Экологически безопасная компьютеризацияОтфильтровать «зеленый камуфляж»

Дейв Охара (Dave Ohara)

Содержание

Потребность в числах
Измерение энергопотребления
Коэффициент мощности
Измерения в ходе работы
Центр корпоративного проектирования Майкрософт
Заключение

Множество продуктов и решений рекламируются как экологически чистые, энергосберегающие и более экономные. Весь этот рекламный шум затрудняет обнаружение на рынке действительно соответствующих экологическим нормам продуктов. Даже после оценки характеристик различных продуктов специалисту по ИТ сложно, если вообще возможно

определить, какое оборудование следует использовать, когда воздействие на окружающую среду является ключевым вопросом. При просмотре всех демонстраций можно заметить постоянное выделение серьезного сбережения энергии, что заставляет думать, будто отдача от инвестиций упрощает обоснование необходимости обновления. В конце концов, энергосбережение должно понизить совокупную стоимость владения.

Стремление всех типов компаний ставить метку «природосберегающее» чуть ли не на все подряд и эксплуатировать нынешний интерес в экологически чистых решениях привело к появлению концепции «зеленого камуфляжа», под которым имеется в виду обещание несуществующих экологических преимуществ. Так какова же на деле ситуация с энергосбережением? Она не так проста, как, скажем, установка новых, экономичных лампочек у себя дома.

В силу растущего интереса в экологически безопасных информационных технологиях и расширяющегося рынка для информационного оборудования с минимальным воздействием на окружающую среду многие пользователи организации переходят прямо к развертыванию энергосберегающих переносных компьютеров, настольных систем и серверов, а также использованию виртуализации для снижения потребления энергии. Но немногие организации проводят аудиты энергопотребления, чтобы определить реальные выгоды от своих покупок.

Хотя лучшим способом его проведения являются активные измерения в рабочей среде, они также могут быть затратными. Те, кто не готов к началу замера показателей в рабочей среде, все же могут продвинуться вперед, выполняя свой аудит энергопотребления ранее в процессе – в лабораториях оценки производительности. (Большинство компаний имеют какую-либо лабораторию или группу, ответственную за тестирование и оценку оборудования, перед выполнением покупок.) В них можно сделать энергопотребление одним из критериев теста и затем учитывать полученные результаты при принятии решений о покупках вместо того, чтобы полагаться на цифры, предоставляемые производителями. Так что по мере проведения тестов создавайте собственную базу данных по энергопотреблению устройств. Это позволит увидеть то, что работает, самому, не обращая внимания на «зеленый камуфляж».

Само собой, стоит отметить, что если необходимы точные цифры для эксплуатации под реальной нагрузкой, необходимо вести наблюдения в рабочей среде. Чем быстрее начнется наблюдение за рабочей средой, тем лучше для организации и ее итоговых показателей. Этот процесс будет ключевым для ее долговременного успеха.

Потребность в числах

В идеальной ситуации, мы имели бы независимые тесты, оценивающие производительность оборудования на ватт энергопотребления в условиях реальных рабочих нагрузок. Но отрасль пока находится в ранних стадиях разработки и развертывания подобных тестов. А те из них, что доступны сейчас, такие как эталон SPEC Power, все еще остаются в зачаточном состоянии. Насколько хорошо они будут работать, когда станут готовы, еще предстоит увидеть. Но, как и в случае любого теста, производители, без сомнения, научаться модифицировать свое оборудования для получения оптимальных тестовых результатов.

Опытные специалисты по ИТ научились сомневаться в тестах, выполненных лабораториями тестирования. Подобно автомобилестроителям, посылающим свои лучшие автомобили для дорожных испытаний, поставщики в ИТ будут направлять свои наиболее экономные комплектации оборудования для тестов энергосбережения.

Представьте себе тесты виртуализации, используемые для сравнения с избыточной группой серверов, в которой не выполнялась консолидация, с целью демонстрации преимуществ виртуализации. Поставщики забывают упоминать возможный эффект рикошета от энергосберегающих проектов вроде виртуализации. По сути, под этим имеются в виду случаи, когда энергосбережение понижает затраты и требует повышения скости ответа, что повышает использование энергии и интенсивность эксплуатации. При виде решения вроде виртуализации, рекламируемого в качестве панацеи для энергосбережения, следует сохранять скептицизм. Крайне желательно увидеть, как все будет работать вместе и какими будут волновые эффекты с течением времени.

Так как можно найти правильный путь для своей организации? Существует немало консультантов, готовых выполнять платные оценки. Но у такого подхода есть свои крупные недостатки. Стоит ли передавать знание того, как быть эффективным, за пределы своей организации? Стоит ли полагаться на консультанта, желающего поддерживать долгосрочный контакт и создать зависимость от своих услуг?

Это можно превратить в огромный проект с десятками участников, занимающихся определением стратегии экологической безопасности. Избегайте соблазна просто выбрать место в рабочей среде и начать измерения. Порыв может быть направлен в верную сторону, но такой подход не имеет смысла, поскольку это просто случайное действие. Необходимо выяснить, где действительно происходит потребление энергии и где на него можно повлиять.

Измерение энергопотребления

Необходимо начать думать по другому о том, что работает, а что нет. Специалисты по ИТ знают, что элемент оборудования не работает, если, скажем, отключается служба. Но как насчет элемента оборудования, не работающего должным образом в плане энергопотребления? Подобные вещи, вероятно, не привлекают внимания, поскольку у большинства организаций нет данных для установки стандартов энергоэкономичности.

Как можно получить эти данные? Кое-кто считает, что для этого необходим «энергетический диктатор». Но им может быть только человек, способный провести организацию компании и разбирающийся в вопросах электроэнергии. Простым, более доступным методом является добавления средств измерения энергопотребления к существующим функциям в лабораториях оценки производительности.

Существует широкий спектр подобных устройств. Увы, ни одно из них не идеально для лаборатории оценки производительности ИТ. Из более дешевых можно выбрать Watts Up Pro. Это устройство USB, представляющее внутреннее измерение мощности для 120 вольт. Еще одно устройство – Smart-Watt, подключаемое к сети устройство измерение потребления мощности для диапазона в 100-240 вольт и 15-30 ампер. Доступны также устройства Smart-Watt с датчиками температуры и влажности для измерения факторов среды. Затем идут устройства анализа мощности промышленного уровня, такие как Extech Appliance Tester 380801 и Fluke 345 Power Clamp. Подбор подобных устройств для удовлетворения потребностей лабораторных тестов не должен составить проблем.

Коэффициент мощности

Тем, кто незнаком с измерением мощности, важно понять концепцию коэффициента мощности. Коэффициент мощности электрической системы переменного тока (в РФ – «косинус фи») определяется как соотношение реальной мощности к фиксируемой мощности и выражается числом от 0 до 1. Реальная мощность (Вт) – это возможность сети по выполнению работы. Фиксируемая мощность (ВА) является производной тока и напряжения в сети.

Может возникнуть вопрос, почему это важно. Взгляните на рис. 1. На фотографии показано использование измеряющего энергопотребление устройства компании Smart Works для сравнения экономичности переносного компьютера, лампочки и конденсатора. У лампочки на 50-ваттную нагрузку приходятся 50 ВА, давая коэффициент мощности 1,0. Конденсатор с чисто емкостной нагрузкой дает 2-ваттную нагрузку и 193 ВА – коэффициент мощности 0,01. Переносной компьютер использует 22 ватта мощности, но имеет показатель 48 ВА – коэффициент мощности 0,47. Низкий коэффициент мощности переносного компьютера вызван неэффективным блоком питания, и вероятно, является результатом направленности на снижение производственных издержек.

Рис. 1. Потребление мощности для настольного компьютера, лампочки и конденсатора (щелкните изображение, чтобы увеличить его)

При столь значительном интересе к экономии энергии поставщики теперь ищут способы улучшения производительности источников питания в ожидаемых условиях. Если сравнить коэффициент мощности существующего оборудования с таковым для нового оборудования, можно обнаружить, что определенные энергетические ресурсы можно высвободить, просто выбрав решения с более экономными источниками питания и более высокими коэффициентами мощности.

Измерения в ходе работы

Целью измерения результатов в лаборатории проверки производительности является предсказание производительности в рабочей среде. Проблема с измерением энергопотребления при работе состоит в затратах на измерение его для все устройств. Одна из стратегий уменьшения этих затрат состоит в измерении на распределительном щите и сведении воедино показателей различного оборудования. На Рис. 2 показан пример показателей энергопотребления, снятых с распределительного щита с несколькими одинаковыми приборами на одном модуле. Поскольку можно рассчитать среднее энергопотребление на сервер, этот способ измерения дает цифры энергопотребления для рабочей среды.

Рис. 2. Измерения у распределительного щита (щелкните изображение, чтобы увеличить его)

По мере проведения замеров на каждом устройстве информацию о мощности следует интегрировать в базу данных управления настройкой. Если это слишком сложно, можно создать собственную базу данных или, по крайней мере, электронную таблицу Excel®, показывающую устройства и их энергопотребление. По мере сбора новых устройств можно вносить в нее оценки для них, чтобы создать общий расчет требуемой мощности. Имейте в виду, что новый энергосберегающий сервер будет потреблять менее половины своей пиковой нагрузки на единицу мощности при простоях. А при наличии старых серверов, использующих устаревшие решения, они будут потреблять значительные объемы энергии даже при простоях. Это одна из самых явных целей для экономии электроэнергии.

Если работу по улучшению нужно продолжить, следующим этапом является расчет мощности на каждую стойку, используемую в центре данных. При изменении среды необходимо твердо знать имеющийся запас по мощности и охлаждению. Со временем это позволит начать учитывать энергопотребление оборудования, а не только занимаемое им пространство. Концепция пространства проста – оно статично и наглядно. Специалисты по ИТ всегда готовы обсуждать серверы 1U, 2U и 4U, но достаточно заговорить о 200-ваттных серверах в сравнении с 400-ваттными, чтобы тем же самые специалисты по ИТ начали испытывать сложности в беседе. Это новый подход к информационному оборудованию, и это очевидно при взгляде на современные центры данных. Многие из них имеют массу пространства для дополнительного оборудования, хотя и исчерпали свои возможности питания.

Центр корпоративного проектирования Майкрософт

Центр корпоративного проектирования (ЦКП) Майкрософт недавно добавил к своему центру возможности по измерению мощности. ЦКП, расположенный в корпоративном кампусе Майкрософт в Редмонде, штат Вашингтон (microsoft.com/windowsserver/evaluation/eec/default.mspx), является оснащенным по последнему слову техники полигоном для самых сложны вычислительных сред.

Благодаря более чем 40 миллионам долларов США, вложенным в оборудование, включая сетевое (см. рис. 3), ЦКП может осуществлять самые сложные воссоздания реальных корпоративных рабочих сред. Группа работает со многими ведущими поставщиками решений для сетей, хранилищ и серверов/клиентов, чтобы предложить смесь новейших технологий и старых платформ. Цель состоит в обеспечении аккуратного отражения текущей среды клиента каждым из тестов. Последней службой, разрабатываемой в этом центре, является служба отчетов об энергопотреблении для решений с целью предоставления эталона производительности на ватт.

Рис. 3. Один из многих рядов в лаборатории ЦКП (щелкните изображение, чтобы увеличить его)

За последние несколько лет ЦКП неоднократно сталкивался с исчерпанием операторами центров данных наличных ресурсов питания и охлаждения для их оборудования. К наиновейшему оборудованию часто прилагается повышенная плотность мощности, что повышает нагрузку на инфраструктуру. Персонал ЦКП вплотную познакомился с расходами и временем, уходящими на обновление инфраструктуры питания и охлаждения. Так что для повышения эффективности и экономичности в ЦКП добавлена возможность измерять мощность на устройство.

Некоторые из средств и приборов, используемых ЦКП, не поставлялись в момент написания этой статьи. Поскольку это решение только что создано, ЦКП продолжит разрабатывать улучшенные методики, работая с клиентами, поставщиками и группами разработки Майкрософт. ЦКП делится методами, разработанными им к настоящему моменту, с клиентами для получения ранних отзывов, позволяя клиентам создавать собственные эталоны.

И не надо предполагать, что результаты будут очевидны. ЦКП поделился некоторыми из интересных результатов, полученных группой при использовании функций наблюдения за энергопотреблением в лабораториях производительности ЦКП:

1. Отключение устройства не обязательно понижает энергопотребление настолько, насколько можно ожидать (см. рис. 4). В одном из случаев с серверным оборудованием в ЦКП обнаружили устройство, потреблявшее 100 ватт, когда оно было выключено, но подключено к питанию физически. Такое удивило многих и EEC многократно воспроизводил эту ситуацию. В конце концов, они использовали инфракрасный термометр для измерения температуры штепселя и розетки устройства и убедились, что оно в самом деле потребляет 100 ватт, когда отключено.
2. Программное обеспечение может существенно повлиять на энергопотребление. На идентичных сетевых коммутаторах с идентичным оборудованием и параметрами BIOS использование различного ПО для работы с сетью дало 21 процент разницы в энергопотреблении. Высокоуровневые решения, где включено больше процессов и функций, таких как средства безопасности и наблюдения, часто потребляют больше, чем их более скромные аналоги.
3. В случаях виртуализации в ЦКП замеряли энергопотребление в сравнении с использованием ресурсов ввода/вывода и ЦП, чтобы определить, когда определенный прибор дает максимальную производительность на ватт. В ЦКП обнаружили, что фиксация на использовании ресурсов ЦП может привести к загрузке слишком многих виртуальных компьютеров на физический компьютер, что снижает общую производительность на ватт.
4. Устройства с высокой плотностью размещения, как можно догадаться, сталкиваются с большим числом проблем питания и охлаждения. При развертывании систем с высокой плотностью размещения следует как можно раньше проконсультироваться со специалистами по питанию и охлаждению. Эти устройства могут быть хорошими кандидатами на размещение собственных устройств наблюдения за расходом энергии, если известно, что возможности питания в среде будут ограничены.
5. Двойные блоки питания могут потреблять гораздо больше энергии, чем одинарный блок питания.
6. Кажущиеся идентичными устройства с идентичными комплектациями могут существенно различаться по энергопотреблению. Наблюдавшиеся различия были достаточно существенными, чтобы заставить персонал ЦКП перепроверять, действительно ли комплектации идентичны.
7. Число ватт на информационной табличке изделия является не действительным показателем потребления, а номинальной мощностью для блоков питания.
8. Ведение базы данных тестов энергопотребления и результатов для различных устройств и подкомпонентов – ключевой элемент сохранения знаний и сравнения данных.
9. Различные составы одинаковых объемов памяти потребляют различные объемы энергии. Меньшее число модулей DIMM обычно потребляет меньше энергии, например 4 DIMM по 2 ГБ тратят меньше, чем 8 DIMM по 1 ГБ. Но в некоторых случаях меньшее число модулей DIMM потребляло больше энергии.

Рис. 4. Сравнение энергопотребления во включенном и отключенном состоянии (щелкните изображение, чтобы увеличить его)

Заключение

Добавив возможность измерять энергопотребление к своей лаборатории проверки производительности, можно начать собирать собственную базу данных по энергопотреблению на устройство, с точными цифрами для своих реальных нагрузок. При развертывании этих решений, результаты следует проверить в системе обратной связи с замкнутым циклом, чтобы определить точность тестов своей лаборатории проверки производительности. Как персонал ЦКП выяснил, при выполнении собственных тестов измерения, существуют некоторые весьма интересные детали, позволяющие отфильтровать «зеленый камуфляж» и обнаружить правду.

Этот метод проведения замеров в лабораториях проверки производительности заставит рынок в целом начать определение того, что действительно является энергосберегающим. И со временем производители обнаружат, что необходимо предоставлять более точные данные в своих заявках об энергосбережении. Аналогично, специалисты по ИТ начнут говорить о ваттах на устройство как об обычном критерии покупок. Это должно стать обычной практикой, особенно для компаний, покупающих большое количество серверов. Однако процесс можно возглавить, начав думать о мощности питания как об одном из ценных информационно-технических ресурсов уже сейчас.

Поддержка охлаждения в центре данных

Охлаждение центров данных имеет громадный потенциал по снижению энергопотребления. Нагрев, который может быть создан в центре данных, и энергия, уходящая на охлаждение оборудования, просто поражают. Но тем, кто желает успешно управлять охлаждением, исправлять проблемы и разрабатывать более эффективные решения для охлаждения, необходимо решение для наблюдения за температурой. Подумайте о решении, используемом центрами данных Майкрософт.

Исследовательский центр Майкрософт создал сеть датчиков температуры для центров данных, делающую возможным улучшенный контроль температуры, а также оценку различных улучшений охлаждения. Например, один из центров данных Майкрософт рассматривал эффективность тепловых завес на концах проходов, чтобы улучшить разделение горячего и холодного воздуха. После их установки некоторые серверы начали посылать предупреждения о перегреве. Естественно, специалисты по эксплуатации увеличили поток воздуха от системы охлаждения, чтобы дать больше холодного воздуха. Но, к их удивлению, еще несколько серверов послали предупреждения. И все эти серверы находились на дне стойки – дно, само собой, обычно является самым холодным местом.

Используя сеть датчиков, специалисты убедились, что стойки были более прохладными выше и горячее всего внизу. И скоро они догадались, что горячий воздух вытягивается из горячего прохода между дном стойки и полом – следствие принципа Бернулли. Они легко справились с перегревом, сделав дно стойки сплошным и уменьшив скорость воздушного потока.

Данные такого рода и собирает, а затем анализирует Центр корпоративного проектирования Майкрософт при выполнении тестирования производительности. Так, ЦКП недавно уведомил исследовательский отдел Майкрософт, что они готовы к тесту развертывания. В течение дня система была развернута на 10 стойках, и установка заняла лишь один час. Сейчас ЦКП может исследовать и углублять свое понимание проблем охлаждения и их взаимоотношений с производительностью оборудования.

Само собой, одно лишь наблюдение не является решением. Реальная выгода заключается в возможности находить проблемные области, которые можно исправить, во внесении изменений и оценке различных решений, на предмет выдачи ожидаемых результатов. В конце концов, никому не охота быть застигнутым врасплох неожиданным перегревом стоек из-за нового решения охлаждения.

Дэйв Охара (Dave Ohara) обладает 26-летним опытом работы с технологиями. Сейчас он работает с несколькими компаниями, реализующими экологические инициативы.

© 2008 Microsoft Corporation and CMP Media, LLC. Все права защищены; запрещено частичное или полное воспроизведение без специального разрешения.