Guide till bästa praxis för energieffektivitet i datacenter (förbättra din PUE)

Detta är Datacenter Energy Efficiency Best Practices Guide har tagits fram för att hjälpa datacenter att minska sina främsta driftskostnader: energiförbrukning.

Eftersom datakonsumtionen fortsätter att öka exponentiellt kommer datacenter att behöva maximera sin energieffektivitet för att undvika att lamslås av energikostnader.

Den här artikeln handlar om de bästa metoderna 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 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 mäter sin PUE (Power Usage Effectiveness) minst en gång per sekund.

Genom att mäta över hela året kan du ta hänsyn till säsongsmässiga vädervariationer och deras effekter på datacentrets kylförbrukning.

Expertcentret 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 För specialister är det avgörande att hitta nya sätt att förbättra effektiviteten i energiförbrukningen (PUE), och därför är kylning av största intresse.

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

Bästa praxis för standardiserad energieffektivitet för enkla vinster

• För de flesta genomsnittliga datacenter är det populärt och enkelt att eftermontera hot aisle/cold aisle containment för att förbättra luftkylningseffektiviteten i befintliga datacenter. Det hjälper till att isolera och eliminera uppvärmningskaos och hot spots.
  • För att bättre separera gångarna är en vanlig bästa praxis att blockera hålen i rackplatserna med "blindplattor" och förhindra värmeläckage.
• På senare år har man börjat använda rack med anslutna vätskekylningsenheter som kan avlasta luftkylningen till en bråkdel av energikostnaden, utan att behöva bygga om datacentret
• För att förstärka traditionell luftkylning med inneslutning finns lätt tillgängliga ekonomiserare för att utnyttja "fri" kylning där miljön tillåter det, och minska energiförbrukningen ytterligare. Tänk bara på att utomhusluften kan innehålla föroreningar och fukt och filtrera eller avstå från att använda den.
• En annan vanlig metod är att helt enkelt höja datacentrets omgivningstemperatur. De flesta utrustningar fungerar utmärkt med en kall gång på över 26°C, och en höjning av omgivningstemperaturen kan minska kylbehovet avsevärt.
• Computational Fluid Dynamics kan användas för att skapa en termisk modell av datacentret och optimera kylning och luftflöde utan att nödvändigtvis behöva omorganisera datacentret. CFT kan användas för att testa hur systemet reagerar på olika förhållanden och för 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 mer omfattande beräkningar.

Även om de ovannämnda 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 som illustrerar konceptet med kallgång/varmgång:

Förutom att optimera befintliga kylningsparadigmer 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 underlaget för avdunstning. Om du någonsin har sett fläktarna som blåser dimma i Las Vegas för att kyla ner semesterfirare vid poolkanten, har du sett denna mekanism 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 faktorer att ta hänsyn till:

För att använda vatten för kylningbehöver datacentret 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 i datacentret, vilket gör direkt evaporativ kylning mer lönsamt 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 man överväger en sådan kan fuktsensorer och prediktiv modellering hjälpa till att förutsäga om DEC kommer att höja luftfuktigheten i rummet över standardgränserna för 60%.

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

Indirekt evaporativ kylning

Den tar i princip varm luft från datacentrets utsida och för den genom en värmeväxlare. Den värmeväxlare underlättar avdunstning och kyler luften när den skickas in i datacentret.

Samtidigt utsöndras 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 fukt eller några externa element till datacentermiljön, vilket kan vara ett problem eller inte.

För att sammanfatta:

• Om utomhuspartiklar eller luftfuktighet är ett problem är indirekt evaporativ kylning i allmänhet lämpligare
• Datacenter med tillgång till vatten och som inte behöver bry sig om väder och vind kan dra nytta av direkt evaporativ kylning för högre effektivitet.

Den mest innovativa av de senaste kylningsstrategierna är dock nedsänkningskylning.

Kylning genom nedsänkning

Alibaba har åtagit sig att använda immersion cooling 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 immersionskylning mycket snart att vara en standard på den listan.

Alibabas teknik för kylning vid nedsänkning från datacenterdynamics.com:

Trots att det finns så stora möjligheter att minska PUE för datacenter är tanken på vätskefördjupning obehaglig för många IT-företag.

I takt med att tekniken förbättras och fler tidiga användare träder fram har det blivit uppenbart att immersionskylning inte bara är genomförbart utan även nödvändigt om datacenter ska kunna hålla jämna steg med de ökande effektivitetskraven i moderna datacenter.

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

Några av övervägandena med nedsänkningskylning är kostnad, smuts, infrastruktur eftermontering, hårddiskkompatibilitet, vikt för leverantörskompatibilitet, säkerhet, golvyta och resursförbrukning.

Även om dessa problem är giltiga för omfattande eftermonteringsprojekt, utgör de inte längre tillräckliga nackdelar för att förhindra ett brett införande i framtida driftsättningar.

Vi ska ta en översiktlig titt på var och en av dem.

Kostnader

Immersionskylning medförde kostnadspremier som uppvägde många av dess energieffektivitetsfördelar, särskilt för retrofit-användningsfall. Faktorer som är ansvariga för dessa kostnadspremier inkluderar:

Mess

Faktum är att olja och andra dielektriska vätskor kan öka underhållsbehovet. Detta varierar beroende på vilken lösningsleverantör som används.

Upprustning av infrastruktur

Tidigare har det inte funnits några mer universellt användbara lösningar för nedsänkning. Detta krävde en total Datacenter eftermontering eller helt nytt byggprojekt för att anpassa tekniken för vätskekylning.

Även om det fortfarande kan vara opraktiskt att tömma mer legacy Datacenter för ny kylteknik är nedsänkningskylning det mer effektiva valet för de flesta nya Datacenter byggnader.

Kompatibilitet med hårddiskar

Standardhårddiskar kan inte sänkas ned i vätskekylsystem.

Förseglad spinning Diskettenheter är ett alternativ, och solid-state-enheter tar upp mer golvyta i moderna Datacenter.

Dessutom kan modifierade drivcaddys användas för att hålla driven ovanför oljans yta.

Kompatibilitet med leverantörer

Tidigare har leverantörerna upphävt garantierna, men eftersom kylning genom nedsänkning har blivit mer etablerat i datacenter infrastruktur, upphäver leverantörerna inte längre garantierna vid användning av immersionskylning.

Dessutom är många kylsystem för nedsänkning, som GRC, kompatibla med alla större server och de flesta rackuppsättningar.

Vikt

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

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

Dessutom, luftkylning infrastruktur är inte längre nödvändigt med immersionskylning, vilket avsevärt minskar den totala vikten på grund av att tunga CRAC:er/kylare/optimerare etc. ersätts.

Med de golvbelastningsmöjligheter som moderna datacenter har och de utrymmesbesparingar som nedsänkt kylning ger, bör vikten inte vara ett förebyggande problem.

Säkerhet

Vid de flesta typer av nedsänkningskylning används icke brandfarliga och icke giftiga vätskor. Halkor på grund av vätskespill är ett berättigat problem.

Golvutrymme

Ett av de större mervärdena med immersionskylning är den minskade golvyta som den ger.

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, kommer det att bli allt viktigare att förbättra resursförbrukningseffektiviteten i våra datacenter infrastruktur system.

Baserat på alla relevanta överväganden inser många företag den potentiella överlägsenheten med immersionskylning, och ett företag har gått så långt som att bygga ett helt datacenter under vatten.

Även om det kanske inte är aktuellt för ditt datacenter bör du allvarligt överväga möjligheten att använda nedsänkningskylning för din hårdvara.

Kraft

Distribution

Man räknar med att en tredjedel av serverns energi går till spillo innan den används för beräkningar.

En stor del av den 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 växelström till likström.

En annan god praxis är att placera de högre spänningarna närmare nätaggregatet än de lägre spänningarna, vilket minskar ledningsdämpningen.

Batterier: Li-ion-batterier, VRLA-batterier eller nickel-zink-batterier?

Även om batterier förmodligen inte är det första du tänker på när du pratar om energi i datacenter, är de en integrerad del av energin i datacenter. I det här avsnittet går vi igenom tre av de primära batterialternativen.

Ventilreglerade bly-syra-batterier (VRLA) har varit standard i många år, men har nackdelar jämfört med andra alternativ:

VRLA är mindre energieffektivt än andra alternativ

• VRLA är mycket farligt - elektrolyten (svavelsyra) i batteriet är frätande, medan blykomponenten bland annat kan orsaka skador på nervsystemet
• Kortare 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
• Mindre urladdning, snabbare laddning och fler urladdningscykler
• Är brandfarliga (får inte överstiga 104 grader Fahrenheit)

Nickel-zink-batterier (från ZincFive):

• Ladda snabbare än antingen
• Har fler urladdningscykler än båda
• Jämförbar batteritid med Li-ion
• Högre effekttäthet
• Låg värmeeffekt
• Inte brandfarligt eller giftigt
• Jämförbar kostnad med avancerade blysystem, lägre prislapp än Li-Ion-batterier med hög effekt

Nickel-Zink-tekniken i sig är inte ny, men den har aldrig tidigare tillämpats på datacenter på samma sätt. Den 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 avsevärt. 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 kan du läsa vår blogg om viktiga funktioner i Windows Server 2019 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 i sitt datacenter.

Även om det inte är troligt att Google kommer att dela med sig av Deepmind som en öppen källkod inom kort, 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 tillhandahålla liknande funktioner i framtiden, även om poolen är ganska torr för tillfället.

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 i grunden annorlunda än AI, eftersom det fortfarande lägger allt beslutsfattande i människornas händer.

DCIM-verktyg kan användas för att optimera driften av datacenter, men med den gigantiska 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 vara otroligt användbara och mer tillgängliga än frukterna av AI:s arbete.

Med ökad insyn i vad som händer i datacentret kan du fatta mer välgrundade beslut - åtminstone tills djupinlärningsprogrammen kan hantera allt åt oss.

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

Men förlita dig inte bara på verktygen: bästa praxis för energieffektivitet i datacenter innebär manuella inspektioner för att få insikter som nätverksverktygen kan missa.

Slutsatser: Förbättrad effektivitet och kostnadsbesparingar

Genom att använda tekniken, strategin och tekniken i den här guiden för bästa praxis för energieffektivitet i datacenter kan du stadigt närma dig det perfekta 1,0 PUE-indexet nära företag som Google och Facebook, och därmed dra nytta av de driftskostnadsbesparingar och lägre miljöpåverkan som följer med ett mer effektivt 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 ni verklig visibilitet som hjälper er att hantera datacentret effektivt? Börja med att utvärdera marknaden för DCIM-verktyg så att du kan fatta välgrundade beslut.

Behöver ni frigöra golvyta och har föråldrade servrar? Undersök alternativen för servervirtualisering tillsammans med teamet. Oavsett vilket område det gäller kommer det nästan alltid att löna sig att gå vidare med konsekventa insatser på eftersatta områden genom förbättringar av OPEX eller miljöpåverkan.

Att gå vidare: Allt måste beaktas vid framtidssäkring av nya datacenter

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

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

När dessa metoder är riktigt viktiga är efter avveckling av befintliga datacenter och bygga ut de nya.

Om du funderar på vilken typ av servrar du ska köpa till ett nytt datacenter, se till att läsa våra inlägg om servrar i vit låda och Jämförelse mellan HPE- och Dell-servrar för att hitta det som bäst passar dina behov.

Mer energieffektiva datacenter kommer att bidra till att göra dem mer kostnadseffektiva både för datacenteroperatörer och slutanvändare, samt till att minska varje enskilt datacenters miljöpåverkan. Eftersom efterfrågan på datacenterkapacitet fortsätter att öka kommer det att bli allt viktigare att ha mer effektiva system på plats för att balansera deras energibehov och hålla kostnaderna nere för alla.

Så länge vi anstränger oss för att förbättra vår energieffektivitet kan vi hålla vår miljöpåverkan på ett minimum och njuta av denna stora blå kula i himlen som vi kallar vårt hem under många år framöver.

Har du något att tillägga? Låt oss veta vad du tycker i kommentarer nedan!