Green IT Focus: Optymalizacja data center, czyli jak zmniejszyć koszty jego utrzymania

4 marca 2011
Porady ekspertów | Green data center

W czasach, gdy wszystkie rynki światowe borykają się z kolejnymi kryzysami ekonomicznymi, firmy dążą do jak największych oszczędności i bardziej efektywnego zarządzania. Podobnie dzieje się na rynku IT, który ściśle zależy od rynku dystrybucji energii elektrycznej. Rosnące w zastraszającym tempie wymagania informatyczne powodują rozwój i rozrost samej infrastruktury, co wymusza z kolei coraz większe zapotrzebowanie na prąd.

Załóżmy, że posiadamy własne data center lub planujemy je zbudować. Co powinniśmy zrobić, by pochłaniało ono o wiele mniej energii elektrycznej, a przy okazji stało się kompatybilne z bardzo modnym ostatnio Green IT? Sposobów jest kilka.

W pierwszym kroku musimy przyjrzeć się, jak przedstawia się ogólne zużycie energii w naszym DC. Wbrew pozorom tylko 30% całkowitej energii to zużycie serwerów – reszta wykorzystywana jest na zasilanie UPS-ów (18%), PDU (5%), na przełączniki oraz oświetlenie (2%). Około 45% stanowi zapotrzebowanie chłodnicze, na które składają się klimatyzatory, schładzacze i nawilżacze powietrza. Nie zapominajmy jednocześnie, że praktycznie cała ilość energii elektrycznej dostarczonej do DC zamieniana jest ostatecznie na wypromieniowane ciepło…

Efektywne chłodzenie
Opierając się na przedstawionych danych, powinniśmy zastanowić się, co zrobić, by chłodzenie naszego centrum było bardziej efektywne. Niezależnie od tego, w jakim wariancie konfiguracji występują nasze jednostki chłodzące możemy podwyższyć temperaturę na ich wylocie. Większość producentów nowych serwerów zaznacza, że ich sprzęt wcale nie potrzebuje arktycznego mrozu na wejściu – temperatura w granicach 25°C w zupełności wystarczy. Dzięki zmniejszeniu wysterowania klimatyzatorów i podwyższeniu temperatury na ich wyjściu łatwo uzyskamy niebagatelne oszczędności energii elektrycznej.

Projektując nowe data center, warto rozważyć także zastosowanie modnego w ostatnim czasie freecoolingu, czyli swobodnego schładzania. Ze względu na geograficzne położenie naszego kraju możemy w okresie od listopada do marca (opierając się na średnich temperaturach miesięcznych) bez problemów wykorzystać zewnętrzne powietrze do obniżenia temperatury wykorzystywanego przez nas czynnika chłodzącego. Dzięki takiemu zabiegowi w sezonie zimowym jesteśmy w stanie sporo obniżyć koszty utrzymania systemu HVAC.

Przebudowa systemu klimatyzacji, stosowanie freecoolingu to przedsięwzięcia inwazyjne i stosunkowo kosztowne. Co zatem możemy poprawić przy mniejszych nakładach inwestycyjnych? Najprostszym rozwiązaniem będzie poprawa kontroli obiegu powietrza w naszym centrum.

Kontrola obiegu powietrza
Zakładając, że nasze centrum przetwarzania danych wykorzystuje klasyczne moduły CRAC, a zimne powietrze dostarczane jest do urządzeń przez podłogę techniczną – mamy kilka rozwiązań, dzięki którym cyrkulacja powietrza będzie dużo lepsza. Po pierwsze możemy skierować schłodzone przez klimatyzatory powietrze dokładnie tam, gdzie jest rzeczywiście potrzebne, czyli do zimnego korytarza.

Dzięki zastosowaniu odpowiednich kurtyn powietrznych montowanych pod podłogą techniczną możemy doprowadzić strumień schłodzonego powietrza bezpośrednio w zimny korytarz, zamiast tłoczyć je pod całą powierzchnię pomieszczenia. Dzięki podniesieniu ciśnienia statycznego powietrza w korytarzu będziemy bardziej efektywnie chłodzić nasze szafy, a jednocześnie (w zależności od rozłożenia infrastruktury) zmniejszymy wysterowanie CRAC.

Zasilanie
Budowa korytarza pod podłogą techniczną wiąże się także z pewnym dobrym zwyczajem, o którym użytkownicy serwerowni często zapominają. Przestrzeń pod podłogą jest medium wymiany tak potrzebnego naszemu sprzętowi powietrza, dlatego miejsce to jest wykorzystywane jako magazynek albo przestrzeń do prowadzenia rozbudowanego zasilania. Nie powinniśmy stawiać strumieniowi powietrza dużych przeszkód na drodze, gdyż sami skazujemy się na obniżenie efektywności chłodzenia naszego systemu.

Rozważmy kwestie zasilania. Oczywiście względy estetyczne i praktyczne wskazują, że umieszczenie linii zasilających pod podłogą będzie bardziej wskazane, ale zajmowana przez nie przestrzeń (najczęściej w zimnym korytarzu) jest jedną z większych przeszkód na drodze do poprawy chłodzenia. Idealną alternatywą jest zastosowanie układu zasilania opartego na szynoprzewodach zamontowanych ponad szafami. Nie ogranicza to wcale naszej elastyczności. Kilku producentów oferuje proste w montażu gniazda przyłączeniowe, dzięki którym w ciągu 10 sekund możemy zainstalować przyłącze w wybranym miejscu.

Cyrkulacja powietrza
Wracając jednak do kwestii cyrkulacji powietrza, dochodzimy do miejsca, gdzie powietrze spod podłogi technicznej wydostaje się przed szafy rackowe. Na ogół w takich miejscach stosowane są kraty wentylacyjne lub niezbyt umiejętnie nawiercone płyty podłogowe.

Dobrym rozwiązaniem jest zastosowanie dedykowanych płyt perforowanych z dodatkowym ożebrowaniem, które „wychwytuje” powietrze dostarczane do zimnego korytarza. Użycie takich właśnie płyt zapewni dostarczenie schłodzonego powietrza na najwyższe poziomy w szafie rackowej – w odróżnieniu od klasycznych rozwiązań, które mają sprawność średnio o połowę mniejszą.

Uszczelnianie przejść kablowych
Patrząc z drugiej strony na korytarz ciepły i styk podłogi podniesionej z przestrzenią pomieszczenia, nie możemy zapominać o uszczelnianiu przejść kablowych. Przeprowadzone przez znane światowe instytucje badania dowodzą, że niezabezpieczone przejścia kablowe przy szafach rackowych, przy braku wyizolowanych korytarzy powietrznych, prowadzą do strat prawie 50% użytecznego powietrza pochodzącego z klimatyzatorów.

Jak więc widać rozwiązanie, które możemy bezinwazyjnie zastosować nawet na działającej infrastrukturze, zapewni nam daleko idące oszczędności w utrzymaniu naszego centrum. Na rynku dostępnych jest wiele przepustów kablowych – różnią się głownie materiałem wypełniającym, wymiarami oraz przeznaczeniem – w zależności od naszych potrzeb dobieramy rozwiązanie najbardziej nam odpowiadające.

Uszczelnianie szafy
Niepożądana jest także recyrkulacja powietrza w obrębie samej szafy. Dobre praktyki mówią, że cała przednia ściana szafy powinna być zapełniona, by wyeliminować przedostawanie się ogrzanego przez serwery powietrza z tyłu na front szafy.

Nie zawsze jednak cała szafa rack zajęta jest przez sprzęt. W takiej sytuacji przydatne będą dostępne na rynku panele zaślepiające – w zależności od potrzeb o wysokości 1 i 2U lub całe panele 27U z możliwością docięcia do pojedynczej jednostki.

Nie należy jednak inwestować w zaślepki metalowe, często dostarczane przez producentów szaf – takiemu rozwiązaniu daleko do prawidłowej szczelności. Pamiętajmy, że nawet szczelina o szerokości 1 mm powoduje niepożądaną recyrkulację powietrza.

Izolacja korytarzy
W sytuacji, gdy mamy już dobrze ukierunkowany strumień powietrza z klimatyzatorów, dobrze uszczelnione przejścia kablowe i brak wolnych przestrzeni w racku, warto rozważyć pełną izolację zimnych lub ciepłych korytarzy w naszym data center. W zależności od potrzeb i wysokości przeznaczonych nakładów inwestycyjnych kwestię można rozwiązać na kilka sposobów.

Najbardziej popularnym rozwiązaniem jest zastosowanie termicznych kurtyn paskowych, przymocowanych do sufitu w miejscach okalających zimny korytarz między rzędami szaf. Zapobiega to przedostawaniu się schłodzonego powietrza do przestrzeni serwerowni, co rzutować będzie na potrzebę mniejszego wysterowania klimatyzatorów, czyli na dostarczenie mniejszej ilości energii elektrycznej.

Gwoli ciekawostki – takie niskonakładowe rozwiązania stosowane są w największych centrach firm Google czy Sun Microsystems. Opisana opcja polecana jest szczególnie w przypadku, gdy w rzędach posiadamy szafy różnych producentów o różnych rozmiarach.

Gdy jednak warunki pomieszczenia nie pozwalają na nawiązanie się do sufitu, można zastosować seryjnie produkowane lub przygotowywane na wymiar modułów zadaszenia z płytami poliwęglanowymi i połączenie ich z kurtynami paskowymi na wejściach do strefy.

Idealna jest sytuacja, gdy posiadamy homogeniczny zestaw szaf. Można wtedy zastosować dedykowany zestaw modułów zadaszenia oraz hermetyczne drzwi rozsuwane z możliwością wyposażenia w dodatkowe zabezpieczenia dostępu. Rozwiązania izolacji strefy coraz częściej znajdują zastosowanie, głównie za sprawą wysokiego stosunku oferowanych możliwości do ceny ich wdrożenia.

System stałego monitoringu
Nadchodzi wreszcie chwila, gdy obieg powietrza został wyregulowany w sposób nas zadowalający. Aby kontrolować data center pod względem prawidłowego utrzymania jego warunków pracy, a co za tym idzie kontrolować jego stabilność i wypracowaną już energooszczędność, potrzebny jest system stałego monitoringu jego środowiska. Dzięki niemu będziemy informowani o wszystkich zmianach parametrów środowiska oraz ewentualnych awariach.

Bardzo ważne jest fizyczne oddzielenie tego systemu od istniejącego BMS – zapewni to wyższy poziom bezpieczeństwa i umożliwi przesyłanie odpowiednich komunikatów do osób bezpośrednio zajmujących się infrastrukturą serwerowni. Niezaprzeczalną zaletą zaawansowanych systemów monitoringu jest także możliwość pełnej automatyzacji procesów ochronnych. Moduły sterujące w przypadkach przekroczenia danych wartości bez potrzeby ingerencji z zewnątrz uruchomią odpowiednio zdefiniowane procedury awaryjne.

Nie zapominajmy także o możliwościach raportujących takiego systemu. Dzięki odpowiednim modułom jesteśmy w stanie kontrolować zużycie energii przez poszczególne urządzenia, sekcje czy szafy rack, co później pozwoli nam na szczegółową analizę zapotrzebowania na prąd urządzeń i da wytyczne do ewentualnej rekonfiguracji systemu.

Zatem jak widać, dzięki niewielkim nakładom inwestycyjnym jesteśmy w stanie ograniczyć zużycie energii elektrycznej przez nasze data center i poprawić jego współczynnik PUE, zbliżając się coraz bardziej do magicznej liczby 1. Patrząc szerzej na opisane zagadnienie, pamiętajmy również, że jako mieszkańcy jednej Planety powinniśmy dbać o jej kondycję, a dzięki ograniczeniu zużycia energii robimy właśnie małe kroki w tym kierunku.

Łukasz Pyrtko
OptimizeIT Expert
DISKUS Polska

Łukasz Pyrtko jest absolwentem Politechniki Wrocławskiej. Od 2004 r. związany z branżą IT, a od 2009 r. odpowiada w DISKUS Polska za dział OptimizeIT, czyli za tematykę optymalizacji data center.