát stále rostoucím požadavkům na výkonnost a udržet na uzdě zběsile stoupající spotřebu energie? Problém je nejnaléhavější pro firmy na západním i východním pobřeží USA a ve velkých městech kdekoliv, kde se kancelářský prostor platí zlatem a firmy to kompenzují tím, že do svých stávajících prostor umisťují více serverů. Jednoduché řešení neexistuje. Byznys si žádá další aplikace, a to vede k tomu, že firmy přidávají další servery. Podle společnosti IDC, která se zabývá průzkumy trhu, prodej serverů roste o 10 až 15 procent ročně.

Nicméně někteří CIO s velkými účty za energii vyvíjejí vlastní strategie udržení nákladů na energii v mezích tím, že nakupují zařízení i s ohledem na jeho spotřebu a používají servery efektivnějším způsobem.

„Není pochyb, že energie a chlazení začíná představovat stále větší problém,“ říká John Humphreys, analytik IDC. „Původní předpoklady, z nichž vycházelo budování datových center, jsou dávno překonány.“

IT polyká energii

Strasti IT se spotřebou energie mají hodně co do činění s tržními faktory, které působí na každého, kdo má auto nebo kdo jen otočí vypínačem. Na začátku roku představovala cena barelu ropy více než dvojnásobek toho, co byla před třemi lety. Cena zemního plynu, který pohání řadu amerických elektráren, také prudce stoupla. A kdo si myslí, že současný vzestup cen energií pomine, ať se laskavě podívá na globální trhy s energií.

Ropné šoky v 70. a 80. letech byly způsobeny velkými a náhlými výpadky v dodávkách. Tentokrát jde o něco jiného. Je sice pravda, že některé z důvodů dnešních vysokých cen jsou spojeny s otřesy v dodávkách způsobenými americkou invazí do Íráku a hurikány na pobřeží Mexického zálivu, ale žízeň světa po ropě rostla v posledních 25 letech rychleji než schopnost energetického průmyslu ji uspokojovat. A prudký ekonomický vzestup zemí jako Čína a Indie má vliv na to, že tyto země chtějí více a více energie, a dále tak přispívají ke zvyšování tlaku na světové energetické trhy.

Servery ve firemních datových centrech možná spotřebovávají méně energie než výrobní zařízení těžkého průmyslu, ale v rámci firmy jsou IT tím, kdo ji spotřebovává nejhltavěji. „Jsme dost žraví, pokud se týká spotřeby energie v datových centrech,“ říká Neal Tisdale, VP softwarového vývoje společnosti NewEnergy Associates, dceřiné pobočky Siemensu. Datové centrum NewEnergy v Atlantě provádí simulace severoamerické energetické sítě, aby pomohlo energetickým společnostem plánovat pro případ náhlých výpadků. „Zapneme servery a prostě je necháme puštěné.“

Přesné množství energie spotřebovávané datovými centry ve Spojených státech se dá jen těžko určit, tvrdí Jon Koomey, vědecký pracovník Lawrence Berkeley National Laboratory. Koomey na takovémto odhadu spolupracuje s odborníky z firem Sun a IDC. Nicméně podle Afcom, asociace pracovníků datových center, rostou energetické nároky datových center průměrně o 8 procent ročně. Nároky špičkových 10 procent datových center pak rostou o více než 20 procent za rok.
Zároveň také rostou požadavky byznysu na IT, což nutí firmy, aby svá datová centra rozšiřovaly. Podle IDC bude do roku 2009 v provozu nejméně o 12 milionů čtverečních stop plochy datových center navíc. Pro porovnání: největší nákupní středisko světa, minnesotský Mall of America, má přes 23 hektarů.

Řešení 1: ÚČINNĚJŠÍ POČÍTAČE

Stejně jako výrobci automobilů v době, kdy byly ceny ropy při zemi, přicházeli se sportovními užitkovými vozy, výrobci počítačů odpovídali na tržní poptávku po stále rychlejších a stále levnějších počítačích. Spotřeba energie byla považována za méně důležitou než výkon.

V závodě o vytvoření nejrychlejších procesorů výrobci čipů neustále zmenšovali velikost tranzistorů, ze kterých se procesory skládají. Tyto rychlejší čipy spotřebovávaly více elektřiny a zároveň umožňovaly výrobcům vyrábět menší servery, které firmy stavěly do racků po stovkách. Jinými slovy, firmy mohly vtěsnat více počítačového výkonu do menších prostorů.

Nyní, když si CIO začínají lámat hlavu s náklady na energii, dodavatelé hardwaru mění kurz. Výrobci techniky ze Silicon Valley se perou o to, kdo zaujme přední pozice na trhu s energeticky efektivními stroji. Většina výrobců čipů zrychluje výrobu tzv. dualcore procesorů, které jsou rychlejší než tradiční čipy a přesto spotřebovávají méně energie.

„Výrobci se v poslední době zlepšují,“ říká Paul Froutan, VP product engineeringu společnosti Rackspace, která spravuje servery pro klienty ve svých pěti datových centrech. Froutan, který má na starosti přes 18 000 serverů, si se spotřebou energie dělá starosti už léta. Za poslední 3 roky byl svědkem toho, jak se spotřeba energie v jeho firmě více než zdvojnásobila a celkový účet za spotřebovanou energii mu za stejnou dobu stoupl pětkrát na téměř 300 000 dolarů.

Latimer, který má na univerzitě Notre Dame na starosti středisko pro vědecké výpočty, si poprvé uvědomil problém spotřeby energie, když se škola rozhodla najmout hostitelskou firmu, která měla umístit vysoce výkonné počítače mimo areál univerzity. Náklady na spotřebu energie související s provozem datových center přímo v areálu univerzity byly obvykle vyčíslovány dohromady s dalšími náklady, takže měsíční faktura na 3 000 dolarů od zmíněné hostitelské firmy – za provoz clusteru serverů Xenon s 512 uzly – vyvolala šok.

Kvestor univerzity si nedávno povolal Latimera a další vedoucí pracovníky, aby si promluvili o tom, jak řešit rostoucí požadavky, které začíná narůstající výzkumný program klást na univerzitní infrastrukturu a provozní systémy. Univerzitní pracovníci požadují větší prostor, větší kapacitu elektrické sítě a spolehlivé chlazení pro vysoce výkonné počítače a další zařízení jako MRI. Latimerova nedávná jednání se společnostmi Intel, AMD, Dell a Sun o jeho plánech na nákup nových výpočetních clusterů „se hodně zaměřovala na spotřebu energie,“ dodává.

Řešení 2: INOVACE CHLAZENÍ

V září 2005 vedení Lawrence Livermore National Laboratory uvedlo do provozu jeden z nejvýkonnějších superpočítačů na světě. Systém nazvaný ASC Purple, který má simulovat jaderné reakce, spotřeboval tolik energie (skoro 4,8 megawattu), že z místní energetické společnosti Pacific Gas & Electric hned volali, co se děje. „Požádali nás, abychom jim dali vědět, až ho vypneme,“ řekl Mark Seager, zástupce šéfa oddělení pro špičkové technologie v laboratoři Lawrence Livermore.
Navíc ASC Purple generuje velké množství tepla. Seager a jeho kolegové tak pracují na tom, jak zajistit účinnější chlazení než to dosavadní, kdy se prostě zapnula klimatizace. Laboratoř zkouší pro ASC Purple a druhý svůj superpočítač, BlueGene/L (který byl zkonstruován s čipy IBM s nižší spotřebou, ale přesto se zahřívá), nové chladicí jednotky. Laboratoř nedávno investovala do nového chladicího systému, který využívá chlazení rozstřikem; jde o experimentální metodu, kdy se teplo vydávané počítačem mění na páru a pak kondenzuje mimo hardware. Seager se domnívá, že tato nová metoda, která s sebou nese příslib, že se zbaví nutnosti používat klimatizační jednotky, by laboratoři ušetřila až 70 procent nákladů na chlazení.

Ty, co mají na starosti chlazení, ale nebolí hlava jen ze superpočítačů. Tisdale z NewEnergy Associates si myslí, že údržba dostatečného a účinného chlazení je jedním z nejtěžších problémů, který u datových center řeší. Je to proto, že s tím, jak servery používají více energie, produkují více tepla, čímž nutí manažery datových center používat více energie na chlazení. „Takže to je jako dostat ránu a druhou vzít o zeď,“ říká Froutan z Rackspace.

Výrobci hardwaru jako Hewlett-Packard, IBM, Silicon Graphics a Egenera proto jako řešení tohoto dilematu typického pro datová centra přicházejí s možností kapalného chlazení. Toto chlazení, jehož součástí je chlazení vzduchu, ke kterému se používá vychlazená voda, je stará metoda, která slaví comeback, protože je efektivnější než standardní vzduchová klimatizace. Modulární chladicí systém HP se připojuje po straně racku počítačů HP a „poskytuje uzavřenou komoru chlazeného vzduchu“ oddělenou od zbytku datového centra, popisuje Paul Perez, viceprezident pro skladování, síťování a infrastrukturu skupiny Industry Standard Server společnosti HP.

Řešením jsou také efektivnější servery. Loni na jaře Tisdale zjistil, že jeho datová centra dosáhla hranice, pokud jde o účinnost klimatizace. Vždycky si představoval, že jeho největším omezením bude nedostatek fyzického prostoru, ale zjistil, že i kdyby měl nedostatek energie, jeho hlavním problémem bude udržet v chodu klimatizaci. Tisdale nahradil všech 22 serverů Intel své společnosti v jejím houstonském datovém centru dvěma dualcore servery Sun Fire X4200 z nové řady Galaxy od Sun. „Nové servery jsou energeticky účinnější,“ tvrdí Tisdale. A tak, když navrhl, že servery instaluje v Atlantě, mohl nákup zdůvodnit tím, že nebude muset kupovat větší klimatizační jednotku, která by navíc spotřebovala ještě více energie.
Tisdale tvrdí, že podle propočtů firmy tento krok ušetří elektřinu a sníží produkci tepla o 70 až 84 procent.

Navíc existují i lepší způsoby využití tradiční klimatizace. Neil Rasmussen, CTO a spoluzakladatel American Power Conversion (APC), prodejce chladicích systémů a systémů regulace přívodu energie pro datová centra, radí, že CIO by měli zvažovat změny klimatizačních systémů, zejména pokud zavádějí novější „high-density“ techniku. „Namísto toho, abyste měli chlazení 9 metrů čtverečných, má logiku dívat se na místa, kde to skutečně ‘pálí‘,“ shrnuje Vernon Turner, viceprezident a generální ředitel podnikové výpočetní techniky IDC.

„Tradiční chladicí jednotky jsou někde v rohu a snaží se foukat vzduch směrem k serverům,“ přibližuje Rasmussen. „To je strašně neefektivní a je to obrovské plýtvání energií.“ Rasmussen argumentuje, že nejúčinnější způsob chlazení serverů představuje modulární přístup, který umisťuje chladicí jednotky blíže ke každému zdroji tepla. Navíc by CIO, kteří řídí datová centra v chladnějších klimatických podmínkách, měli používat klimatizace, která má „úsporný“ modus a může snížit spotřebu energie v zimních měsících. Novější klimatizace mají kompresory, větráky a čerpadla, jež mohou zpomalit nebo zrychlit chod v závislosti na venkovní teplotě.

Řešení 3: EFEKTIVNĚJŠÍ DATOVÉ CENTRUM

Stejně jako starší auta nemají tak efektivně řešenou spotřebu paliva jako novější modely, většina amerických datových center spotřebovává více energie, než by měla. Přehled 19 datových center vypracovaný poradenskou firmou Uptime Institute zjistil, že na každý kilowatt energie spotřebované výpočetní činností se 1,4 kilowattu energie vyplýtvá, což je více než dvojnásobek toho, co se předpokládalo.

Nicméně jako existuje mnoho lidí, kteří prostě nejdou a hned své staré auto nevyhodí do šrotu, ani řada firem není ochotna zbourat svá datová centra a postavit nová s efektivnějším uspořádáním. „Ještě jsme nedosáhli toho bodu, kdy by finančně dávalo smysl, aby se většina datových center postavila znovu na zelené louce,“ upozorňuje Froutan z Rackspace. A tak pro většinu firem platí, že jejich cesta k energeticky efektivnímu datovému centru bude postupná.

Pro Tisdala z NewEnergy Associate to znamená, že bude stahovat zastarávající servery vždy po sedmi a bude je nahrazovat energeticky efektivnějším zařízeními. Překopat datové centrum ale také znamená lépe využít to, co máte, díky konsolidaci serverů a – což je specifické řešení – také využití virtualizačního softwaru.

Virtualizace je technologie, která umožňuje několika operačním systémům, aby sídlily na jednom a témž serveru. Froutan věří, že virtualizace pomůže jeho datovým centrům, aby si vystačila s méně servery, neboť jim umožní provádět více úkolů na jednom stroji. Navíc, jak říká, energii lze ušetřit odložením úkolů s nižší prioritou a tím, že se budou provádět v noci, kdy může být cena energie až třikrát nižší. Turner z IDC souhlasí, že je třeba, aby CIO zdokonalovali využití serverů s cílem snížit náklady na spotřebu i chlazení. Místo aby například budovali jednu serverovou farmu pro web hosting a další pro vývoj aplikací, měli by používat virtualizace ke sdílení serverů pro různé typy prací.

A konečně, radí Rasmussen z APC, když budujete nové datové centrum, je lepší navrhovat je tak, aby vyhovovalo zařízení, které potřebujete právě teď, než budovat kapacity pro něco, co byste eventuálně mohli potřebovat, když porostete, jako to udělala řada firem. Využitím modulárnější architektury pro servery a ukládání – aby mohla být přidána další kapacita podle potřeby – se může firma vyhnout plýtvání a přesto být připravena na svůj další růst.

Jak začít šetřit

Když CIO hledají energeticky efektivnější zařízení a uspořádání svých datových center, potřebují si sami rozšířit obzory, pokud jde o to, jaké řešení bude pro ně to nejvhodnější. Jako součást procesu shromažďování informací by CIO měli také definovat nástroje měření spotřeby energie ve svých datových centrech a měřit, kolik energie spotřebují.

Není příliš mnoho všeobecně akceptovaných způsobů, jak měřit spotřebu energie. Podle Turnera by ale taková metrika měla zahrnovat počet spotřebovaných wattů na čtvereční stopu, vypočítaný tak, že se počet serverů vynásobí počtem wattů, který spotřebovává každý z nich, a vydělí se celkovou plochou datového centra. Firma Sun přišla s metodou zvanou SwaP, což je zkratka ze Space, Wattage a Performance – prostor, počet wattů (příkon) a výkon. Firma tvrdí, že tato metoda, která umožňuje uživatelům vypočítat si spotřebu energie a výkon svých serverů, je použitelná k měření účinnosti datového centra. John Fowler, výkonný VP skupiny pro síťové systémy u Sun, tvrdí, že náročnější klienti si ve svých datových centrech instalují měřiče spotřeby energie, aby dosáhli přesnějších výsledků.

Vyplatí se také dávat větší pozor na spotřebu energie už při nakupování. Když se zajímáte o to, kolik energie spotřebuje nový server, nespokojte se s tím, co vám řekne prodejce, jak radí Fowler. Navrhuje, že je dobré mít metodu testování serveru a jeho energetické spotřeby ještě před tím, než jej koupíte. Na metodách, jak porovnávat servery od různých prodejců v reálném prostředí, se však teprve pracuje.
To, že se prodejci tváří „ekologicky“, ale nakonec nebude stejně hrát bůhvíjak velkou roli. Tisdale z New Energy například stále chce především udržet výkony svých serverů. Jistěže na něj dělá dobrý dojem, když mu nová technika umožní rozšířit kapacitu počítačů a zároveň udržet spotřebu energie na stávající úrovni. „Stejně jako mnoho dalších nehodlám servery vypínat,“ říká.

Servery na solární pohon: Jak se jedné firmě podařilo odpojit své datové centrum od energetické sítě

Phil Nail a jeho žena Sherry zjistili, že pojmy ekologická technologie a datová centra si nemusejí protiřečit. Svoji webhostingovou firmu Affordable Internet Services Online (AISO) založili před devíti lety a v roce 2001 přešli na solární zdroje energie. Firma sídlící v kalifornském Romolandu nabízí internetové služby zákazníkům, ke kterým patří třeba producentská společnost Laguna Beach a Veggiedate.org, což je seznamka pro vegetariány. 200 serverů firemního datového centra je napájeno 120 solárními panely, které generují energii na platformách umístěných vedle centra.

Podle Naila tyto panely dodávají energii pro celé datové centrum včetně kanceláří a klimatizace. V případě výpadku energie AISO může získávat elektřinu z nouzového generátoru (který funguje na zemní plyn), nebo se v krajní nouzi může uchýlit k běžné energetické síti. Firma také používá servery s energeticky úspornými procesory Opteron Advance Micro Devices od Open Source Storage. „Budovali jsme svou firmu jako ekologickou, protože si myslíme, že je to tak správné“, konstatuje Nail.

Uznává, že solární napájení datového centra se nehodí pro každého, protože počáteční náklady mohou být vysoké. V roce 2001 je instalace 120 solárních panelů stála 100 000 dolarů; jeho datové centrum má plochu 186 metrů čtverečních: „Investice se vrátila v nízkých nákladech na energii a jeho ekologický marketing mu pomohl získat některé zákazníky.“ Uznává ale, že náklady na přechod k solární energii by pro větší datová centra s tisíci serverů byly velmi vysoké.

Nyní Nail posouvá své ekologické uvažování na vyšší úroveň. A sice na střechu svého datového centra, kam hodlá navézt pět palců hlíny a osadit ji speciálními rostlinami odolnými proti větru: „Údajně to má snížit potřebu chlazení o 60 procent.“

Tento text vyšel v Business Worldu 3/2007

autor Susannah Pattonová