مصرف برق اتاق سرور : نبرد میان تقاضا و کارایی

مصرف برق اتاق سرور

در دنیایی که فناوری مبتنی بر اینترنت بر آن تسلط دارد، مراکز داده مغزهایی هستند که اکوسیستم دیجیتال را سرپا نگاه می‌دارند. اتاق‌های سرور که مسئولیت پردازش، ذخیره و انتقال داده‌ها را بر عهده دارند، ارزش بسیار زیادی دارند، و – به طور گسترده – زیرساخت‌ها و منابع مورد استفاده برای نگهداری آنها نیز ارزش زیادی دارند. رگ حیاتی که همه سیستم‌های دیجیتال را ممکن می‌سازد، الکتریسیته است و مدیران مراکز داده نسبت به همه از این موضوع آگاه‌تر هستند.

علاوه بر مدیریت ناوگانی از سرورها و تجهیزات، قبض برق و تخصیص نیرو در نظر گرفتن ملاحظاتی برای مدیران سرور ضروری است. با توجه به کمبود و اثرات زیست محیطی سوخت‌های فسیلی، سازمان‌ها همچنان به فکر منابع انرژی پایدار هستند. با نوآوری و تخصص در فناوری سرور، بسیاری از سازمان‌ها، مراکز داده مجازی‌سازی یا کولوکیشنی را انتخاب می‌کنند که مقیاس‌پذیری بیشتری را ارائه می‌دهند. در اینجا ما به مصرف برق اتاق سرور نگاهی می‌اندازیم.

توزیع برق

مراکز داده، مانند بسیاری از حوزه‌های فناوری، نیازمند توجه دقیق به جزئیات هستند. بدون دید هوشمندانه در موجودی ماژول و تجهیزات، برآورد نیاز برق می‌تواند ناکارآمد، پرهزینه یا غیرقابل مدیریت باشد. با شروع بررسی مشخصات تجهیزات، مدیران آمپر مورد نیاز کل اتاق سرور را استخراج می‌کنند. با در نظر گرفتن کل آمپر مورد نیاز، مدیر می‌تواند برق را به طور مناسب توزیع کند و مقدار واحدهای توزیع برق (PDU) را تعیین کند.

PDUها توان توزیع شده را به چندین رک یا ماژول ارائه می‌دهند، اما برخلاف یک نوار برق استاندارد، PDU برای اتصال به شبکه، نظارت بر محیط زیست و دسترسی از راه دور مناسب است. از آنجایی که سرورهای رک می‌توانند در نیازهای برق متفاوت باشند، قرار دادن مکان‌های سرور در کنار منابع برق مناسب ضروری است. هرچه سرور قدرتمندتر باشد، چگالی توان بیشتر است. این بدان معناست که وات بیشتر و مدارهای گسترده‌تری برای مدیریت توان و خنک کننده اضافی مورد نیاز است.

چگالی بالا = انرژی، نیازهای خنک کننده

چگالی توان به عنوان یک اصطلاح، میزان توانی را که می‌توان در هر رک تامین کرد و به قابلیت‌های کل مرکز داده گسترش می‌دهد، توصیف می‌کند. پیش از این بر حسب وات بر فوت مربع اندازه‌گیری شده بود، سیستم متریک گذشته نتوانست تعداد رک‌ها و کابینت‌ها را در نظر بگیرد، و همین امر باعث اتخاذ کیلووات در هر رک (کیلووات/رک) شد. با تقاضای کم برای منابع مرکز داده پیش از دهه 1980، چگالی توان در اولویت نبود و چگالی بالا به اندازه 2 تا 4 کیلو وات در هر رک در نظر گرفته می‌شد.

امروزه، بسته به مرکز داده، برخی از رک‌ها می‌توانند به 20 کیلو وات برسند در حالی که میانگین آن نزدیک به 7 کیلو وات است. از آنجایی که تقاضا برای مراکز داده افزایش یافته و همچنان در حال افزایش است، یک چالش حیاتی برای عملکرد سرور با تراکم بالا خنک کردن و تهویه است. راهکارهای در حال پیشرفت برای برآورده کردن این تقاضا شامل خنک کننده مایع و خنک کننده رایگان پایدار با استفاده از منابع انرژی سبز است.

برآورد تقاضای برق

با شروع نیازسنجی، مدیران می‌توانند نیازهای برق را از تجهیزات موجود و پیش‌بینی شده تخمین بزنند. دانستن توان کافی برای تغذیه بارهای حیاتی، حفظ سرمایش و تهویه و موارد دیگر. تجهیزات مرکز داده شامل سرورها، روشنایی، کنترل‌های محیطی، سیستم‌های اطفاء حریق، آلارم‌های امنیتی، دوربین‌های نظارتی، سنسورها، هوا، سیستم‌های خنک کننده و تهویه می‌باشد. به عنوان مثال، در اینجا یک تفکیک از الزامات الکتریکی یک مرکز داده استاندارد آورده شده است:

منبع توان توضیح
سیستم‌های خنک کننده 50 درصد مکانیسم خنک کننده برای حفظ شرایط مناسب
بارهای حیاتی 36 درصد استفاده از پلاک تجهیزات برای جدول‌بندی بارهای پایه و در نظر گرفتن بارهای آینده بر اساس ظرفیت اضافی
ماژول‌های UPS 11 درصد بهره‌وری UPS و شارژ باتری برای افزونگی
نورپردازی 3 درصد نورپردازی اتاق سرور؛ معمولا 2 وات بر فوت مربع

تشکیل 86 درصد از نیازهای الکتریکی مرکز داده نمونه ما، دو شاخص مهم در محاسبه مصرف برق اتاق سرور است: بارهای بحرانی کل و بارهای خنک کننده کل. ماژول منبع برق اضطراری (UPS) کوچکتر اما برای ادامه داشتن جریان برق حیاتی است، هنگامی که منبع برق اصلی از کار بیفتد، افزونگی را ارائه می‌دهد.

 

آینده: بهره‌وری انرژی

مراکز داده هنگام در نظر گرفتن ظرفیت آنها برای خدمات هم‌محلی، راه‌حل‌های ابری و تضمین‌های انطباق، ضروری هستند. نگرانی این است که آیا ارزش انرژی سوزانده شده شایستگی مزایای آن را دارد یا خیر. در سال 2017، مصرف برق جهانی مرکز داده در مجموع 416 تراوات یا 3 درصد از برق جهانی بود و اتاق‌های سرور آمریکایی 90 میلیارد کیلووات مصرف می‌کردند. برآورده ساختن این خواسته‌های عظیم، برخی از بزرگترین ارائه دهندگان فضای ابری را به طراحی سرورها و تراشه‌های سفارشی ترغیب کرده است.

پیشرفت در مدیریت مرکز داده از اواسط دهه 2000 تفاوت بزرگی در کارایی ایجاد کرده است. به گفته تحلیلگران، مصرف برق اتاق سرور با استفاده از تراشه‌های کم مصرف و SSD تا 80 درصد کاهش یافت. مرکز داده و فروشنده vXchnge نکات زیر را برای بهبود مصرف انرژی مرکز داده ارائه کرده است.

  1. از بین بردن وابستگی‌های خنک کننده با کم کردن حجم کاری، حذف تجهیزات غیر ضروری
  2. دماهای مختلف را برای درک کارآمدترین درجه‌ها و کاهش هزینه‌ها آزمایش کنید
  3. ظرفیت‌ها و بارگذاری‌های سرور را هماهنگ کنید تا به درخواست‌ها به صورت آنی پاسخ دهید
  4. سرورهای زامبی را که بدون استفاده در حال اجرا هستند، شناسایی و حذف کنید
  5. بهینه‌سازی یا کاهش فضا، دانستن اینکه می‌تواند هزینه‌های خنک کننده را افزایش دهد
  6. ایجاد مشارکت‌های تامین کننده قوی‌تر برای یک رابطه سودمند متقابل

اتاق‌های سرور به قدرت بسیار زیاد و سطحی از قابلیت اطمینان و عملکرد نیاز دارند که داده‌ها را آنلاین و برای استفاده‌های با شدت بالا در دسترس نگه می‌دارد. اتخاذ شیوه‌های مصرف انرژی پایدار می‌تواند دید بیشتری را به هزینه‌های اولیه ارائه دهد و بار کلی انرژی را کاهش دهد.

فلات مصرف برق

علی رغم افزایش سرعت خدمات اطلاعات دیجیتال در دهه گذشته، مصرف انرژی جهانی مراکز داده بین سال‌های 2010 تا 2018 تنها 6 درصد افزایش یافته است. اتاق فکر انرژی و محیط زیست Energy Innovation به سه عامل برای این فلات اشاره می‌کند.

  • بهبود بهره‌وری انرژی دستگاه‌های IT (سرورها، هارد دیسک‌ها)
  • نرم‌افزار مجازی‌سازی سرور، که در آن چندین برنامه می‌توانند روی یک سرور اجرا شوند
  • نمونه‌های محاسباتی به مراکز داده بزرگ ابری و مقیاس بزرگ منتقل شدند، جایی که خنک کننده فوق‌العاده کارآمد در دسترس است

اکثر تحلیلگران مجبور به استفاده از روش‌های مبتنی بر اطلاعات محدود در دسترس عموم برای محاسبه مصرف برق اتاق سرور جهانی هستند. در حالی که برخی از سازمان‌ها مانند گوگل، اپل و فیس‌بوک چنین داده‌هایی را گزارش می‌کنند، فقدان بینش نسبت به صنعت جهانی به طور کلی به تخمین‌هایی بسیار بالاتر از واقعیت منجر شده است. مراکز داده نسبت به رانندگی، پرواز و انرژی زغال سنگ کارآمدتر عمل می‌کنند.

با نگاهی به آینده، بارهای کاری فشرده ناشی از هوش مصنوعی و یادگیری ماشین می‌تواند به معنای کارایی کمتر در سال‌های آینده باشد. سرمایه‌گذاری در تحقیق و توسعه به جهت فناوری‌های محاسباتی، ذخیره‌سازی و خنک‌کننده پرقدرت – و همچنین انرژی کارآمد – بخش‌های اساسی این پازل است.

ملاحظات کولوکیشن

مراکز کولوکیشن که نسبت به ساخت یک مرکز داده خصوصی هزینه و زمان کمتری دارند، امکانات مشترکی هستند که اجاره‌کنندگان هزینه‌ها را به اشتراک می‌گذارند. در حالی که سازمان‌هایی که از کولوکیشن برای میزبانی سرور استفاده می‌کنند به طور طبیعی کنترل فیزیکی کمتری بر ماژول‌های خود دارند، مراکز داده همچنان به بهبود قابلیت‌های کنترل از راه دور ادامه می‌دهند. از دفتر خانه یا محل کار، مدیران می‌توانند مجموعه‌ای از سرورها را در یک قاره دورتر مدیریت کنند.

کولوکیشن یک راهکار مقیاس‌پذیر است که به محدودیت‌های مراکز داده خصوصی می‌پردازد و سطوح بالاتری از پهنای باند را نسبت به اتاق متوسط سرور اداری ارائه می‌دهد. مراکز کولوکیشن با توجه به اینکه در مدیریت سرور مانند پشتیبان‌گیری از داده‌ها و گزینه‌های شبکه با تاخیر کم تخصص دارند، قابل اعتمادتر هستند. یک مزیت افزوده گستره حفاظت فیزیکی و محیطی است. مراکز داده که برای مقاومت در برابر موقعیت مکانی ساخته شده‌اند، شامل نظارت دوربین مدار بسته، مجموعه‌های خصوصی و سیستم‌های سرکوب هستند.

کولوکیشن در مقابل فضای ابری عمومی

مجازی بودن یا مجازی نبودن، مسئله این است. راهکارهای مبتنی بر فضای ابری ممکن است خدمات مشابهی را ارائه دهند، اما به قیمت کنترل کمتر تجهیزات جانبی برای سرور، ذخیره‌سازی و عناصر شبکه. مانند بسیاری از ارائه‌های فضای ابری، سازمان‌ها مسئول کسری از تنظیماتی هستند که یک مرکز داده خصوصی یا مرکز کولوکیشن به آن نیاز دارد. در حالی که روندهای دهه گذشته استفاده از قدرت فضای ابری را توصیه می‌کند، آسیب‌پذیری‌های فضای ابری عمومی نمی‌توانند توسط متخصصان فناوری اطلاعات نادیده گرفته شوند و به نظر می‌رسد شرکت‌ها به سمت حفظ حداقلی برخی از زیرساخت‌های داخلی تمایل دارند.