Efektywność energetyczna centrów przetwarzania danych (część 1.)

W miarę upływu czasu i ciągłego wzrostu kosztów energii, wielu przedsiębiorców zaczyna odczuwać skutki braku dostępnej przestrzeni fizycznej na serwerach lub przeciążenia instalacji zasilających i chłodzących w ośrodkach informatycznych [2]. Dotyczy to zarówno niewielkich pomieszczeń komputerowych, jak i dużych centrów przetwarzania danych.

koncepcje centrum przetwarzania danych

Dotychczas najczęściej proponowanym rozwiązaniem był model centrum przetwarzania danych oparty na założeniach [1]:

• czas użytkowania wynosi 10 lat.
• w projekcie występują wartości ostatecznej mocy projektowej oraz szacunkowej mocy przy rozruchu,
• w typowym cyklu użytkowania wymagania stawiane zasilaniu rosną liniowo od rzeczywistej mocy wymaganej przy rozruchu do mocy projektowej w taki sposób, że ta ostatnia wartość osiągana jest w połowie oczekiwanego cyklu użytkowego.

Opisany powyżej model stał się podstawą modelu planowania przedstawionego na rysunku 1. Moc zainstalowana na początku jest równa ostatecznej mocy zainstalowanej i wynosi 100% (system jest od samego początku całkowicie rozbudowany). Plan zakłada, że rzeczywiste obciążenie będzie miało początkowo wartość szacunkowej mocy przy rozruchu, równą 30%, a następnie wzrośnie do rzeczywistej wymaganej mocy ostatecznej, która jest na ogół równa wartości mocy projektowej. Jednak rzeczywista moc wymagana przy rozruchu wzrasta do wartości ostatecznej rzeczywistej wymaganej mocy, która jest znacznie niższa niż moc zakładana w projekcie. Należy zauważyć, że moc znamionowa może być większa niż moc projektowa ze względu na nadmiarowość sprzętu lub wymagane obniżenie dopuszczalnego obciążenia [1].

Obecnie projektuje się centra przetwarzania danych umożliwiające łatwą ich rozbudowę o dodatkowe serwery oraz systemy zasilania i chłodzenia. Przykładem mogą być mobilne centra przetwarzania danych, których budowa umożliwia szybki transport w wybrane miejsce oraz łatwe podłączenie do istniejącej infrastruktury. Kompaktowa budowa, niezawodność oraz szybki czas dostawy, to unikalne zalety mobilnych CDCI (Contenerized Data Center Infrastructure).

identyfikacja strat energii

W typowym centrum danych do urządzeń komputerowych dociera około połowa pobieranej energii elektrycznej. Większość zużywana jest przez systemy zasilania, chłodzenia oraz oświetlenia. Na całkowite zużycie energii elektrycznej składają się dwa czynniki (rys. 2.): energia zużywana przez urządzenia komputerowe i energia zużywana przez wyposażenie pomocnicze [3].

Warto zauważyć, że w przedstawionym przykładzie tylko około 50% energii elektrycznej wchodzącej do centrum danych rzeczywiście zasila urządzenia komputerowe, a reszta energii jest przekształcana na ciepło przez urządzenia systemu zasilania i chłodzenia oraz oświetlenie. Niewielka część energii jest zużywana przez układy przeciwpożarowe i zabezpieczenia fizyczne. Całkowite zużycie energii przedstawia rysunek 3.

Sprawność tego centrum danych kształtuje się na poziomie 50% całkowitej mocy wejściowej, która jest dostarczana do urządzeń komputerowych. 50% mocy wejściowej nie wykonuje „użytecznej pracy” w centrum danych (czyli zasilania urządzeń komputerowych) i z tego względu jest traktowane jako obniżenie sprawności. Aby oszacować straty (dla modelu strata dotyczy wszystkich urządzeń pomocniczych poza torem zasilania), należy poznać pięć najważniejszych czynników [3], mających wpływ na ich powstawanie.