Informatique écolo

Création d'un centre de données écologique

Dave Ohara

Vue d'ensemble:

• Systèmes de surveillance de la consommation énergétique
• Caractéristiques principales d'un centre de données écologique
• Effets de H.R. 5646
• Méthodes recommandées pour la mise en route

L'écologie est un sujet d'actualité brûlant et le concept commence à influencer la façon dont les gens considèrent les centres de données. Des entreprises du monde entier annoncent des façons d'économiser de l'énergie et de réduire

les coûts en achetant de nouveaux matériels et services. Pourtant, on trouve peu de conseils sur les mesures à prendre pour contrôler les coûts d'énergie. Autrefois, l'électricité faisait partie des frais généraux, au même titre que le coût de l'espace. Mais avec la hausse des coûts de l'énergie et des problèmes de fiabilité, d'approvisionnement et de capacité, l'électricité nécessite une stratégie spécifique propre.

Les projets concernant l'optimisation des performances et la réduction des coûts font partie intégrante des méthodes recommandées quotidiennes dans presque tous les aspects de l'activité commerciale. Alors pourquoi ne pas traiter les coûts énergétiques de la même façon ?

En tant que professionnels de l'informatique, un grand nombre d'entre nous prennent des décisions concernant la configuration et l'installation de serveurs, les spécifications des équipements achetés par nos entreprises et les exigences en matière de mise à niveau et de construction de centres de données. Nous fournissons même les premières idées de conception pendant le développement de l'application. Lorsqu'il s'agit de ces projets, nous avons à l'évidence l'occasion unique d'être écologiques et d'influencer le rendement énergétique de n'importe quel centre de données.

La première étape de toute stratégie énergétique consiste à connaître les arcanes de votre consommation énergétique actuelle. Vous devez savoir où votre énergie est utilisée et par quel équipement spécifique, et déterminer les points de consommation efficace et de gaspillage dans le centre de données. Malheureusement, il est rare que des compteurs de consommation d'énergie soient prévus pour décomposer l'utilisation à un niveau où les gens peuvent voir les résultats de leurs actions. En général, la plupart des organisations reçoivent seulement une facture mensuelle qui convertit leur consommation en un montant global. Ceci n'encourage pas vraiment à économiser de l'énergie puisque les individus ne voient jamais l'impact de leurs décisions et n'ont aucun moyen de prouver que leurs changements ont effectivement permis des économies d'énergie.

L'un des premiers problèmes auxquels les gens doivent faire face lorsqu'ils envisagent une initiative de centre de données écologique est de savoir s'ils ont le soutien de la direction. Dans le cadre de cet article, je vais supposer que la réponse est « pas encore ». Le soutien de la direction requiert un engagement sérieux fournissant des ressources et un budget pour votre initiative. Et, si l'on parle beaucoup des centres de données écologiques, dans la réalité, il y a souvent un manque de soutien sérieux de la part de la direction. Si vous bénéficiiez déjà d'un tel soutien de votre direction, vous seriez en train d'exécuter un centre de données écologique en ce moment même.

Ceci dit, même si vous ne disposez pas du soutien dont vous avez besoin, vous pouvez faire beaucoup pour faire progresser votre initiative de centre de données écologique. Alors, comment déterminer les mesures efficaces à prendre pour atteindre vos objectifs ? Heureusement, l'efficacité énergétique n'est pas un concept nouveau et les professionnels de l'informatique peuvent en apprendre beaucoup d'autres industries.

Résumé de la consommation d'énergie

L'une des plus grandes difficultés que je rencontre lorsque j'écris à ce sujet consiste à déchiffrer la diversité de chiffres fournis par des sources différentes. D'après certaines études, les centres de données représentent 1,2 à 2 % de l'électricité consommée aux États-Unis. Selon certaines estimations, si vous considériez les centres de données comme un secteur à part entière, les centres de données américains seraient proches des cinq premiers secteurs en termes de consommation d'énergie. Parallèlement, l'électricité peut représenter jusqu'à 15 à 20 % des frais d'exploitation dans un centre de données d'entreprise américain.

Une étude réalisée par Lawrence Berkeley National Laboratories pour l'American Council for an Energy-Efficient Economy a déterminé que les centres de données peuvent consommer jusqu'à 40 fois plus d'énergie que les immeubles de bureaux conventionnels. Cette étude explique ce que l'on peut faire pour améliorer l'efficacité énergétique au niveau des installations (voir eetd.lbl.gov/emills/PUBS/PDF/ACEEE-datacenters.pdf). Vous pouvez commencer par déterminer dans quelle mesure votre centre de données utilise les meilleurs pratiques définies dans cette étude.

Il ne fait aucun doute qu'il existe énormément de points de vue, d'études et de chiffres concernant la consommation d'énergie. Cependant, il ressort de tous qu'il y a beaucoup de gaspillage. Songez au nombre de serveurs qui ont été achetés dans le but de tirer le meilleur profit ; cela signifie acheter le plus de puissance de processeur, de mémoire, de stockage et d'alimentations redondantes possible pour un budget donné. Au cours des 3 à 5 dernières années, un grand nombre de ces serveurs ont été exécutés à une moyenne de 10 à 15 % de leur capacité. Les gens se concentrent souvent sur les processeurs, mais d'autres composants jouent un rôle important ici : la mémoire, les disques et les interfaces réseau utilisent tous beaucoup d'énergie et, lorsqu'ils sont associés, dépassent la consommation du processeur.

Parallèlement, une capacité matérielle supérieure aux besoins réels (à tous les niveaux, des processeurs aux alimentations redondantes) peut entraîner un gaspillage considérable. Étant donné la culture opposée au risque qui règne dans la plupart des services informatiques, une capacité excédentaire est la norme. La décision la plus sûre est de disposer d'une capacité matérielle excédentaire, même si ce n'est pas nécessairement la décision la plus sage d'un point de vue financier. Toutefois, si l'énergie est un facteur clé, elle est généralement négligée dans les calculs des coûts du cycle de vie. Malheureusement, les encouragements à acheter des solutions efficaces sont inexistants, car il n'y a aucun avantage de coût pour les décideurs après le déploiement.

Il faut toutefois arriver à un compromis. Le pendule penche de l'autre côté quand les dirigeants se rendent compte que seule une petite partie de la capacité du matériel du centre de données est utilisée et ils envisagent la consolidation des serveurs comme une façon de réduire les coûts. Il est beaucoup plus facile de calibrer des serveurs à l'avance plutôt que de tenter de consolider après le déploiement des serveurs.

Comme l'industrie informatique atteint un nouveau niveau de maturité, l'optimisation avec une réduction des coûts devient une priorité. La consommation d'énergie est un indicateur que les dirigeants peuvent utiliser pour mesurer l'efficacité des décisions prises à propos du cycle de vie du matériel informatique. AMD, Intel, et les OEM de serveurs et composants font tous référence à la performance par watt de leurs plates-formes. Les chiffres de performance par watt peuvent servir à calculer les coûts d'exploitation en utilisant la formule inverse : watts par unité de performance. Avec l'éventail de personnes impliquées dans le développement de solutions informatiques (des installations au développement d'applications en passant par les architectes, les unités d'opérations et les divisions), la performance par watt répond à la question « Qu'est-ce qu'on y gagne » et vous permet de comparer les solutions en termes d'efficacité énergétique.

Pourquoi est-il courant d'ignorer les coûts d'énergie et de négliger des décisions qui affectent les coûts d'exploitation et des installations ? Combien de centres de données fonctionnant à capacité réduite avez-vous vus en raison de contraintes d'alimentation et de refroidissement ? Il fut un temps où il était difficile de trouver suffisamment d'espace physique pour le centre de données. Aujourd'hui, cependant, le problème est d'avoir assez de capacité pour alimenter et refroidir tout l'équipement et de savoir dans combien de temps vous serez à court.

L'importance des systèmes de surveillance de la consommation énergétique

La consommation énergétique précise peut être difficile à mesurer. Comme je l'ai mentionné tout à l'heure, la plupart des entreprises cumulent tous les coûts d'énergie en un total plutôt que de ventiler la consommation pour des unités spécifiques. Cette méthode consistant à traiter l'énergie comme une partie des frais généraux fait penser que les coûts d'énergie ne peuvent pas être contrôlés par la division. Cependant, ceci est faux.

Un centre de données peut utiliser dix fois plus d'énergie par mètre carré que des bureaux standard et, par conséquent, même des améliorations mineures de l'efficacité dans les centres de données peuvent permettre de réaliser des économies substantielles. Il n'est donc pas surprenant que les économies soient la raison numéro 1 qui pousse les centres de données à implémenter des programmes d'économie d'énergie. Le problème est que la méthode la plus économique est généralement en place pour la facturation de la consommation d'énergie et les coûts mensuels des installations pour les opérations des centres de données sont cumulés. Les coûts sont ensuite alloués aux groupes en fonction de l'espace qu'ils occupent et/ou par connexion à un port ; cette approche donne une ventilation peu précise des vrais coûts pour l'exécution d'un équipement de centre de données particulier.

Il est rare qu'une organisation dispose d'un compteur mesurant la consommation d'énergie par périphérique de centre de données individuel, surtout parce que l'installation d'un système de mesure de la consommation et de rapport nécessite un investissement préalable significatif. Cependant, un investissement dans un tel système peut entraîner des économies à plus long terme.

Bien entendu, un système de surveillance de l'alimentation seul ne suffit pas : il vous faudra prévoir de quelle façon vous utiliserez les données recueillies pour mieux gérer la consommation d'énergie et avoir au final un retour sur votre investissement. Étudions l'exemple de la société canadienne Abitibi Consolidated, le plus grand producteur au monde de journaux et produits en papier. En 2001, lors de la dérégulation du marché de l'alimentation électrique de l'Ontario, Abitibi Consolidated a dû faire face à une fluctuation des prix du marché et de la disponibilité. Pour optimiser ses achats d'énergie, l'entreprise implémenta un système de surveillance et de mesure de la consommation. Le nouveau système s'est rentabilisé en quelques mois, grâce à une économie de 1 % que l'entreprise a réalisée simplement en achetant son énergie plus efficacement.

Quelle quantité d'énergie devez-vous économiser pour justifier une mise à niveau de la surveillance de la consommation énergétique dans votre centre de données ? Bill Laing, directeur général du développement de Windows Server® 2008 chez Microsoft, a expliqué dans un entretien récent que la nouvelle version de Windows Server avec activation par défaut des économies d'énergie pouvait permettre jusqu'à 20 % de réduction, soit des économies importantes. (La figure 1 montre certaines des options d'alimentation disponibles dans Windows Server 2008 version bêta 3.) Notez, cependant, que les économies ne peuvent pas être calculées comme une réduction directe du coût de l'énergie consommée. Il y a plusieurs autres facteurs impliqués, notamment le coût de la création d'un nouveau centre de données et le nombre d'autres systèmes prenant actuellement en charge des configurations moins efficaces.

Figure 1** Options d'alimentation dans Windows Server 2008 version bêta 3 **(Cliquer sur l'image pour l'agrandir)

Á l'heure actuelle, vous pourriez sélectionner l'option Performances et puissance processeurs équilibrées sur le serveur dans Windows Server 2003 SP1. Mais sans un système de mesure de la consommation en place, vous ne pourrez pas quantifier les économies, ou d'autres facteurs impliqués dans la réalisation et la prise en charge de cette modification.

Notez également que, pour un grand nombre de centres de données, la consommation en énergie ne varie généralement que de 4 % dans une période donnée de 24 heures, ce qui indique que la consommation ne dépend pas de la charge. Avec les innovations récentes des fournisseurs de matériel, ce résultat est en train de changer pour les nouveaux équipements et la quantité d'énergie consommée diminue sous des charges moindres.

Définition du centre de données écologique

On pourrait remplir des pages et des pages avec les critères ou caractéristiques qui rendent un centre de données écologique. Bien sûr, je ne peux pas tout couvrir dans cet article, mais je souhaite souligner certaines caractéristiques clés que vous devriez garder à l'esprit si vous envisagez sérieusement d'implémenter un centre de données écologique. Même si vous en êtes seulement au stade de la planification, vous pouvez comparer avec cette liste pour déterminer où se trouve votre centre de données actuellement :

1. Des compteurs sont utilisés pour décomposer la consommation d'énergie au niveau des composants (tels qu'un serveur 2 unités, un serveur 4 unités, un commutateur, un réseau SAN et un onduleur) et quelles divisions sont facturées pour l'électricité utilisée par ces composants.
2. La consommation d'énergie est contrôlée en continu pour déterminer les pics et les creux de la demande énergétique.
3. Les capacités énergétiques sont contrôlées au niveau de l'ensemble du centre de données jusqu'aux circuits pour assurer que tous les circuits sont dans les limites acceptables.
4. Le plan d'économie d'énergie est documenté et récompensé.
5. Le plan d'économie d'énergie est révisé régulièrement et des mesures adaptées sont prises pour répondre aux défaillances.
6. En déterminant comment les coûts sont facturés aux divisions, il est possible d'affiner le comportement et d'encourager des économies d'énergie au sein des divisions individuelles. Ce point doit être mis en œuvre au niveau exécutif.
7. La limitation des processeurs est activée sur les serveurs et le laboratoire de performances mesure la plage d'énergie consommée sous diverses charges.
8. Le profilage thermique sert à identifier les points chauds et les refroidissements excessifs.
9. L'ingénierie des performances informatiques inclut des mesures de l'efficacité énergétique.
10. Des données actives sont à la disposition des organisations individuelles et leur permettent de réagir de manière appropriée. (California ISO va même jusqu'à fournir des données en temps réel au public sur son site Web, comme l'illustre la figure 2.)

Figure 2** Le site Web de California ISO fournit un instantané en direct qui inclut la demande actuelle et le niveau actuel de conservation requis de ses clients **(Cliquer sur l'image pour l'agrandir)

Plus le nombre de caractéristiques que vous avez en place est élevé, plus vous êtes près de gérer avec succès un système de surveillance de la consommation énergétique avancé. J'ai inclus une fiche d'évaluation (voir la figure 3) avec huit questions que vous pouvez vous poser pour savoir quel est le niveau actuel de votre centre de données : basique, intermédiaire ou avancé.

Figure 3 Votre centre de données est-il écologique ?

Savoir, c'est déjà gagner la bataille à moitié

Autre problème : la normalisation à l'échelle de l'organisation. Pour réaliser un changement comme celui que j'ai décrit dans cet article (un changement qui modifie le paradigme selon lequel l'énergie est mesurée et qui implique la participation des divisions à l'échelle de l'organisation), il faut que les groupes d'installations à travers plusieurs centres de données travaillant avec une plus grande série de groupes informatiques s'alignent. Ce type de problème d'organisation est l'obstacle majeur à la mise en place d'un programme d'économie d'énergie.

Il est important de s'assurer que vous avez une seule personne ou équipe chargée de comprendre la consommation d'énergie sur l'ensemble des centres de données. Ce centre de connaissances (qui manque à la plupart des entreprises lorsqu'il s'agit de la consommation d'énergie) est essentiel. Il importe également que vos outils recueillent des données des installations disparates d'une manière uniforme et qu'ils rapportent les résultats à chaque division d'une façon cohérente (la figure 4 affiche un exemple de tableau de bord pour les rapports de données).

Figure 4** Exemple de tableau de bord de surveillance des données globales (avec l'aimable autorisation d'OSIsoft) **(Cliquer sur l'image pour l'agrandir)

Sans les bons instruments, vous ne saurez pas si vous fonctionnez vraiment efficacement et les divisions individuelles ne sauront pas non plus si leurs efforts portent leurs fruits. Si vous souhaitez vraiment modifier le comportement humain, vous devez donner des informations en temps réel aux utilisateurs avec les tendances des données historiques afin qu'ils puissent visualiser les résultats de leurs actions. Vous ne pouvez pas récompenser des groupes efficacement pour leurs accomplissements en matière d'efficacité énergétique si chaque division repose sur un système différent, utilisant une série d'outils différente et des mesures différentes pour rendre compte de leur succès.

Forces du secteur

Vous n'êtes pas seul à essayer de rendre votre société plus écologique. Des leaders d'autres marchés (des sociétés telles que Boeing et Toyota aux agences gouvernementales telles que l'État de Californie) réalisent de sérieux investissements pour améliorer le rendement énergétique de leurs opérations et produits.

Quant au monde de l'informatique, en 2006, la Chambre des représentants des États-Unis a passé une loi (H.R. 5646, maintenant loi de droit public 109-431) pour demander à l'EPA (Environmental Protection Agency) d'examiner les coûts d'énergie et la consommation d'électricité par serveur et centre de données et les effets potentiels d'un transfert vers des systèmes à faible consommation. L'étude, qui a été exécutée par ENERGY STAR, un programme EPA, prévoyait une croissance à court terme de la consommation d'énergie par les serveurs informatiques et les centres de données américains, évaluait un coût et des économies d'énergie potentiels associés à des améliorations de l'efficacité énergétique des serveurs informatiques et centres de données et estimait des incitations potentielles et des programmes volontaires pour les serveurs informatiques et les centres de données à faible consommation. Les conclusions de l'étude ont été présentées au Congrès en août 2007. Vous trouverez plus d'informations sur cette étude sur le site energystar.gov.

De nouvelles normes de construction sont également en cours de développement pour des bâtiments écologiques. Ces normes requièrent des critères tels que des capacités de sous-contrôle toutes les heures pour les circuits selon leur fonction et la consommation d'énergie, la création de compteurs qui communiquent les données de consommation d'énergie à un système de gestion des données du compteur et des systèmes de gestion des données de compteur qui stockent les données et créent des rapports montrant la consommation d'énergie horaire, quotidienne, mensuelle et annuelle calculée pour chaque compteur. Plusieurs de ces critères sont nécessaires pour les systèmes de conformité si vous vous inscrivez à des programmes d'économie d'énergie où vous devez prouver que vos changements ont porté leurs fruits (par exemple, les crédits d'énergie renouvelable, les crédits de carbone et les programmes de réduction d'énergie).

Certains utilisateurs ont demandé des tests de spécification, mais il est difficile de représenter le spectre d'utilisation. Des tentatives sont en cours pour standardiser les tests, mais ces tests (comme la plupart des autres tests de performances) peuvent être utilisés pour optimiser les résultats « perçus », qui ne représentent pas le véritable usage. Considérez les miles par gallon (MPG), par exemple. Les notations EPA estiment les miles par gallon qu'un conducteur classique doit parcourir dans des conditions de ville et de route standard. Cependant, la plupart des conducteurs et des environnements ne sont pas standard et les facteurs qui affectent l'efficacité du carburant peuvent varier de manière significative. Ces recommandations s'appliquent également aux économies d'énergie dans le centre de données. Les seuls résultats précis pour votre organisation proviendront des mesures des économies d'énergie dans votre propre environnement.

Où sont les économies ?

Il faut tenir compte de plusieurs facteurs pour déterminer les économies. Savez-vous à combien revient l'ajout d'énergie dans une zone donnée ? Avez-vous une stratégie pour réduire les contraintes énergétiques ? Pouvez-vous résoudre le problème en plaçant vos centres de données à un endroit où l'électricité est moins chère ? Ou devez-vous vous concentrer sur l'amélioration des opérations dans vos installations existantes ?

Pour certaines entreprises, la meilleure façon de réduire les coûts peut être de déplacer les centres de données vers des zones où les sources d'électricité sont meilleur marché. La virtualisation des serveurs offre une autre approche pour la réduction de la consommation. En fait, certaines entreprises d'électricité (PG&E, SoCal Edison et SDG&E, pour n'en citer que quelques-unes) offrent des incitations financières aux clients qui entreprennent des projets de virtualisation des serveurs se traduisant par une réduction de l'équipement en serveurs.

Mais il y a des mesures plus simples, moins radicales que vous pouvez prendre. La plupart des services informatiques n'ont actuellement aucune idée du niveau de la consommation d'énergie de leurs systèmes et cela signifie qu'il y a une opportunité énorme d'économies potentielles. Vous pourriez commencer par examiner la consommation d'énergie associée aux périphériques individuels et voir ensuite s'il y a des modifications que vous pourriez apporter pour chaque périphérique. Plusieurs petites modifications peuvent représenter des économies substantielles.

À titre de comparaison, songez au ménage typique où le propriétaire n'a aucune idée de la quantité d'énergie que consomme chaque objet dans sa maison ; il se contente de payer sa facture totale mensuelle. Vous pouvez acquérir un petit appareil peu coûteux, par exemple un Kill A Watt, pour mesurer la consommation d'énergie des appareils individuels. Combien dépensez-vous pour garder votre micro-ondes alimenté lorsque vous ne l'utilisez pas ? Quelle est la quantité d'énergie consommée lorsque votre chargeur de téléphone reste branché ? En suivant cette approche, vous pouvez ajouter des compteurs d'alimentation à des racks et recueillir des données de divers périphériques. Des outils de gestion peuvent être utilisés pour recueillir des données directement sur certains serveurs avec des Interruptions SNMP de la consommation d'énergie.

Mise en route

La figure 5 présente les méthodes recommandées que vous devriez suivre pour faire avance votre projet. À ce stade, vous devez vraiment comprendre que vous n'êtes pas forcé de choisir entre les deux extrêmes. Vous pouvez opter pour une approche plus équilibrée, ce qui est sans doute plus réaliste. Commencez au niveau local, en identifiant dans votre entreprise les individus qui sont fanatiques des économies d'énergie. Commencez par mesurer certains périphériques dans une division pour vous faire une idée. En créant une impulsion et en montrant des résultats quantifiables, vous pourrez mieux obtenir le soutien dont vous avez besoin pour développer l'investissement de l'entreprise dans sa transformation écologique.

Figure 5 Clés de la mise en place d'un plan d'économie d'énergie

Quels seront les individus moteurs de l'efficacité énergétique dans votre entreprise ? S'agit-il des dirigeants, des cadres moyens ou des individus qui se soucient tout simplement de l'impact qu'a votre entreprise sur l'environnement. Il y a des individus passionnés dans chaque entreprise. Vous devez décider si vous allez opter pour la méthode au niveau local et impliquer ces personnes dès le début.

En fin de compte, quel que soit votre choix, pour planifier un programme d'efficacité énergétique pour votre centre de données, vous aurez besoin de la collaboration de tous les groupes du département informatique. Jusqu'à récemment, l'approche type de la planification des solutions informatiques consistait à ignorer les coûts de l'alimentation très tôt dans la phase de conception pour se concentrer sur les achats de matériel et logiciels, ainsi que sur les coûts de main d'œuvre et d'hébergement de la solution. Lorsque l'énergie est enfouie dans les frais généraux d'exécution des solutions dans un centre de données, l'efficacité énergétique est une priorité basse. L'exposition de la consommation énergétique actuelle des solutions constitue la première étape cruciale dans la modification du comportement de votre organisation.

Dave Ohara a 26 ans d'expérience en technologie ; il a travaillé pour des sociétés telles que Microsoft, Apple et Hewlett-Packard. Touchant au développement des produits, au marketing, à la promotion des technologies, à l'architecture des infrastructures, à l'ingénierie des procédés, à l'ingénierie de la fiabilité et à la logistique de distribution, Dave collabore maintenant avec plusieurs entreprises implémentant des initiatives écologiques.

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