Moderné UPS znížia spotrebu dátových centier

Rastúce nároky na výpočtový výkon v dátových centrách vedú k nasadeniu systémov s vysokou hustotou IT prvkov. Zvýšiť aj kapacitu napájania je však často problematické. Aké sú možné nápravné kroky?

Pred desiatimi rokmi bolo pri návrhu dátového centra hlavným cieľom získať hrubý výpočtový výkon, ktorý by bol schopný udržať krok s explodujúcimi požiadavkami aplikácií. Podporná infraštruktúra bola pritom daná. Tento scenár sa pred niekoľkými rokmi otočil. Hrubý výpočtový výkon je vopred daný, ale infraštruktúra potrebná na jeho podporu je predmetom kreatívneho návrhu. A napájanie v ňom nevyhnutne hrá jednu z hlavných rolí.

V mnohých dátových centrách sú napájacie a klimatizačné systémy dnes zaťažené až na kritickú hranicu a blížia sa k svojej limitnej kapacite. Náklady na napájanie a klimatizáciu dosahujú viac než polovicu výdavkov na IT a požiadavky na príkon neustále eskalujú.

Servery s vysokou hustotou nasadenia vytvárajú oveľa viac stratového tepla, než to bolo predtým v prípade inštalácie jednotlivých zariadení. Túto energiu musia odviesť často preťažené klimatizačné systémy, ktoré však týmto úkonom spotrebúvajú ďalšiu elektrinu a vytvárajú ešte väčšie teplo. Na tejto bludnej špirále potom skončí v dôsledku prekročenia elektrického príkonu veľké množstvo dátových centier.

To nie je veľmi lákavá perspektíva, najmä vzhľadom na to, že nové architektúry serverov prinášajú exponenciálny nárast požiadaviek na príkon, počet napájacích zásuviek a redundanciu. Možno vaše dátové centrum nie je dnes ešte na konci svojich možností, no ak si premietnete súčasné trendy do horizontu najbližších troch až piatich rokov, bude to tak aj naďalej? Jedna z možností je, samozrejme, vykonať v plánovanom horizonte celkovú modernizáciu alebo generálnu úpravu.

Existujú však aj iné praktické a cenovo dostupné spôsoby, ako využiť skryté kapacity, zvýšiť úžitkovú hodnotu existujúcej inštalácie a oddialiť deň, keď sa budú musieť realizovať zásadné investície do napájania a klimatizácie.

V nasledujúcich riadkoch budú predstavené niektoré riešenia so zameraním na systémy UPS (neprerušiteľné zdroje napájania – Uninterruptible Power Supply), ktoré možno využiť v podstate okamžite. Niektoré z nich sa zdajú samozrejmé, všeobecne prijímané, ale využíva ich napočudovanie len obmedzený počet organizácií. Ide o monitorovanie a meranie napájacích systémov tak, aby ich bolo možné efektívnejšie a ekonomickejšie spravovať, ďalej o použitie nových vysoko účinných produktov UPS a rozvodov napájania a konečne využitie dnešných investícií na budúcu expanziu pomocou modulárnych blokov.

Monitoring údajov
Veľa správcov dátových centier ani dnes často nepozná efektivitu svojich IT zariadení ani inštalovanej infraštruktúry, a tak ani nemá jasnú predstavu o tom, ako túto efektivitu zvýšiť tak, aby znížili požiadavky na príkon alebo klimatizáciu. Existuje rad ľahko dosiahnuteľných prostriedkov, ktoré stojí za to preskúmať a ktoré môžu viesť k podstatnému zníženiu nákladov na energiu a prevádzku, ktorý je šetrný k životnému prostrediu.

Aký podiel príkonu dátového centra ide do IT systémov a aká časť do podporných systémov, ako je ovládanie klimatizácie a zabezpečenie, a energetických rozvodov? Koľko z každej kilowatthodiny privedenej do IT systémov sa premietne do reálneho IT výstupu? Odpovede na tieto otázky vám poskytnú obrázok toho, koľko príkonu sa spotrebúva na každú produktívnu jednotku reálneho obchodného výstupu, napríklad počet obslúžených webových stránok, spracovaných obchodných transakcií alebo príslušnej prevádzky dátovej siete.

Hoci na efektivitu IT neexistujú žiadne naozajstné priemyselné mierky, niektoré mierky sú dostupné pre efektivitu infraštruktúry na mieste inštalácie. Nezisková organizácia Green Grid (www.thegreengrid.org) odporúča pracovať s koeficientom nazvaným efektivita využitia príkonu (UPV – Power Usage Efectiveness) alebo jej recipročnou hodnotou účinnosť dátového centra (DCiE – Data Center Efficiency). UPV predstavuje pomer celkového príkonu dátového centra vo vzťahu s celkovým príkonom IT zariadení, pričom hodnota DCiE sa rovná výsledku 1/PUE. Za ideálnu hodnotu UPV sa pritom považuje 1,6. Akékoľvek dobre navrhnuté a dobre prevádzkované dátové centrum môže reálne dosiahnuť hodnoty UPV nižšie ako 2 a pritom spĺňať podnikové ciele.

Ak budú IT manažéri vedieť, aká je ich východisková pozícia v tejto metrike, môžu sledovať časový priebeh efektivity a odhaliť tak ďalšie možnosti maximalizácie IT výstupu a zníženia vstupného príkonu, napríklad použiť riadenie príkonu serverov, nasadiť virtualizáciu serverov a pod. Takisto zistia, kde možno znížiť straty a zvýšiť nízku účinnosť podporných systémov.

Problémy možno zviditeľniť tak pri pohľade zo strany IT, ako aj z pohľadu spravovania objektu. Napríklad monitorovacie systémy elektrického napájania umožňujú manažérom IT, manažérom finančných inštitúcií alebo správcom budov spoločne zobraziť stav ich kľúčových energetických zariadení – primárnych rozvádzačov, generátorov, systémov riadenia budov, klimatizácie, kontroly prístupu, UPS, jednotlivých napájacích vetiev atď. Títo vedúci pracovníci tak majú oveľa lepší prehľad, než aký by im poskytovali jednotlivé jednoúčelové systémy. Pomocou takéhoto zastrešujúceho pohľadu možno robiť optimálne rozhodnutia a získať z existujúcich napájacích a klimatizačných zariadení vyšší výkon.

Efektívnejšie infraštruktúra
Technologický pokrok v posledných rokoch podstatne zvýšil efektívnosť systémov UPS. Zhruba pred 30 rokmi sa účinnosť týchto zariadení pohybovala okolo 75 – 80 %. Súčasné modely pracujú bežne s účinnosťou okolo 90 %, pričom najmodernejšie typy s dynamickým prepínaním medzi prevádzkovými režimami dosahujú hodnotu tohto parametra, ktorá sa blíži 99 %.

Aj malé zvýšenie účinnosti UPS sa však môže rýchlo premietnuť do úspor niekoľkých stoviek eur, do vyššieho disponibilného výkonu a do nižších nákladov na klimatizáciu. V dátovom centre s príkonom 1 MW vytvára systém UPS starý 10 rokov približne 150 kW stratového výkonu a tomu zodpovedajúceho množstva stratového tepla. Náhradou tohto zastaraného zariadenia novou UPS s veľmi vysokou účinnosťou možno uvoľniť až 120 kW napájacieho výkonu využiteľného pre ďalšie inštalované IT systémy a súčasne dôjde aj k zníženiu zaťaženia klimatizačných systémov.

Pretože účinnosť UPS je dnes pomerne horúca téma, existuje veľa marketingových fínt, na ktoré by si mali zodpovední manažéri dávať dobrý pozor.

• Berte údaje dodávateľov o účinnosti s rezervou. Pri posudzovaní UPS nestačí poznať špičkovú účinnosť dosahovanú len pri plnom zaťažení (to je obvykle udávaná hodnota účinnosti). Pretože veľa IT systémov používa zdvojené napájacie zdroje, typická UPS je zvyčajne zaťažená na menej ako polovicu, v niektorých prípadoch dokonca len na 20 – 40 %. Pri nižšom zaťažení však má mnoho UPS podstatne nižšiu účinnosť. Ak IT manažér hodnotí systém UPS, mal by vziať do úvahy jeho profil energetickej účinnosti v celom výkonovom spektre.
• Posúďte skryté náklady spojené s vyhotovením UPS. Ak vyberiete z dôvodu vysokej účinnosti technológiu line-interactive, budete schopní chrániť IT zariadenia pred prechodovými javmi na napájaní a kolísaním frekvencie? Možno budete potrebovať vstupné filtre, aby ste znížili na prijateľnú úroveň celkové nelineárne skreslenie (THD). Niektorí dodávatelia inzerujú príťažlivé hodnoty energetickej účinnosti, potom však musia používať dodatočné vstupné filtre na zníženie THD, ktoré účinnosť aj spoľahlivosť znižujú. Už len rozdiel účinnosti 1 % pri výkone 500 kVA znamená zreteľnú úsporu ročných nákladov.
• Správny systém UPS môže znížiť náklady na klimatizáciu. UPS pracujúce s vyššou účinnosťou vytvára menej stratového tepla a tým znižuje náklady na chladenie. Úspory sú však zviazané s veľkosťou dátového centra.

Ochrana investícií
Ak IT manažéri predimenzujú napájaciu a klimatizačnú infraštruktúru preto, aby sa vyrovnali s neznámym rastom v budúcnosti, bude to ich firmu stáť z hľadiska súčasných potrieb priveľa finančných prostriedkov, pričom prevádzka bude v dôsledku nedostatočného využitia štruktúry neefektívna. Nové projekty musia byť preto modulárne, aby umožnili rozširovanie infraštruktúry podľa potrieb a zároveň boli v súčasnosti efektívne prevádzkované.

Začať sa môže s budovaním fyzických priestorov po sekciách s modulárnym nárastom sprievodnej infraštruktúry. Počiatočné náklady budú nižšie a budúce investície budú môcť využívať novo nastupujúce technológie.

Takisto možno sústrediť bloky IT s vysokou energetickou spotrebou do tzv. klastrov a zón s vysokou hustotou, pritom napájaciu infraštruktúru prispôsobiť presne požiadavkám jednotlivých stojanov a radov. Nie je potrebné zabezpečovať vysoko dimenzované napájanie na každom štvorcovom metri dátového centra, keď takéto dimenzovanie potrebuje len určitý podiel stojanov.

Spomínané prispôsobenie napájacej infraštruktúry na mieru sa dá ľahko dosiahnuť práve pomocou súčasných modulárnych UPS a pomocou ich paralelného radenia. V minulosti bola filozofia „plať, ako rastieš“ obmedzená iba na malé zariadenia UPS - na jednofázové a trojfázové modely s výkonom menším ako 50 kVA. Teraz už je k dispozícii modularita aj „vo veľkej miere“, keď výkony takých UPS sú 500 kVA a vyššie.

Záver
Dobrá správa je, že väčšina dátových centier môže dramaticky znížiť spotrebu uváženou voľbou spôsobu manažmentu, výberom IT hardvéru, napájacej infraštruktúry a klimatizácie. Ako príklad môže poslúžiť porovnanie, že úspory na účtoch za elektrinu pri serveri s vyššou účinnosťou sú za tri roky takmer rovné cene nového zariadenia. Ak používatelia spoja túto stratégiu s energeticky účinnejšími napájacími systémami a klimatizáciou, potom stredne veľké dátové centrum s 1500 servermi môže ušetriť aj desiatky tisícov eur a pritom sa ešte znížia emisie skleníkových plynov idúce na ťarchu príslušnej organizácie.

Ed Spears je pracovníkom firmy Eaton Corporation, Filip Procházka je riaditeľom spoločnosti Eaton Electric ČR.

Zdroj: computerworld.cz