Eaton возглавляет проект GreenDataNet, который сделает центры обработки данных более эффективными и надежными

19 июня 2014 г. | Бриссон Сирилл | Категория: Обсуждаем статью

На рубеже столетий, после нескольких лет бурного роста, энергопотребление центров обработки данных превысило порог в 1 % от всей энергии, вырабатываемой в странах с развитой экономикой.

Представители ИТ-индустрии осознали, что дальнейшее продолжение этого роста окажет значительное влияние на экономику и экологию. В результате фокус внимания исследователей в данной отрасли сместился с увеличения производительности и вычислительной мощности на повышение энергетической эффективности.

Компания Eaton возглавила финансируемый Европейским союзом консорциум, который занимается решением этой проблемы. В него входят различные компании, университеты и исследовательские институты, а результаты работы будут бесплатными для всех желающих.

Неожиданные последствия развития мобильных технологий

Одним из наиболее мощных факторов повышения энергоэффективности в области ИТ стало развитие мобильных устройств. Повышение требований к характеристикам дисплеев и микросхем побуждает такие компании, как ARM, разрабатывать более энергоэффективные технологии для смартфонов и планшетов. В связи с этим появляется возможность использовать разработанные для мобильных устройств технологии для повышения энергоэффективности серверов и сетевых коммутаторов.

Следствием внедрения более производительных чипов в мобильные устройства стало увеличение объема генерируемых и обрабатываемых ими данных, в результате чего возросла нагрузка на ЦОДы. А справившись с ростом нагрузки, вызванной смартфонами, они столкнутся со следующей волной, вызванной Интернетом вещей.

Ожидаемые последствия перехода на возобновляемые источники энергии

Осуществляемый сейчас в Европе переход на возобновляемые источники энергии связан с рядом проблем. Увеличение доли возобновляемых источников в энергосистеме заставляет переделывать существующие электросети практически с нуля. Представители энергетических компаний и эксперты-энергетики с самого начала знали, что для коммунальных служб и рядовых потребителей электроэнергии очень важными станут четыре вопроса:

- Возобновляемые источники нестабильны, поскольку солнце не всегда светит, а ветер не всегда дует. В результате нужно устанавливать генераторов в несколько раз больше, чем требуется.

- Перебои в подаче энергии от восстанавливаемых источников должны компенсироваться энергоснабжением от традиционных источников.

- Существующая энергосистема не рассчитана на большое количество распределенных генераторных установок.

- Инфраструктура передачи энергии от места ее генерации к месту потребления пока вообще не создана.

Очень сложно сократить расходы, связанные с решением этих вопросов, без существенных изменений в структуре потребления. Пока большинство идей сводится к тому, чтобы энергия от возобновляемых источников потреблялась или аккумулировалась на месте ее выработки. Без упомянутых изменений невозможно создать широкомасштабную, экологически устойчивую и финансово стабильную систему генерации. В любом случае, увеличение числа возобновляемых источников делает систему генерации более неустойчивой.

Если проблема не решается в лоб, нужен творческий подход

Поскольку потребление ИТ-оборудования возрастает всякий раз, когда пользователи хотят воспользоваться сервисами ЦОДа, то система его питания изначально рассчитана на максимальную потребляемую мощность. Инфраструктура сетей и ЦОДов могла быть более энергоэффективной и при высоких, и при низких нагрузках, но время их возникновения зависит от нас, пользователей.

ЦОДы часто являются главными потребителями энергии, особенно в городских районах, где они окружены офисными, торговыми и жилыми зданиями. Это ставит энергоснабжающие компании в трудное положение в периоды пикового потребления: если отключить питание ЦОДа, то он запустит свои дизель-генераторы, которые начнут загрязнять воздух вокруг, а если не отключать ЦОД, то возникнут проблемы с энергоснабжением остальных потребителей. Это усложняется тем, что в ряде стран, таких как Великобритания, потребители законодательно защищены от отключения энергоснабжения вследствие дефицита мощности.

Для того чтобы увязать увеличение числа нестабильных источников энергии с быстро растущим и неэластичных  потреблением, нужен другой подход. "Умные города" (Smart Cities) являются попыткой среди прочего решить и эту проблему.

Почему городские ЦОДы?

Проект GreenDataNet (GDN), финансируемый Евросоюзом в рамках исследовательских грантов FP7, отвечает запросам "умных городов". Он нацелен на типичные для Европы небольшие и средние ЦОДы, а не на строящиеся в США ЦОДы общегородского масштаба. В тесной Европе гораздо сложнее найти подходящие земельные участки, к которым подведены достаточно мощные линии электропередачи.

Соблюдение законодательных норм при взаимодействии ЦОДа и энергосистемы также представляет собой очень сложную проблему (например, в Стокгольме запрещается использовать дизель-генераторы). Это заставляет нас искать ключ к ее решению как внутри, так и за пределами ЦОДа. Больше всего в усовершенствовании нуждаются ЦОДы в странах континентальной Европы, поскольку в Скандинавии в силу местной специфики они требуют меньшего охлаждения и могут потреблять энергию от ГЭС. Одним из решений, которое не требует холодной погоды или доступа к гидрогенераторам, является использование аккумуляторных батарей. Участвуя в консорциуме GDN, компания Nissan предоставляет для хранения энергии аккумуляторы, отработавшие свой срок службы на электрических и гибридных транспортных средствах, но всё еще имеющие не менее трех четвертей исходной емкости.

Объединение усилий множества организаций

Чтобы изменить характеристики каждого элемента цепочки между генератором и потребителем возобновляемой энергии, нужны навыки и опыт, которыми не обладает ни одна организация.

Уникальной особенностью консорциума является объединение участников, абсолютно различающихся по своему типу и области деятельности:

- Три глобальных компании: Eaton – лидер проекта, а также Nissan и Credit Suisse.

- Два университета: ИТ лаборатория Федеральной политехнической школы Лозанны (EPFL) и итальянский Университет Тренто (UniTrento).

- Комиссия по альтернативным источникам и атомной энергии Франции (CEA).

- Голландская компания ICT Room, специализирующаяся на проектировании, строительстве, эксплуатации и обслуживании ЦОДов.

Сокращение энергопотребления ЦОДа

Чтобы оптимизировать использование энергии в ЦОДах, Eaton будет работать над технологиями интеграции данных из нескольких областей: информация о состоянии энергосистемы (доступная мощность возобновляемых источников, тарифы, пиковые нагрузки и т.д.) и погодных условиях, питание и охлаждении ЦОДа, распределение ИТ-нагрузки между стойками и ЦОДами.

Компании Credit Suisse и EPFL будут заниматься интеграцией данных от датчиков параметров окружающей среды и использовать их для создания виртуализированных сред, максимально приближенных к реальным. Цель – увеличить DT, чтобы повысить эффективность охлаждающего оборудования без риска для работы ЦОДа. Для проекта GDN было важно иметь в своем составе опытного оператора ЦОДа с ответственными нагрузками, такого как Credit Suisse, на примере которого можно показать преимущества новой технологии, а не просто использования отказоустойчивых нагрузок, таких как гипермасштабные облака, для более широкой группы ЦОДов.

Вариант реализации этой идеи можно протестировать на других демонстрационных объектах: распределение нагрузки на большее число стоек позволяет уменьшить тепловую нагрузку на стойку и увеличить период естественного охлаждения.

Партнер GDN, политехническая школа EPFL, долгое время работает над повышением эффективности процессоров, материнских плат и программного обеспечения, что делает ее центральным участником других проектов, в которых участвуют многие члены консорциума. Однако в этом проекте тема "лучшая платформа для исполнения" была сознательно закрыта для того, чтобы сфокусироваться на максимальном повышении эффективности существующего ИТ-оборудования и инфраструктуры.

Надежный буфер для накопления доступной энергии

Цель данного проекта можно выразить простыми словами: самая дешевая энергия должна получаться из самого распространенного и экологически чистого источника. Это имеет особое значение в Европе, где энергоснабжение регулируется наиболее строгим образом и предусмотрены суровые наказания за превышение нормы углеродных выбросов. Но хотя объем энергии от возобновляемых источников непредсказуем, как и нагрузка на ЦОДы, ее нужно так или иначе аккумулировать. В прошлом это было очень трудной и дорогой задачей. Мы попытались изменить ситуацию, используя четыре подхода:

1. Во-первых, крупный потребитель, сделавший значительные инвестиции в хранение энергии, становится привязанным к этой схеме. Но система хранения энергии будет обслуживать только одного хозяина, который сможет оптимизировать ее в соответствии со своими потребностями.
2. Во-вторых, алгоритмы, внедряемые EPFL, UniTrento и CEA, помогут регулировать время заряда и разряда аккумуляторных батарей для оптимизации выбранной переменной – величины расходов, нагрузки на сеть и т.п.
3. В-третьих, выбор защищенных систем электроснабжения снижает эксплуатационные расходы, поскольку в них уже входят ИБП с зарядными устройствами. Таким образом, нагрузка, независимо от мощности, может питаться от батарей или сети.
4. В-четвертых, в рамках этого проекта компания Eaton реализует возможность подачи энергии от возобновляемого источника непосредственно на шину постоянного тока своих ИБП, избегая потерь при ее преобразовании. ИБП может или накапливать эту энергию, или подавать ее в нагрузку вместе с энергией от сети в виде чистого синусоидального напряжения. Наша задача значительно упрощается благодаря использованию полнофункционального решения от Nissan. Оно объединяет аккумуляторные батареи, алгоритмы их зарядки и терморегулирования, прошедшие все испытания по безопасности для использования на гибридных транспортных средствах.

Больше, чем просто проект

Проект будет реализован за три года и по его окончанию мы не планируем представлять доказательства правоты новой концепции. Вместо этого мы намерены показать, как она работает в реальных ЦОДах. Компания ICTRoom поможет в реализации проектов ЦОДов, выбирая перспективных кандидатов и проектируя их инфраструктуру с нуля с использованием технологий, разработанных консорциумом.

Частью наших обязательств при приеме гранта ЕС было максимальное распространение наших находок. Мы уже начали переговоры с органами по стандартизации относительно обмена информацией и участия в создании и публикации новых нормативных документов.

Нужна дальнейшая работа

Наиболее передовой концепцией, проходящей испытания в рамках проекта, является обеспечение баланса нагрузки между соединенными друг с другом облачными ЦОДами в данной географической области. Более эффективный сбор данных о тарифах позволяет специалистам по облачным ресурсам, таким как компания Cloudability, организовывать более эффективное использование облачных вычислений. Облачные операторы могут проводить более дифференцированную ценовую политику, исходя из доступности энергии и тарифов на нее. Они могут разработать динамическое ценообразование.

Одно не вызывает сомнения – результаты будут очень полезными и доступными для всех. Продолжение следует.

Информация об авторе

Сирилл Бриссон (Cyrille Brisson), вице-президент подразделения "Качественное электропитание" компании Eaton в регионе EMEA

Сирилл Бриссон является вице-президентом подразделения "Качественное электропитание" в регионе EMEA (Европа, Ближний Восток и Азия) Электротехнического сектора компании Eaton – мирового лидера в управлении электроэнергией с годовым объемом продаж $22 млрд.

До этого Бриссон был вице-президентом компании IT Business for Japan (ранее известной как APC Japan) – подразделения Schneider Electric со штаб-квартирой в Токио.

Он обладает более чем 16-летним опытом работы в данной отрасли и начал свою карьеру в Schneider Electric в 1995 г. С тех пор Бриссон занимал различные должности в штаб-квартире, промышленных филиалах и дочерних компаниях в Сингапуре, Израиле и Колумбии, многие из которых были приобретены Schneider Electric, например, Digital Electronics или APC.

В начале своей карьеры, перед переходом на руководящую работу, Бриссон занимался финансами, ИТ и логистикой практически во всех подразделениях Schneider Electric.

Теги: Сирилл Бриссон, Eaton, GreenDataNet