Энергоэффективность центров обработки данных
Центры обработки данных — это фундамент цифровой экономики, однако для их работы требуется огромное количество энергии. Стараясь сделать цифровую трансформацию более экологичной, необходимо в первую очередь правильно проектировать ЦОДы и использовать энергоэффективные компоненты ИТ-инфраструктуры. Ключевую роль в решении этой задачи играют SSD.
В последние годы заметно вырос спрос на центры обработки данных, что можно объяснить цифровой трансформацией и растущей популярностью облачных сервисов. Соответственно, количество ЦОДов растет, а существующие объекты продолжают расширяться. Едва ли эта тенденция пойдет на спад, ведь «Интернет вещей» тоже стремительно развивается, в результате чего в ближайшие годы мы можем ожидать взрывного роста объема данных, для обработки которых потребуется еще более продвинутая цифровая инфраструктура.
И, хотя развитие цифровых технологий, благодаря которому появляются новые продвинутые продукты и услуги, явление в основном позитивное, у него есть и отрицательная сторона — растущее потребление энергии, что не только увеличивает расходы, но также осложняет борьбу с климатическими изменениями и продвижение к устойчивому развитию. По данным Borderstep Institute, только за прошлый год центры обработки данных в Германии потребили 16 млрд киловатт-часов — на целый миллиард больше, чем в 2019-м[1].
Впрочем, судя по рекордно низким показателям PUE (power usage effectiveness), ЦОДы стали заметно эффективнее: этот коэффициент обозначает общий объем энергопотребления по отношению к энергетической потребности ИТ-инфраструктуры. Другими словами, насколько эффективна базовая инфраструктура, в том числе системы охлаждения и насосы, ИБП и аккумуляторы. Современные ЦОДы способны обеспечить PUE на уровне 1,5 или ниже — это стало возможным за счет целого ряда улучшений, в том числе оптимизации систем охлаждения, широкого применения вторичного тепла, продвинутых ИТ-компонентов, которые больше не требуют экстремального охлаждения помещений, а также правильно настроенных трансформаторов тока. В современных ЦОДах более двух третей энергии потребляют ИТ-системы.
Таким образом, хотя 10 млрд киловатт-часов из упомянутых 16 составляют львиную долю потребления в центрах обработки данных в 2020 году, теперь оборудование куда совершеннее: по данным Borderstep Institute, с 2010 года энергопотребление в ЦОДах выросло на 75%, а производительность – в восемь раз. Чтобы добиться этого, производители ИТ-оборудования активно вкладывались в техническую модернизацию. А кроме того, ужесточились правовые нормы в этой сфере — например, недавний регламент ЕС 2019/424 устанавливает минимальный уровень эффективности для источников питания в серверах и системах хранения.
Выше производительность с прежним бюджетом мощности
Серверы, системы хранения и сетевые компоненты в ЦОДах работают в комплексе, поэтому зависят друг от друга в плане затрат мощности. Растущие объемы данных приводят к увеличению энергопотребления не только хранилищ, но также серверов и сети, ведь данные необходимо передавать и обрабатывать. Работа над сбережением энергии исключительно в системах хранения возможна, только когда речь идет об архивных данных, однако усложняется их регулярной валидацией, при которой задействуются остальные ИТ-компоненты. Поэтому операторы ЦОДов выделяют бюджет мощности на стойку, который распределяется между отдельными потребителями.
Однако, если речь идет о развертываниях с действительно высокими потребностями в памяти, очень важно вдумчиво подойти к планированию эффективности хранилищ, ведь каждый ватт, не использованный в эксплуатации, будет доступен для других систем в стойке. За счет энергоэффективного хранилища стойка обеспечит более высокий уровень производительности с прежним бюджетом мощности.
SSD не настолько экономные, но…
Теоретически SSD требуют меньше энергии, чем жесткие диски, ведь они не имеют механических компонентов. Однако, поскольку на SSD возлагаются определенные операции, например управление ячейками памяти и обновление состояний памяти для обеспечения готовности к использованию, во время простоя они потребляют столько же энергии, сколько и жесткие диски, а вот в режиме эксплуатации – наоборот, гораздо больше. Например, если текущий PCIe-накопитель четвертого поколения от KIOXIA в активном состоянии потребляет до 21 Вт, то жесткий диск корпоративного уровня с 7200 оборотами в минуту требует вдвое меньше.
Впрочем, здесь не учитывается производительность этих носителей. Расхода 8–12 Вт жесткого диска хватает лишь на несколько сотен IOPS, в то время как SSD достигает показателя 1,4 млн IOPS. Это означает, что в активном состоянии последний гораздо энергоэффективнее.
Более того, SSD предоставляют данные гораздо быстрее, поэтому для обработки определенной рабочей нагрузки им нужно заметно меньше времени при максимальном расходе энергии. Например, KIOXIA CM6 передает данные на скорости 6900 Мбайт/c, то есть на файл объемом 500 Гбайт уходит 72 секунды: при максимальном расходе мощности в 21 Вт это соответствует 0,4 Вт∙ч, тогда как фактическое энергопотребление для последовательных операций чтения несколько ниже. С другой стороны, жесткому диску на передачу 500 Гбайт потребуется около 28 минут: при расходе 9 Вт это 4 ватт-часа. Таким образом, SSD в десять раз более энергоэффективен.
Однако по-настоящему серьезным преимуществом является прямой доступ. Если стандартный жесткий диск корпоративного уровня обеспечивает около 250 IOPS, то SSD от KIOXIA достигает 1,4 млн IOPS — в 2400 раз выше.
Качественное охлаждение в новых формфакторах
Благодаря своей высокой производительности SSD заметно эффективнее и в плане охлаждения. Подтверждено, что SSD новейшего поколения с поддержкой PCIe имеет более высокие требования к охлаждению во время эксплуатации при полной нагрузке, чем жесткий диск за тот же период времени. Однако для передачи файла или определенного количества IOPS жесткому диску понадобится гораздо больше времени, что означает более продолжительный период охлаждения и более высокие требования к системе охлаждения.
В дополнение к перечисленнному передовые SSD корпоративного уровня всё чаще предлагаются в формфакторе EDSFF, позволяющем обеспечивать улучшенный доступ охлаждающего воздуха к модулям флеш-памяти по сравнению с классическим формфактором 2,5 дюйма. Благодаря чему лучше распределяется вторичное тепло, что повышает эффективность охлаждения. И это соответствует стратегии ЕС, призванной сделать центры обработки данных нейтральными для окружающей среды к 2030 году[2].
[1] https://www.borderstep.de/publikation/hintemann-r-2021-rechenzentren-2020-cloud-computing-profitiert...
Опубликовано 24.11.2021