Guide för bästa praxis för energieffektivisering av datacenter (förbättra din PUE)

Lästid: 10 Protokoll

Detta Datacenter Energy Efficiency Best Practices Guide har tagits fram för att hjälpa datacenter att minska sin primära driftskostnad: energiförbrukning.

I takt med att dataförbrukningen fortsätter att öka exponentiellt måste datacentren maximera sin energieffektivitet för att undvika att drabbas av höga elkostnader.

I den här artikeln beskrivs de bästa metoder som datacenter kan använda för att förbättra sin energieffektivitet.

Först och främst: Mät för att förbättra

Som Peter Drucker så ofta citeras för att ha sagt:

Om du inte kan mäta det kan du inte heller förbättra det.

Innan du överväger någon av de andra strategierna i den här artikeln är det viktigt att du redan har ett mätsystem på plats.

Google är så måna om att mäta exakt att de tar stickprov på PUE (Power Usage Effectiveness) minst en gång per sekund.

Genom att mäta över hela året tar du hänsyn till säsongsvariationer i vädret och deras effekter på datacentrets kylförbrukning.

Kompetenscentret för energieffektivitet i datacenter har en användbar guide om mätning av energieffektivitet i datacenter.

Kylning

Kylutrustningen står för en stor del av energiförbrukningen i ett datacenter. För datacenter infrastruktur specialister är det viktigt att hitta nya sätt att förbättra strömförbrukningseffektiviteten (PUE), och därför är kylning av största intresse.

Av kylutrustningen är det chillers och CRAC som förbrukar mest energi, så det är avgörande för effektiviteten att minimera deras arbetsbelastning.

Bästa praxis för standardiserad energieffektivisering för enkla vinster

• För de flesta genomsnittliga datacenter är det populärt att använda varmgångs-/kallgångsavgränsning för att förbättra luftkylningseffektiviteten och det är enkelt att eftermontera i befintliga datacenter. Det hjälper till att isolera och eliminera värmekaos och hot spots.
  • För att bättre kunna separera gångarna är det vanligt att man täpper till hål i rackplatserna med "blindplåtar" för att förhindra värmeläckage.
• Under de senaste åren har rack med anslutna vätskekylningsenheter kunnat avlasta luftkylningen till en bråkdel av energikostnaden, utan att datacentret behöver byggas om
• För att förstärka traditionell luftkylning med inneslutning finns det ekonomiserare som kan användas för att utnyttja "gratis" kylning när miljön tillåter det, vilket minskar energiförbrukningen ytterligare. Tänk bara på att utomhusluften kan innehålla föroreningar och fukt och filtrera eller avstå från att filtrera.
• En annan vanlig metod är att helt enkelt höja den omgivande temperaturen i datacentret. Den mesta utrustningen fungerar utmärkt i en kall gång med en temperatur på över 26°C, och genom att höja omgivningstemperaturen kan kylbehovet minskas avsevärt
• Computational Fluid Dynamics kan användas för att skapa en termisk modell av ditt datacenter och optimera kylning och luftflöde utan att nödvändigtvis behöva omorganisera datacentret. CFT kan användas för att testa hur systemet reagerar på olika förhållanden och hjälpa till att identifiera problemområden som kan förbättras.
  • CFD kan också användas med stor effekt vid utformningen av ett datacenter. Tänk på att modellering är en otroligt komplex process som interpolerar stora mängder data, och verktygen har begränsningar i skrivande stund 2018. De är egentligen inte avsedda för realtidsövervakning, och vissa felaktigheter är oundvikliga med tyngre beräkningar.

Även om de ovan nämnda bitarna är allmänt vedertagna som bästa praxis, har många datacenter inte uppdaterat sina infrastruktur nyligen eller förvärvat vinner den enkla effektiviteten. Här är ett diagram från submer.com för att illustrera konceptet med kall gång/varm gång:

Förutom att optimera befintliga kylningsparadigm finns det flera andra kylningsmetoder som kan ge en betydande effektivitetsökning utöver standardmetoderna.

En av dessa metoder är direkt evaporativ kylning.

Direkt evaporativ kylning

Direkt evaporativ kylning (DEC) använder dimma för att skapa ett substrat för avdunstning. Om du någonsin har sett fläktarna som blåser dimma i Las Vegas för att kyla ner semesterfirare vid poolen, har du sett den här mekanismen i aktion.

Här är ett diagram över hur direkt evaporativ kylning fungerar från dchuddle.com:

Enligt Anne Wood, chef på Phoenix MFG, inc, är det inte ovanligt med en effektivitetsökning på 50% från DEC. Det finns dock några saker att tänka på:

Självklart, för att använda vatten för kylningmåste datacentret ha tillgång till en rimlig mängd vatten.

Direkt evaporativ kylning kräver också ett system för att rena vattnet, lagra reservvatten, pumpa dimman och regulatorer för att kontrollera vattenflöde och tryck.

Dessutom tillför direkt evaporativ kylning fukt till datacentret, vilket gör direkt evaporativ kylning mer användbar i vissa användningsfall än i andra.

I synnerhet datacenter i torrare klimat med tillgång till vatten skulle sannolikt dra nytta av en DEC-lösning.

Innan du överväger en sådan kan fuktsensorer och prediktiv modellering hjälpa till att förutsäga om DEC kommer att pressa upp rummets luftfuktighetsnivåer över standardgränserna för 60%.

Indirekt evaporativ kylning är en något mindre vanlig, men lika gångbar lösning som bygger på samma koncept.

Indirekt evaporativ kylning

Den tar i princip varm luft från utsidan av datacentret och för den genom en värmeväxlare. Den värmeväxlare underlättar avdunstning, vilket kyler luften när den skickas in i datacentret.

Samtidigt försvinner fukt och värme tillbaka ut från växlaren. Nackdelen med detta är att en värmeväxlare förlorar några grader i kylning jämfört med direkt evaporativ kylning.

Indirekt evaporativ kylning kräver också två fläktar istället för en, precis som indirekt evaporativ kylning.

Fördelen med indirekt evaporativ kylning är att den inte tillför någon luftfuktighet eller yttre element till datacentermiljön, vilket kan vara ett problem eller inte.

För att sammanfatta:

• Om partiklar eller luftfuktighet är ett problem är indirekt evaporativ kylning i allmänhet lämpligare
• Datacenter med tillgång till vatten och som inte bryr sig om väder och vind får bättre effektivitet med direkt evaporativ kylning.

Den mest innovativa av de senaste kylstrategierna är dock immersionskylning.

Kylning genom nedsänkning

Alibaba har åtagit sig att använda nedsänkningskylning i sina datacenter och uppskattar att det kommer att spara utrymme med 75%, öka effekttätheten och minska driftskostnaderna med 20%.

När det gäller bästa praxis för energieffektivitet i datacenter kommer nedsänkningskylning mycket snart att vara en standard på listan.

Alibabas kylteknik för nedsänkning i vatten från datacenterdynamics.com:

Trots att det finns så stora möjligheter att minska PUE i datacenter är tanken på att doppa sig i vätska obekväm för många IT-företag.

I takt med att tekniken förbättras och fler tidiga användare dyker upp har det blivit uppenbart att immersionskylning inte bara är genomförbart utan också absolut nödvändigt om datacenter ska kunna hålla jämna steg med de ökande effektivitetsbehoven i moderna datacenter.

I datacenter med hög densitet kommer kylning genom nedsänkning sannolikt att vara avgörande, men befintliga datacenter är långsammare med att införa tekniken.

Några av problemen med immersionskylning är kostnader och rörighet, infrastruktur eftermontering, hårddiskkompatibilitet, leverantörskompatibilitet, vikt, säkerhet, golvyta och resursförbrukning.

Dessa problem är visserligen giltiga i samband med omfattande eftermonteringsprojekt, men de utgör inte längre tillräckliga nackdelar för att förhindra ett brett införande i framtida projekt.

Vi tar en titt på var och en av dem på hög nivå.

Kostnader

Immersionskylning medförde kostnadspåslag som uppvägde många av dess energieffektivitetsfördelar, särskilt vid eftermontering. Faktorer som är ansvariga för dessa kostnadspremier inkluderar:

Mess

Faktum är att olja och andra dielektriska vätskor kan öka behovet av underhållsarbete. Detta varierar beroende på vilken leverantör av lösningar som används.

Retrofit av infrastruktur

Tidigare fanns det inte några mer universellt användbara lösningar för nedsänkning. Detta krävde en total datacenter eftermontering eller nybyggnadsprojekt för att tillgodose vätskekylningstekniken.

Även om det fortfarande kan vara opraktiskt att ta bort fler äldre datacenter för ny kylteknik är immersionskylning det mer effektiva valet för de flesta nya datacenter byggnader.

Kompatibilitet med hårddisk

Standardhårddiskar kan inte sänkas ned i vätskekylsystem.

Men förseglad snurrning hårddiskar är ett alternativ, och solid state-enheter tar upp mer golvyta i moderna datorer. datacenter.

Dessutom kan modifierade drivkaddyer användas för att hålla drivningen ovanför oljeytan.

Leverantörskompatibilitet

Tidigare har leverantörerna ogiltigförklarat garantierna, men i takt med att immersionskylning har blivit mer etablerad i datacenter infrastrukturNär det gäller kylning genom nedsänkning av vätska ogiltigförklarar inte längre leverantörerna garantierna.

Dessutom är många lösningar för kylning genom nedsänkning, som GRC, kompatibla med alla större server leverantör och de flesta rackuppsättningar.

Vikt

Vikt har historiskt sett varit en utmaning när det gäller vätskekylning, och mer specifikt för rackmonterade lösningar.

Vikten kan vara ett relevant problem, men det beror mer på systemets densitet än på vätskans vikt.

Därutöver, luftkylning infrastruktur är inte längre nödvändigt med immersionskylning, vilket minskar totalvikten avsevärt eftersom tunga CRAC/chillers/optimerare etc. ersätts.

Med de golvbelastningsmöjligheter som finns i moderna datacenter och de utrymmesbesparingar som immersionskylning innebär, borde vikten inte vara ett förebyggande problem.

Säkerhet

Vid kylning genom nedsänkning används oftast icke brandfarliga och giftfria vätskor. Halkolyckor på grund av vätskespill är ett välgrundat problem.

Golvutrymme

Ett av de större mervärdena med immersionskylning är att den sparar golvyta.

Immersionskylning är utrymmeseffektivt och eliminerar behovet av alla de infrastruktur krävs för luftkylning.

Sammanfattning av resursförbrukning: Kylsystem

Immersionskylning förbrukar radikalt mindre energi och vatten än andra kylningsalternativ. I takt med att datacenters bidrag till världens resursförbrukning ökar blir det allt viktigare att förbättra resursförbrukningseffektiviteten i våra datacenter infrastruktur system.

Baserat på alla relevanta överväganden har många företag insett den potentiella överlägsenheten hos immersion cooling, och ett företag har gått så långt som att bygga ett helt datacenter under vattnet.

Även om det kanske inte är möjligt för ditt datacenter, bör du allvarligt överväga potentialen för immersionskylning för din maskinvara.

Kraft

Distribution

Det uppskattas att en tredjedel av serverns energi går till spillo innan den används för beräkningar.

En stor del går förlorad i nätaggregatet, där växelström omvandlas till likström, och i spänningsregulatorn, där nätaggregatets utgång omvandlas till de spänningar som mikrochipen använder. Därför är det viktigt att investera i effektiva nätaggregat och spänningsregulatorer.

En liten förändring är att placera reservbatterierna i själva serverracken och ta bort ett omvandlingssteg från AC till DC.

En annan bra metod är att placera de högre spänningarna närmare nätaggregatet än de lägre spänningarna, vilket minskar ledningsförlusterna.

Batterier: Li-ion-batterier, VRLA eller Nickel-Zink?

Även om batterier troligen inte är det första du tänker på när datacenters energi kommer på tal, är de en integrerad del av energin i datacenter. I det här avsnittet går vi igenom tre av de viktigaste batterialternativen.

Ventilreglerade blybatterier (VRLA) har varit standard i många år, men de har vissa nackdelar jämfört med andra alternativ:

VRLA är mindre energieffektivt än andra alternativ

• VRLA är mycket farligt - elektrolyten (svavelsyra) inuti är frätande, medan blykomponenten bland annat kan orsaka skador på nervsystemet
• Lägre batteritid
• Långsammare att ladda
• Färre urladdningscykler
• Ej brandfarlig

Li-ion-batterier å andra sidan:

• Har en högre initialkostnad
• Ge bättre effektivitet
• Håller längre - ofta lika länge som UPS:en
• Mindre urladdning, snabbare laddning och fler urladdningscykler
• Är brandfarliga (får inte överstiga 104 grader Fahrenheit)

Nickel- och zinkbatterier (från ZincFive):

• Laddar snabbare än antingen
• Har fler urladdningscykler än både
• Jämförbar batteritid med Li-ion
• Högre effekttäthet
• Låg värmeeffekt
• Ej brandfarlig eller giftig
• Jämförbar kostnad med avancerade blybatterier, lägre prislapp än högpresterande Li-Ion-batterier

Nickel-zink-tekniken i sig är inte ny, men den har aldrig tidigare tillämpats på datacenter på samma sätt. Det kan visa sig vara ett säkrare och mer miljövänligt alternativ för datacenter.

Virtualisering

Med servervirtualisering behöver ett datacenter inte lika många servrar för att hantera sin arbetsbelastning.

Med färre servrar kan den totala energiförbrukningen minskas kraftigt. Även om det ligger utanför ramen för den här artikeln har Gartner nyligen publicerat en uppdatering av virtualiseringslandskapet.

Om du kör en föråldrad version och funderar på att uppgradera till Windows Server 2019, läs då vår blogg om Windows Server 2019 Nyckelfunktioner för mer information.

AI

AI kan vara ovärderligt i datacentret, med Google anger en ökning av kylningseffektiviteten med 40% efter att ha släppt lös DeepMind på sitt datacenter.

Även om det inte är troligt att Google kommer att dela Deepmind som en öppen källkod inom en snar framtid, erbjuder andra företag som Verdigris potentiella lösningar för att utnyttja djupinlärning för energieffektivitet i datacenter:

Det är oundvikligt att andra lösningar kommer att dyka upp för att ge liknande möjligheter i framtiden, även om det är ganska torrt i poolen just nu.

Det är viktigt att notera att djupinlärning och AI-baserade system för att förbättra energieffektiviteten inte är samma sak som DCIM-verktyg (Data Center Infrastructure Management).

DCIM

DCIM är fundamentalt annorlunda än AI, eftersom det fortfarande är människan som har all kontroll.

DCIM-verktyg kan användas för att optimera driften av datacenter, men med den enorma mängd data som de hanterar kan verktygen helt enkelt inte bearbeta och agera på insikterna som en AI kan.

Med detta sagt kan energispecifika DCIM-system som Schneider Electrics Ecostruxure IT kan visa sig vara till stor hjälp och mer lättillgängliga än frukterna av AI:s arbete.

Med ökad insyn i vad som händer i ditt datacenter kan du fatta mer välgrundade beslut; åtminstone tills programmen för djupinlärning kan hantera allt åt oss.

DCIM-verktyg gör det möjligt för chefer och administratörer att hitta dessa servrar och rensa upp dåligt optimerade arbetsbelastningar, samt att enkelt hantera byggnads- och miljökontroller för bättre energieffektivitet. 

Förlita dig dock inte bara på verktygen: bästa praxis för energieffektivitet i datacenter omfattar manuella inspektioner för att få insikter som eventuellt missas av nätverksverktyg.

Slutsatser: Förbättrad effektivitet och kostnadsbesparingar

Genom att använda tekniken, strategin och teknologin i den här guiden för bästa praxis för energieffektivitet i datacenter kan du stadigt närma dig det perfekta 1,0 PUE-indexet i närheten av företag som Google och Facebook, och därmed dra nytta av de driftskostnadsbesparingar och den lägre miljöpåverkan som följer med ett effektivare datacenter.

Även om det finns mycket här finns det ingen anledning att ta itu med allt på en gång.

Vet du om att din kylning inte uppfyller branschstandarderna? Kanske kan du kontakta leverantörer av lösningar för att förbättra det området.

Saknar du verklig insyn som hjälper dig att hantera ditt datacenter på ett effektivt sätt? Börja med att utvärdera marknaden för DCIM-verktyg för att hjälpa dig att fatta välgrundade beslut.

Behöver du frigöra golvyta och har åldrande servrar? Undersök alternativen för servervirtualisering tillsammans med teamet. Oavsett område kommer det nästan alltid att löna sig att gå vidare med konsekventa insatser för områden som släpar efter i form av förbättringar av OPEX eller miljöpåverkan.

Vi rör oss framåt: Allt måste beaktas för framtidssäkring av nya datacenter

Eftersom datacenter förbrukar allt mer energi måste vi vara medvetna om vår påverkan på infrastrukturen, våra energisystem och världen.

Att uppgradera befintliga datacenter kan bara vara meningsfullt i begränsad kapacitet, eftersom många lösningar inte är kostnadseffektiva eller värda ansträngningen för befintliga anläggningar.

Dessa metoder är särskilt viktiga efter avveckling av befintliga datacenter och bygga ut de nya.

Om du funderar på vilken typ av servrar du ska skaffa till ett nytt datacenter, se till att läsa våra inlägg om servrar i vit box och jämföra servrar från HPE och Dell för att hitta det som passar bäst för dina behov.

Mer energieffektiva datacenter kommer att bidra till att göra dem mer kostnadseffektiva, både för datacenteroperatörer och slutanvändare, och till att göra varje enskilt datacenter mer miljövänligt. I takt med att efterfrågan på datacenterkapacitet fortsätter att öka kommer det att bli allt viktigare att ha effektivare system på plats för att balansera deras energibehov och hålla kostnaderna nere för alla.

Så länge vi verkligen anstränger oss för att förbättra vår energieffektivitet kan vi hålla vår miljöpåverkan på en minimal nivå och njuta av den stora blå kulan på himlen som vi kallar vårt hem i många år framöver.