Gids met best practices voor energie-efficiëntie voor datacenters (verbeter uw PUE)

Leestijd: 10 minuten

Deze Gegevenscentrum Energy Efficiency Best Practices Guide is gemaakt om datacenters te helpen hun primaire operationele kosten te beperken: energieverbruik.

Omdat dataverbruik exponentieel blijft groeien, zullen datacenters hun energie-efficiëntie moeten maximaliseren om te voorkomen dat ze worden lamgelegd door energiekosten.

In dit artikel worden de best practices besproken die datacenters kunnen volgen om hun energie-efficiëntie te verbeteren.

Eerst en vooral: Meten om te verbeteren

Zoals Peter Drucker zo vaak wordt geciteerd:

Als je het niet kunt meten, kun je het ook niet verbeteren.

Voordat je een van de andere strategieën in dit artikel overweegt, is het belangrijk dat je al een meetsysteem hebt.

Google wil zo nauwkeurig meten dat ze hun PUE (power usage effectiveness) minstens één keer per seconde meten.

Door het hele jaar door te meten, houd je rekening met seizoensgebonden weersschommelingen en de effecten daarvan op het koelverbruik van het datacenter.

Het expertisecentrum voor energie-efficiëntie in datacenters heeft een handige gids over het meten van de energie-efficiëntie van datacenters.

Koeling

Koelapparatuur is verantwoordelijk voor een groot deel van het stroomverbruik van een datacenter. Voor datacenters infrastructuur specialisten is het van cruciaal belang om nieuwe manieren te vinden om de effectiviteit van het stroomverbruik (PUE) te verbeteren en daarom is koeling van primair belang.

Van de koelapparatuur verbruiken koelmachines en CRAC's de meeste energie, dus het minimaliseren van hun werklast is cruciaal voor efficiëntie.

Standaard beste praktijken voor energie-efficiëntie voor gemakkelijke winsten

• Voor de meeste gemiddelde datacenters is het gebruik van hot aisle/cold aisle containment om de efficiëntie van de luchtkoeling te verbeteren populair en eenvoudig achteraf in te bouwen in bestaande datacenters. Het helpt bij het isoleren en elimineren van verwarmingschaos en hot spots.
  • Om de gangpaden beter te scheiden, is het gebruikelijk om gaten in reksleuven af te schermen met "afdekplaten" en warmtelekken te voorkomen.
• De laatste jaren kan het gebruik van racks met daaraan gekoppelde vloeistofkoeleenheden een deel van de belasting van luchtkoeling wegnemen voor een fractie van de energiekosten, zonder dat het datacenter hoeft te worden aangepast.
• Ter ondersteuning van de traditionele luchtkoeling in opsluitingstijl zijn er eenvoudig economizers verkrijgbaar om "vrije" koeling te gebruiken waar de omgeving dat toelaat, en het stroomverbruik verder te verlagen. Houd er wel rekening mee dat buitenlucht verontreinigingen en vocht kan bevatten en filter of onthoud dit.
• Een andere veelgebruikte methode is het verhogen van de omgevingstemperatuur van het datacenter. De meeste apparatuur functioneert prima in een cold aisle van meer dan 26°C en het verhogen van de omgevingstemperatuur kan de behoefte aan koeling sterk verminderen.
• Computational fluid dynamics kan worden gebruikt om een thermisch model van uw datacenter te maken en de koeling en luchtstroom te optimaliseren zonder dat u het datacenter hoeft te reorganiseren. CFT kan worden gebruikt om te testen hoe het systeem reageert op verschillende omstandigheden en om probleemgebieden te identificeren die voor verbetering vatbaar zijn.
  • CFD kan ook heel goed worden gebruikt bij het ontwerpen van een datacenter. Houd er rekening mee dat modellering een ongelooflijk complex proces is dat enorme hoeveelheden gegevens interpoleert, en dat de tools beperkingen hebben op het moment van schrijven in 2018. Ze zijn niet echt bedoeld voor real-time monitoring, en sommige onnauwkeurigheden zijn onvermijdelijk bij zwaardere berekeningen.

Hoewel de bovengenoemde bits algemeen zijn aangenomen als standaard best practices, hebben veel datacenters hun infrastructuur onlangs of verworven de gemakkelijke efficiëntie wint. Hier is een diagram van submer.com om het concept van koude en warme gang te illustreren:

Naast het optimaliseren van bestaande koelparadigma's zijn er verschillende andere koelmethodes die een aanzienlijke efficiëntieverhoging kunnen geven bovenop de standaardpraktijken.

Een van deze methoden is directe verdampingskoeling.

Directe verdampingskoeling

Directe verdampingskoeling (DEC) maakt gebruik van verneveling om het substraat voor verdamping te leveren. Als je ooit de ventilatoren hebt gezien die mist blazen in Las Vegas om vakantiegangers aan de rand van het zwembad af te koelen, dan heb je dit mechanisme in actie gezien.

Hier is een schema van hoe directe verdampingskoeling werkt van dchuddle.com:

Volgens Anne Wood, een leidinggevende bij Phoenix MFG, inc, is het niet ongewoon dat DEC een efficiëntieverhoging van 50% realiseert. Er zijn echter een paar overwegingen:

Het is duidelijk dat het gebruik van water voor koelingHet datacenter moet toegang hebben tot een redelijke hoeveelheid water.

Directe verdampingskoeling vereist ook een systeem om het water te zuiveren, reservewater op te slaan, de nevel op te pompen en regelaars om de watertoevoer en -druk te regelen.

Bovendien introduceert directe verdampingskoeling vocht in het datacenter, waardoor directe verdampingskoeling in bepaalde gebruikssituaties beter uitvoerbaar is dan in andere.

Vooral datacenters in drogere klimaten met toegang tot water zouden waarschijnlijk profiteren van een DEC-oplossing.

Voordat je er een overweegt, kunnen vochtigheidssensoren en voorspellende modellen helpen voorspellen of DEC de vochtigheidsniveaus in de ruimte voorbij de standaardlimieten van 60% zal duwen.

Indirecte verdampingskoeling is een iets minder gebruikelijke, maar even levensvatbare oplossing die gebruik maakt van hetzelfde concept.

Indirecte verdampingskoeling

Het haalt in principe warme lucht van buiten het datacenter en brengt het door een warmtewisselaar. De warmtewisselaar vergemakkelijkt verdamping, waardoor de lucht wordt gekoeld terwijl deze het datacenter in wordt gestuurd.

Tegelijkertijd worden vocht en warmte weer uit de wisselaar uitgescheiden. Het nadeel hiervan is dat een warmtewisselaar verliest wel een paar graden koeling ten opzichte van directe verdampingskoeling.

Voor indirecte verdampingskoeling zijn ook twee ventilatoren nodig in plaats van één.

Het voordeel van indirecte verdampingskoeling is dat er geen vochtigheid of elementen van buitenaf in de omgeving van het datacenter worden geïntroduceerd, wat al dan niet een punt van zorg kan zijn.

Samengevat:

• Waar buiten zwevende deeltjes of vocht een probleem vormen, is indirecte verdampingskoeling over het algemeen geschikter.
• Datacenters die toegang hebben tot water en zich geen zorgen hoeven te maken over de buitenelementen, kunnen efficiënter gebruik maken van directe verdampingskoeling.

De meest innovatieve van de recente koelstrategieën is echter dompelkoeling.

Dompelkoeling

Alibaba heeft toegezegd dompelkoeling te gaan gebruiken in haar datacenters en schat dat het ruimte zal besparen met 75%, de vermogensdichtheid zal verhogen en de operationele kosten met 20% zal verlagen.

Wat betreft best practices voor energie-efficiëntie in datacenters, zal dompelkoeling zeer binnenkort een standaard op die lijst zijn.

Alibaba's technologie voor dompelkoeling van datacenterdynamics.nl:

Hoewel het veelbelovend is om de PUE van datacenters te verlagen, vinden veel IT-bedrijven het idee van onderdompeling in vloeistof ongemakkelijk.

Naarmate de technologie verbetert en er meer early adopters komen, is het duidelijk geworden dat dompelkoeling niet alleen levensvatbaar is, maar zelfs noodzakelijk als datacenters willen blijven voldoen aan de toenemende efficiëntievereisten van moderne datacenters.

In datacenters met een hoge dichtheid zal dompelkoeling waarschijnlijk essentieel zijn, maar bestaande datacenters zijn langzamer met het invoeren van de technologie.

Een aantal overwegingen bij dompelkoeling zijn kosten, rommel, infrastructuur retrofitting, compatibiliteit van harde schijven, gewicht, veiligheid, vloeroppervlak en grondstofverbruik.

Hoewel dit een belangrijk punt van zorg is bij uitgebreide retrofitprojecten, zijn er niet langer voldoende nadelen die een wijdverspreide toepassing bij toekomstige toepassingen in de weg staan.

We zullen ze stuk voor stuk bekijken.

Onkosten

Dompelkoeling ging gepaard met kostenstijgingen die veel van de voordelen op het gebied van energie-efficiëntie teniet deden, met name voor retrofit-toepassingen. Factoren die verantwoordelijk zijn voor deze kostenstijgingen zijn onder andere:

Mess

Feit is dat olie en andere diëlektrische vloeistoffen het onderhoud kunnen bemoeilijken. Dit is afhankelijk van de leverancier van de oplossing die wordt gebruikt.

Aanpassing infrastructuur

In het verleden waren er geen universeel toepasbare onderdompelingsoplossingen beschikbaar. Hierdoor was een totale datacenter retrofit- of nieuwbouwproject om de technologieën voor vloeistofkoeling toe te passen.

Hoewel het misschien nog steeds onpraktisch is om meer legacy datacenter voor nieuwe koeltechnologie is dompelkoeling de efficiëntere keuze voor de meeste nieuwe datacenter bouwt.

Compatibiliteit harde schijf

Standaard harde schijven kunnen niet worden ondergedompeld in vloeistofkoelsystemen.

Verzegeld draaien diskdrives zijn een optie en solid-state drives nemen meer vloerruimte in beslag in moderne gegevenscentra.

Daarnaast kunnen aangepaste aandrijfcaddys worden gebruikt om de drives boven het olieoppervlak te houden.

Compatibiliteit met leveranciers

In het verleden lieten leveranciers garanties vervallen, maar nu dompelkoeling steeds meer ingeburgerd raakt in datacenters infrastructuurleveranciers maken garanties niet langer ongeldig bij gebruik van dompelkoeling.

Bovendien zijn veel dompelkoeloplossingen, zoals GRC's, compatibel met elke grote server verkoper en de meeste rackopstellingen.

Gewicht

Het gewicht is van oudsher een uitdaging bij het koelen in vloeibare dompelvloeistof, en meer in het bijzonder bij in rekken gemonteerde oplossingen.

Het gewicht kan een terecht punt van zorg zijn, maar meer als gevolg van de dichtheid van het systeem dan het gewicht van de vloeistof.

Bovendien, luchtkoeling infrastructuur is niet langer nodig met dompelkoeling, wat het totale gewicht aanzienlijk vermindert door het vervangen van zware CRACs/chillers/optimizers, etc.

Met de vloerbelastingsmogelijkheden van moderne datacenters en de ruimtebesparingen van dompelkoeling zou gewicht geen preventieve zorg moeten zijn.

Veiligheid

De meeste dompelkoeling maakt gebruik van niet-ontvlambare, niet-giftige vloeistoffen. Uitglijden door gemorste vloeistoffen is een terechte zorg.

Vloeroppervlak

Een van de grootste toegevoegde waarden van dompelkoeling is de besparing op vloeroppervlak die ze opleveren.

Dompelkoeling is ruimtebesparend en maakt de noodzaak voor alle infrastructuur vereist voor luchtkoeling.

Overzicht verbruikte hulpbronnen: Koelsystemen

Dompelkoeling verbruikt veel minder energie en water dan andere koelopties. Aangezien datacenters een steeds grotere bijdrage leveren aan het mondiale verbruik van hulpbronnen, wordt het steeds belangrijker om de efficiëntie van het verbruik van hulpbronnen in onze datacenters te verbeteren. infrastructuur systemen.

Op basis van alle relevante overwegingen zijn veel bedrijven zich bewust geworden van de potentiële superioriteit van dompelkoeling. een compleet datacenter onder water bouwen.

Hoewel het misschien niet haalbaar is voor uw datacenter, kunt u de mogelijkheden van dompelkoeling voor uw hardware serieus in overweging nemen.

Stroom

Distributie

Naar schatting wordt een derde van de energie van servers verspild voordat deze wordt gebruikt voor berekeningen.

Veel ervan gaat verloren bij de voeding, waar wisselstroom wordt omgezet in gelijkstroom, en de spanningsregelaar, waar de uitgang van de voeding wordt omgezet in de spanningen die microchips gebruiken. Daarom is het belangrijk om te investeren in efficiënte voedingen en spanningsregelaars.

Een kleine verandering is om de back-upbatterijen op de serverracks zelf te plaatsen en één AC naar DC conversiefase weg te laten.

Een andere best practice is om de hogere spanningen dichter bij de PSU te plaatsen dan de lagere spanningen, zodat er minder lijnverlies optreedt.

Batterijen: Li-ion-accu's, VRLA-accu's of Nikkel-Zink-accu's?

Hoewel het waarschijnlijk niet het eerste is waar je aan denkt als het over energie voor datacenters gaat, vormen accu's een integraal onderdeel van de energievoorziening in datacenters. In dit gedeelte bespreken we drie van de primaire batterijopties.

VRLA-batterijen (Valve Regulated Lead Acid) zijn al jaren de standaard, maar hebben nadelen ten opzichte van andere opties:

VRLA is minder energie-efficiënt dan andere opties

• VRLA is zeer gevaarlijk - de elektrolyt (zwavelzuur) binnenin is corrosief, terwijl de loodcomponent onder andere schade aan het zenuwstelsel kan veroorzaken.
• Lagere levensduur van batterij
• Langzamer opladen
• Minder ontlaadcycli
• Niet-ontvlambaar

Li-ion-batterijen daarentegen:

• Hebben hogere initiële kosten
• Zorg voor meer efficiëntie
• Gaan langer mee- vaak de lengte van de UPS
• Minder ontladen, sneller opladen en meer ontlaadcycli
• Ontvlambaar zijn (niet hoger dan 104 graden Fahrenheit)

Nikkel-zink-batterijen (van ZincFive):

• Laad sneller op dan
• Hebben meer ontlaadcycli dan beide
• Levensduur batterij vergelijkbaar met Li-ion
• Hogere vermogensdichtheid
• Lage warmteafgifte
• Niet ontvlambaar of giftig
• Vergelijkbare kosten als high-end loodsystemen, lager geprijsd dan krachtige Li-Ion accu's

Hoewel de nikkel-zinktechnologie op zich niets nieuws is, is deze nog nooit op dezelfde manier toegepast op datacenters. Het kan een veiligere, milieuvriendelijkere optie zijn voor datacenters.

Virtualisatie

Met servervirtualisatie heeft een datacenter minder servers nodig om de werklast aan te kunnen.

Met minder servers kan het totale energieverbruik sterk worden verlaagd. Hoewel het buiten het bestek van dit artikel valt, heeft Gartner onlangs een update van het virtualisatielandschap.

Als je een verouderde versie gebruikt en overweegt om te upgraden naar Windows Server 2019, lees dan onze blog over de belangrijkste functies van Windows Server 2019 voor meer informatie.

AI

AI kan van onschatbare waarde zijn in het datacenter, met Google noemt een toename in koelefficiëntie van 40% na DeepMind te hebben losgelaten op zijn datacenter.

Hoewel het niet waarschijnlijk is dat Google Deepmind binnenkort als een open-source weggevertje zal delen, bieden andere bedrijven zoals Verdigris potentiële oplossingen om deep learning te gebruiken voor energie-efficiëntie in datacenters:

Het is onvermijdelijk dat er in de toekomst andere oplossingen opduiken die vergelijkbare mogelijkheden bieden, hoewel de pool op dit moment redelijk droog is.

Het is belangrijk op te merken dat deep learning en AI-gebaseerde systemen om de energie-efficiëntie te verbeteren niet hetzelfde zijn als DCIM-tools (Data Center Infrastructure Management).

DCIM

DCIM is fundamenteel anders dan AI, in die zin dat het nog steeds alle controle in de handen van mensen legt.

DCIM-tools kunnen worden gebruikt om de werking van datacenters te optimaliseren, maar met de gigantische hoeveelheid gegevens die ze verwerken, kunnen de tools de inzichten eenvoudigweg niet verwerken en erop reageren zoals een AI dat kan.

Toch zijn er energiespecifieke DCIM-systemen zoals Ecostruxure IT van Schneider Electric kan ongelooflijk nuttig en toegankelijker zijn dan de vruchten van het werk van AI.

Met een betere zichtbaarheid in het reilen en zeilen van je datacenter kun je beter geïnformeerde beslissingen nemen; in ieder geval totdat de deep learning-programma's het allemaal voor ons kunnen afhandelen.

Veel organisaties hebben servers aanstaan die niets nuttigs doen; met DCIM-tools kunnen managers en beheerders deze servers vinden en slecht geoptimaliseerde werklasten opschonen, maar ook eenvoudig gebouw- en omgevingscontroles beheren voor een betere energie-efficiëntie. 

Vertrouw echter niet alleen op de tools: best practices voor energie-efficiëntie in datacenters omvatten handmatige inspecties voor inzichten die mogelijk worden gemist met netwerktools.

Conclusies: Verbetering van efficiëntie en besparingen op stroomkosten

Door gebruik te maken van de techniek, strategie en technologie in deze gids voor best practices op het gebied van energie-efficiëntie voor datacenters, kunt u steeds dichter in de buurt komen van die perfecte PUE-index van 1,0 zoals bedrijven als Google en Facebook, en daarmee profiteren van de operationele kostenbesparingen en lagere milieubelasting die een efficiënter datacenter met zich meebrengt.

Hoewel er veel is, hoef je niet alles in één keer aan te pakken.

Weet je dat je koeling achterblijft bij de industrienormen? Misschien kun je contact opnemen met leveranciers van oplossingen om dat gebied te verbeteren.

Ontbreekt het u aan echte zichtbaarheid om uw datacenter effectief te beheren? Begin met het evalueren van de markt voor DCIM tools om weloverwogen beslissingen te kunnen nemen.

Moet u vloerruimte vrijmaken en hebt u verouderde servers? Bekijk samen met het team de mogelijkheden voor servervirtualisatie. Ongeacht het gebied, zal een consequente inspanning om achterblijvende gebieden te verbeteren bijna altijd renderen in OPEX of milieu-impact verbeteringen.

Vooruitgang: Alles moet worden overwogen om nieuwe datacenters toekomstbestendig te maken

Nu datacenters steeds meer energie verbruiken, moeten we ons bewust zijn van onze impact op de infrastructuur, onze energiesystemen en de wereld.

Het aanpassen van bestaande datacenters kan alleen zinvol zijn in beperkte capaciteiten, omdat veel oplossingen niet kosteneffectief zijn en de moeite niet waard voor bestaande faciliteiten.

Waar deze praktijken echt belangrijk zijn, is na liquidatie van bestaande datacenters en het uitbouwen van de nieuwe.

Als u overweegt wat voor soort servers u wilt voor een nieuw datacenter, bekijk dan zeker onze berichten over white box servers en HPE vs Dell servers vergelijken om te zien wat het beste bij jouw behoeften past.

Energiezuinigere datacenters zullen er mede voor zorgen dat ze kosteneffectiever worden, zowel voor datacenterexploitanten als voor eindgebruikers, en dat de impact van elk individueel datacenter kleiner wordt. Omdat de vraag naar datacentercapaciteit blijft stijgen, zal het steeds belangrijker worden om efficiëntere systemen te hebben om hun energiebehoeften in balans te houden en de kosten voor iedereen laag te houden.

Zolang we ons serieus inspannen om onze energie-efficiëntie te verbeteren, kunnen we onze impact op het milieu tot een minimum beperken en nog jaren genieten van deze grote blauwe knikker in de lucht die we ons thuis noemen.