Das belgische Rechenzentrum von Google wird vollständig mit einem eigenen Solarkraftwerk betrieben. Die Geräte werden mit Wasser aus dem nächstgelegenen Kanal gekühlt - Wirtschaftlichkeit und Energieeffizienz in der Höhe. Quelle: Google
Seit Beginn des Massenbaus von Rechenzentren sind 25 Jahre vergangen, und der Markt ist weit von einer Sättigung entfernt. Jedes Jahr steigen die weltweiten Investitionen in den Bau von Rechenzentren um 15%. Gleichzeitig werden Rechenzentren leistungsfähiger und teurer. Die Kosten für Bau und Betrieb wirken sich direkt auf die Preise digitaler Dienste wie Hosting, Cloud-Speicher und Computing aus. Daher ist jeder daran interessiert, die Effizienz und Wirtschaftlichkeit von Rechenzentren auf der ganzen Welt zu verbessern. Welche Maßnahmen können ergriffen werden, um die Kosten für Rechenzentrumsdienste zu senken?
Hochtechnologie mit hohem Energieverbrauch
Laut der Zeitschrift Nature werden etwa 200 TWh für die Versorgung von Rechenzentren auf der ganzen Welt benötigt, wobei 140 TWh aus US-amerikanischen Rechenzentren stammen. Vor sechs Jahren verbrauchten Rechenzentren nur 91 TWh, das heißt, das Wachstum betrug beeindruckende 220%. Jetzt verbrauchen Rechenzentren mehr als die gesamte Ukraine (122 TWh), Argentinien (129 TWh), Schweden (134 TWh) oder Polen (150 TWh).
Trotz der Tatsache , dass Rechenzentren Rauchen nicht Rohre und gefährliche Abfälle, aber Cloud Computing, lassen sie auch eine schwere Kohlenstoff - Fußabdruck in der globalen Ökologie - über0,3% der globalen Emissionen, das ist viel. Dies liegt daran, dass der Anteil "grüner" Energie in den Hauptländern, in denen Rechenzentren betrieben werden, sehr gering ist (11% in den USA, 26% in China, alle einschließlich Wasserkraftwerke), sodass Gas- und Kohlekraftwerke verwendet werden um die Rechenzentren mit Strom zu versorgen. Infolgedessen sind Umweltschützer und europäische Regierungen mit dem Anstieg der Treibhausgasemissionen unzufrieden, Netzbetreiber sind mit der wachsenden Last und der Notwendigkeit einer Modernisierung der Netze unzufrieden, die Eigentümer von Rechenzentren sind mit den Wartungskosten unzufrieden.
Nach den Betriebskosten ist der Hauptbestandteil der Wartung des Rechenzentrums Strom, der bis zur Hälfte der Kosten ausmachen kann. Zur Beurteilung der Energieeffizienz von Rechenzentren wird der PUE-Koeffizient (Power Usage Effectiveness) verwendet, der das Verhältnis des gesamten Stromverbrauchs zum Verbrauch von IT-Geräten ausdrückt. Ein PUE von 1,0 ist ideal und unerreichbar. Sie können nur danach streben, da die Server mit Kühl- und Überwachungssystemen ausgestattet sind, die auch eine Stromversorgung benötigen. Die Kühlung kann 50-80% des Verbrauchs von IT-Geräten oder sogar mehr ausmachen, sodass der durchschnittliche PUE in der Welt jetzt 1,67 beträgt (1 Energieeinheit geht an Server und 0,67 Einheiten - an andere Geräte). Dank eines integrierten Ansatzes kann der PUE im besten Fall auf 1,05-1,10 reduziert werden.und dies führt zu kolossalen Einsparungen bei der Stromversorgung.
Um solche Einsparungen zu erzielen, müssen Sie jedoch fast alle Empfehlungen aus unserer Checkliste befolgen. Beginnen wir von einfach bis komplex: Zuerst werden wir die Maßnahmen zur Aufrüstung der aktuellen Ausrüstung beschreiben, dann die Umstrukturierung des Rechenzentrums in Angriff nehmen und dann davon träumen, neue Rechenzentren unter Berücksichtigung der neuesten zu übertragen oder zu bauen Trends und modernste Technologien.
Laut einer Umfrage unter Rechenzentrumsbesitzern möchten viele die Energieeffizienz, Kühlung, das Layout oder den Standort von Rechenzentren verbessern. Quelle: Solarthermisches Magazin
USV-Upgrade zur Minimierung von Verlusten
Um eine Redundanz der Stromversorgung zu gewährleisten und teure Rechenzentrumsgeräte vor Spannungsspitzen und anderen Stromnetzproblemen zu schützen, wird eine Online-USV ohne Übertragungszeit auf die Batterie verwendet. Für den unterbrechungsfreien Betrieb von Servern muss mit einem erhöhten Stromverbrauch bezahlt werden - mit einer doppelten Spannungsumwandlung, um die Eigenschaften zu verbessern, sind Verluste unvermeidlich, die ebenfalls bezahlt werden müssen. Die Effizienz der USV hängt direkt von der Last ab. Je höher sie ist (innerhalb der USV-Eigenschaften), desto höher ist der Wirkungsgrad. Der Wirkungsgrad aktueller Online-USV mit doppelter Konvertierung unter hoher Last kann 85-95% betragen, während hoch veraltete Modelle entmutigende 40-50% betragen können. Das heißt, 15% bis 50% des Stroms verschwinden während der Umwandlung, aber nicht aus den Kosten.Bei älteren USVs ist das Problem des geringen Wirkungsgrads bei geringer Last besonders akut.
Die fortschrittlichsten dedizierten Online-USV-Systeme können im Normalbetrieb einen Wirkungsgrad von bis zu 99% erreichen. Aus diesem Grund kann die Aktualisierung der USV-Flotte die Kosten für die Wartung eines Rechenzentrums drastisch senken und den PUE erheblich erhöhen. Ein Beispiel ist eine USV von Eaton, die uns kürzlich aufgefallen ist. Für kleine Rechenzentren - kompakter Eaton 9SX / 9PX für 5/6/8/11 kVA (die 9PX-Serie ist mit einem DB15-Anschluss für den Parallelbetrieb von zwei USVs ausgestattet). Diese USVs sind im Betrieb mit "hohem Wirkungsgrad" bis zu 98% effizient und im Doppelumwandlungsbetrieb bis zu 95% effizient. Jedes Modul ist vollständig in sich geschlossen und kann entweder vertikal oder in einem 19-Zoll-Rack installiert werden. Um die Wartungskosten für die Batterie zu senken, verwendet der 9SX / 9PX die Eaton ABM Charge Management-Technologie, die die Batterielebensdauer um 50% verlängert.Anstelle einer Erhaltungsladung überwacht ABM den Ladezustand und lädt die Batterien nur bei Bedarf auf.
Für moderne große Rechenzentren, deren Eigentümer mehr am unterbrechungsfreien Betrieb von Geräten als am Sparen jedes Rubels interessiert sind, ist es jedoch besser, auf die Power Xpert 9395P Tower-USV zu achten. Sie sind im ESS-Energiesparmodus zu 99% effizient. Das Topmodell der 9395P-Serie ist für 1200 kVA ausgelegt.
Wir aktualisieren Stromverteiler
Eine scheinbar alltägliche Sache wie Stromverteilungseinheiten (PDUs oder Stromverteilungseinheiten) kann auch einen erhöhten Stromverbrauch verursachen. Der Zweck und die Funktionalität der PDU sind einfach: Überwachung der Spannung und Versorgung der Geräte. Während es in der Planungsphase eines Rechenzentrums verlockend ist, sich für billige, nicht ferngesteuerte Steckdosenblöcke zu entscheiden, können mögliche Phasenüberlastungen zu Stromausfällen führen, und selbst USVs helfen hier nicht weiter.
Auch billige PDUs haben einen geringen Wirkungsgrad. Moderne teure Smart-Modelle werden mit einem hochwertigen Transformator geliefert, der die hohen Anforderungen des Energieeffizienzstandards TP-1 erfüllt. Die TP1-Zertifizierung bedeutet eine Steigerung der PDU-Effizienz um etwa 2-3% im Vergleich zu herkömmlichen Modellen, was ein wenig zu sein scheint. Wenn man sie jedoch in jährliche Kosten umrechnet, führt dies zu angenehmen Einsparungen. Darüber hinaus vereinfachen moderne PDUs das Kabelmanagement, reduzieren die Verkabelung und verbessern so den Komponentenfluss. Ja, PDUs mit TP-1-Zertifizierung sind natürlich teuer, aber die Kosten werden in etwa 6 Jahren wieder hereingeholt, während die Lebensdauer solcher PDUs mindestens 20 Jahre beträgt.
Beleuchtung durch LED ersetzen
Im Vergleich zum Energieverbrauch von Servern oder Kühlsystemen macht die Beleuchtung von Rechenzentren etwa 1% des gesamten von einem Rechenzentrum benötigten Stroms aus. Bescheiden, aber wenn die Beleuchtung aktualisiert wird, werden sich die Einsparungen nicht nur in den Stromrechnungen niederschlagen, sondern auch in Schätzungen für den Austausch von Lampen.
Viele ältere Rechenzentren werden weiterhin mit energieeffizienten Quecksilberlampen beleuchtet, die LEDs in allen Bereichen unterlegen sind, außer vielleicht im Preis. Die Ressource von Quecksilberlampen ist jedoch etwa fünfmal niedriger als die von LED-Lampen. Die Helligkeit der LED-Leuchte verringert sich in 50.000 Stunden auf kritische 70% des Originals. Danach muss sie geändert werden. Eine energiesparende Lampe verschlechtert sich in nur 10.000 Stunden, etwas mehr als einem Jahr, auf das gleiche Niveau. Somit erfordert ein Austausch von LED-Quellen bis zu fünf Austausch von Quecksilberlampen!
Außerdem kann die Helligkeit der LEDs leicht geändert werden, wodurch der Stromverbrauch je nach Tageszeit reduziert wird. Und um bei Verwendung von LED-Lampen die gleiche Beleuchtungsstärke zu erzielen, ist ein Drittel weniger erforderlich als bei Energiesparlampen.
Freie Kühlung verwenden
Die beste Ressource ist kostenlos und erneuerbar. Außenluft und Grundwasser sind eine solche Ressource für die Kühlung von Servern. Anstatt viel Geld für den Betrieb von Kältemaschinen auszugeben, ist es viel wirtschaftlicher, die Ausrüstung mit "Außenborder" -Kälte zu kühlen. Der Ansatz der freien Kühlung, bei dem kalt gefilterte Luft oder Wasser in das Kühlsystem gelangt, wird zu Recht als eine der besten Möglichkeiten angesehen, um die Kosten für die Wartung eines Rechenzentrums zu senken. Durch den Verzicht auf Klimaanlagen zugunsten der freien Kühlung kann garantiert werden, dass der PUE von 1,8 auf 1,1 sinkt.
In der Frage der freien Kühlung sind die skandinavischen Länder außer Konkurrenz. Mit Leidenschaft für die Umweltfreundlichkeit in ganz Schweden wird Wärme in Rechenzentren zum Erhitzen von Wasser in einem Heizsystem für Privathaushalte verwendet. Die Iren versetzten die Inselwinde, die das Land auch im Sommer durchdringen, in den Dienst der freien Kühlung, und die Dänen ließen eisiges Grundwasser in das Kühlsystem, das sowohl im Winter als auch im Sommer die gleiche niedrige Temperatur aufweist.
Google ist besonders stolz darauf, dass das Unternehmen durch die Verwendung der kostenlosen Kühlung in seinen europäischen Rechenzentren Wasser spart, das in Kraftwerke fließen könnte, um Strom für Kältemaschinen zu erzeugen (falls vorhanden). Quelle: Google
Das Klima des bewohnten zentralen Teils Russlands, ganz zu schweigen von der nordwestlichen Region, erfreut die Befürworter der freien Kühlung (und erfreut nicht alle anderen) mit einer außergewöhnlich geringen Anzahl heißer Tage. Nach den Statistiken des Russischen Hydrometeorologischen Zentrums liegt in der mittleren Zone des Landes nur 3,8% der Zeit pro Jahr eine Temperatur über + 22 ° C und die durchschnittliche Jahrestemperatur in St. Petersburg nur + 5,6 ° C. . Zum Vergleich: Im amerikanischen Bundesstaat Arizona, wo ein riesiges Apple-Rechenzentrum gebaut wird, in dem auch freie Kühlung verwendet wird, liegt die durchschnittliche Jahrestemperatur selbst im Januar selten unter +6 ° C und über +16 ° C. Daher ist Apple mindestens ein Viertel des Jahres gezwungen, unersättliche Kältemaschinen zu verwenden, um 120.000 Quadratmeter zu kühlen. m des Bereichs Ihres Rechenzentrums.
Dies bedeutet nicht, dass es an der Zeit ist, die sibirischen Jungfernländer zu beherrschen. Obwohl das Klima Russlands der effektivsten Nutzung der freien Kühlung förderlich ist, enden hier die Vorteile des Nordens des Landes für den Bau von Rechenzentren. Es gibt jedoch genügend Mängel: geringe Verkehrsanbindung, Mangel an hochqualifiziertem Personal, schlechter Zustand der Telekommunikations- und Energienetze.
Dennoch wurden bereits die ersten Schritte zur Schaffung neuer Rechenzentren im Norden unternommen: Die Petrozavodsk State University hat mit der Bereitstellung eines sehr seriösen Rechenzentrums begonnen, das 20% des russischen Cloud-Speichermarktes beansprucht. Gleichzeitig sollte das karelische Wetter die Betriebskosten um etwa 40% senken. Universitätsmitarbeiter und Absolventen sowie die Nähe zu St. Petersburg lösen sowohl das Personalproblem als auch das Problem der Anbindung an einen Verkehrsknotenpunkt perfekt.
Eines der Rechenzentren von Yandex befindet sich im kalten Finnland. Aufgrund der freien Kühlung wurde das PUE-Verhältnis auf 1,1 reduziert
AI um Hilfe bitten
Das Überwachen und Verwalten der Kühlung eines großen Rechenzentrums ist sehr mühsam, und gleichzeitig besteht ein großes Risiko, dass etwas überkühlt und irgendwo übersehen wird. Tatsache ist, dass die Kühleffizienz von vielen sich ändernden Faktoren beeinflusst wird: dem Wetter außerhalb des Fensters, dem Vorhandensein offener Fenster in den Räumlichkeiten, der Luftfeuchtigkeit, dem Zustand der Kühltürme, der Belastung der Ausrüstung. Es ist Menschen nicht möglich, Hunderte und Tausende von Parametern rund um die Uhr in Echtzeit zu überwachen. Daher wurde kürzlich künstliche Intelligenz in den Kühlungsverwaltungsdienst aufgenommen.
2014 erwarb Google DeepMind, bekannt für sein AlphaGo-Produkt, das zum ersten Mal einen professionellen Go-Player besiegte. Basierend auf den Entwicklungen von DeepMind wurde ein Softwarepaket für das Google-Rechenzentrum erstellt, das nicht nur die Messwerte von Sensoren und Lasten überwachen, sondern auch Schlussfolgerungen auf der Grundlage der gesammelten Beobachtungshistorie und der erhaltenen Wettervorhersagen ziehen kann. Mit der Einführung von AI sind die Energiekosten für die Kühlung von Google-Rechenzentren um beeindruckende 40% gesunken , während alle Geräte gleich bleiben.
Das Ergebnis der Arbeit von AI DeepMind im Google-Rechenzentrum - als maschinelles Lernen aktiviert wurde, reduzierte das System den Energieverbrauch für die Kühlung. Quelle: DeepMind
Individuelle Lösungen auf Basis von KI haben ihren Platz im Rechenzentrum der Sberbank in Skolkovo gefunden. Da das Rechenzentrum 330 Tage im Jahr kostenlos gekühlt wird, überwacht das System die Außentemperatur- und Wettervorhersage und optimiert auf dieser Grundlage den Energieverbrauch für die Kühlung und entscheidet bei Erwärmung sogar über die Zufuhr von Kaltluft.
Das amerikanische Unternehmen LitBit ging noch einen Schritt weiter und bot seinem KI-Mitarbeiter Rechenzentren an, der den Zustand des Rechenzentrums anhand visueller und akustischer Daten diagnostiziert. Die KI wertet die vom Gerät abgegebenen Geräusche und Vibrationen aus und vergleicht sie mit Referenzabgüssen, um die Erkennung von sich verschlechternden Komponenten zu unterstützen.
Wir verwenden modulare Rechenzentren
Der Bau oder die Erweiterung eines Rechenzentrums ist nicht nur ein teurer, sondern auch ein langwieriger Prozess, vor allem aufgrund der Notwendigkeit, eine Kapitalstruktur zu entwerfen und ein Projekt entlang der gesamten Kette der erforderlichen Genehmigungen durchzuführen. Vom Vertragsabschluss bis zur Inbetriebnahme eines kompakten Rechenzentrums mit einer Fläche von 200-300 m². m 9-12 Monate vergehen, und dies wird vorausgesetzt, dass die Dokumente bei keiner der Behörden hängen bleiben, die ihre Baugenehmigungen ausstellen.
Das Konzept modularer Rechenzentren, solcher Bausteine, aus denen man wie mit einem Konstrukteur schnell Rechenzentren zusammenbauen kann, wurde Mitte der 2000er Jahre geboren. Sun gilt als Vorreiter in diesem Bereich mit seinem Sun Modular Datacenter - einem modularen Rechenzentrum in einem Standard-Versandbehälter, in das acht Racks mit 40 Einheiten, Server und Netzwerkgeräte sowie ein Kühlsystem passen. Die Bereitstellung eines modularen Sun Modular-Rechenzentrums kostete etwa 1% des Aufbaus eines herkömmlichen Rechenzentrums, konnte problemlos von Standort zu Standort transportiert werden, und die Konnektivität war auf Strom, Wasser und Netz beschränkt.
2009 archive.org Sun Modular Datacenter. , — archive.org 3 50 . : NapoliRoma / Wikimedia Commons
Jetzt bietet der Markt modulare Rechenzentren in einer Vielzahl von Designs und nicht nur in Form von Containern. Module gelten als die effizienteste Möglichkeit, ein Rechenzentrum ohne unnötige Kosten und langwierige Genehmigungen schnell aufzubauen oder zu erweitern. Die Module nehmen aufgrund vorgeplanter Layouts weniger Platz ein und nutzen den Platz effizienter, haben einen geringeren Stromverbrauch und häufig eine bessere Kühlung und können problemlos näher an Orte mit billigem Strom (in der Nähe großer Kraftwerke) gebracht werden. Bevor Sie über den Aufbau oder die Erweiterung eines Rechenzentrums nachdenken, sollten Sie auf vorgefertigte Module achten.
Stromversorgung des Rechenzentrums aus erneuerbaren Energiequellen
Russland hat gegenüber Europa einen wichtigen wirtschaftlichen Vorteil, der den Standort von Rechenzentren auf seinem Territorium sehr attraktiv macht - die extrem niedrigen Stromkosten. In einigen Regionen des Landes erreicht es 3 Rubel. pro kWh, während in Deutschland etwa 23 Rubel. pro kWh und in den USA durchschnittlich 9 Rubel. pro kWh. Außerdem behandeln die Behörden in Russland die Umwelt noch nicht so gewissenhaft wie in den skandinavischen Ländern. Daher haben wir noch nicht das Problem, ein Rechenzentrum auf eine autonome Stromversorgung aus erneuerbaren Energiequellen umzustellen.
Im Westen sind die Eigentümer von Rechenzentren jedoch gezwungen, zumindest die Minimierung ihres CO2-Fußabdrucks zu erklären, wodurch die Emissionen aus dem Betrieb des Rechenzentrums durch die Finanzierung von Umweltinitiativen ausgeglichen werden. Dies sowie der hohe Strompreis zwingen große Unternehmen dazu, große Rechenzentren auf eine autonome Stromversorgung umzustellen. Hohe Anschaffungskosten im Ausland zahlen sich schnell aus und kommen dem Image zugute.
Apple, einer der Pioniere beim Einsatz "grüner" Technologien, war der erste, der seine Rechenzentren von seinen eigenen Solar- und Windparks auf Strom umstellte. Es kam zu dem Punkt, dass das Unternehmen 2016 den Wunsch beantragte, überschüssige Erzeugung aus seinen amerikanischen Solarkraftwerken mit einer Leistung von 90 und 130 MW zu verkaufen.
Eine autonome Stromversorgung ist in Bereichen nützlich, die weit entfernt von leistungsstarken Stromnetzen liegen. Das isländische Rechenzentrum Verne Global wird beispielsweise von einer Reihe von Geothermiekraftwerken gebaut. Obwohl sie nicht im Besitz des Unternehmens sind, sind sie umweltfreundliche, erneuerbare und sehr nachhaltige Energiequellen.
In Deutschland macht grüne Energie bereits mehr als die Hälfte der gesamten Erzeugung aus. Leider liegt der Anteil erneuerbarer Energien in Russland bei rund 4%, zwei Drittel davon sind Wasserkraft. Für neue Rechenzentren als Grundlage für die Zukunft wird es jedoch nicht schaden, über eine autonome Stromversorgung aus einer Solar- oder Windkraftanlage nachzudenken.
Sparen ist nie überflüssig
Das größte und teuerste Rechenzentrum der Welt gehört dem Telekommunikationsgiganten China Telecom. Es umfasst eine Fläche von 994 Tausend Quadratmetern. m, und der Bau kostete 3 Milliarden Dollar. Das größte russische Rechenzentrum wurde von der Sberbank in Skolkovo gebaut. Es ist 30 Mal kleiner als der chinesische Riese - nur 33 Tausend Quadratmeter. m. Dank der kompetenten Implementierung von freier Kühlung, KI und Heizung von Räumlichkeiten mit Wärmeausrüstung konnten Einsparungen bei der Wartung von etwa 100 Millionen Rubel pro Jahr erzielt werden. Angesichts der Größe des Rechenzentrums von China Telecom können Sie sicher sein, dass auch dort alle Möglichkeiten zur Kostensenkung angewendet wurden. Unabhängig davon, wie absurd und unbedeutend eine Maßnahme zur Reduzierung der Kosten für die Wartung von Rechenzentren erscheint, kann sie jährlich sehr spürbare Einsparungen bringen, die proportional zur Größe des Rechenzentrums sind.