Развитие телекоммуникаций, бизнес- и клиент-ориентированных интернет-сервисов, объединение офисов транснациональных компаний в единую сетевую инфраструктуру диктует построение публичных и корпоративных центров обработки данных. В масштабах центров важным становится вопрос энергопотребления. Крупные западные компании уже приступили к оптимизации инфраструктуры дата-центров и внедрению энергоэффективных вычислительных устройств.


Патрик Гелсингер: “концепция энергоэффективной производительности нашла отражение в микроархитектуре Core, которая лежит в основе современных серверных, настольных и мобильных процессоров Intel
Патрик Гелсингер: “концепция энергоэффективной производительности нашла отражение в микроархитектуре Core, которая лежит в основе современных серверных, настольных и мобильных процессоров Intel

Проблематика построения эффективных центров обработки данных актуальна и в Украине. Крупные производства, операторы связи, провайдеры информационных услуг стремятся консолидировать ресурсы в центрах обработки данных, повысить управляемость аппаратных средств и снизить совокупную стоимость владения ИТ-инфраструктурой.

Перед крупными компаниями, в центрах обработки данных которых работают сотни серверов, стоит задача уменьшения затрат на электропитание для вычислительного оборудования, систем кондиционирования и других вспомогательных сервисов. Корпорация Intel уделяет повышенное внимание вопросам рационального использования электроэнергии, популяризируя и внедряя в аппаратных устройствах концепцию энергоэффективной производительности. На состоявшейся в Лондоне конференции Intel представила видение и подходы корпорации к оптимизации инфраструктуры и снижению уровня мощности, необходимой для обеспечения работы техники.

Технологии Intel для ЦОД

Быстрый рост числа устанавливаемых серверов, потребность в высокопроизводительных и доступных вычислителях диктует необходимость в совершенствовании полупроводниковых технологий. Усилия корпорации Intel направлены на увеличение производительности систем и одновременно на уменьшение потребляемой ими мощности.

Выступивший с докладом на конференции старший вице-президент, генеральный менеджер подразделения Digital Enterprise Group корпорации Intel Патрик Гелсингер (Patrick Gelsinger) отметил, что Intel была в числе первых ИТ-компаний, сделавшей акцент на энергосбережении. Intel разработала первый ПК, получивший отметку Energy Star, и реализовала в процессорах i80386 инструкции для энергосбережения. Подтверждением усилий корпорации служат более 50 наград, полученных Intel в течение последних 5 лет в области энергосбережения.

Крупнейшие мировые центры обработки данных стремятся повысить плотность монтажа серверных устройств. Все большее распространение получают blade-системы: по данным, приведенным Intel, плотность оборудования, установленного в центрах обработки данных, ежегодно увеличивается на 15%. При этом доля затрат на электроэнергию в структуре совокупной стоимости владения серверным оборудованием остается стабильно высокой. В частности, стоимость электроэнергии, необходимой для работы тонкого 1U-сервера мощностью 180 Вт в течение 3 лет, составляет $1924, что превышает начальную цену устройства.

В масштабах центра обработки данных уменьшение затрат на электричество Intel видит в консолидации вычислительных ресурсов, а также в переходе к энергоэффективным процессорам. Внедрение средств балансировки нагрузки, программной и аппаратной виртуализации, адаптация концепции вычислений по требованию позволяет снизить потребляемую серверами мощность и затраты на вентиляцию и кондиционирование помещений.

Для сравнения энергоэффективности современных процессоров г-н Гелсингер привел такие цифры: сервер на основе двухъядерного процессора Intel Xeon 5160 работает на 26% быстрее и потребляет на 58% меньше электроэнергии, чем аналогичный сервер на основе процессоров Pentium III с частотой 733 МГц. При этом средняя загрузка процессоров сервера на основе Xeon 5160 составляет 28%, что позволяет использовать его для других задач с помощью технологий виртуализации.

Уменьшая количество используемых аппаратных средств, технологии виртуализации позволяют повысить управляемость ресурсами и обеспечить более высокий уровень их доступности и отказоустойчивости. Уменьшение количества инсталлированного оборудования снижает потери электроэнергии на преобразованиях в блоках и источниках питания.

Для популяризации внедрения технологий виртуализации корпорация Intel совместно с VMmare и производителями программного и аппаратного обеспечения запустила программу Virtualize ASAP, в рамках которой заказчикам предоставляется техническая документация, конфигурации систем, описания успешных примеров виртуализации и т.п. Солидный состав участников программы, в число которых входят HP, Dell, IBM, Citrix, Symantec, SyBase, CA, LANDesk и др., свидетельствует о формировании отчетливой индустриальной тенденции.

В своем выступлении Патрик Гелсингер подчеркнул, что концепция энергоэффективной производительности нашла отражение в микроархитектуре Core, которая лежит в основе современных серверных, настольных и мобильных процессоров Intel. На уровне микроархитектуры реализованы средства уменьшения потребляемой мощности, например, динамическое отключение вычислительных блоков и кэш-памяти в моменты, когда процессор не используется. Наряду с переходом к более совершенной 65 нм-технологии улучшение микроархитектуры позволило Intel снизить термопакет процессоров.

Intel ведет активные разработки новой 45 нм-технологии полупроводникового производства. Уже запущено опытное производство на фабрике в США в штате Орегон. Готовятся к запуску 45 нм-мощности в штате Аризона и в Израиле. Внедрение 45 нм-норм производства позволит еще больше повысить энергоэффективность вычислений и добиться лучшего соотношения производительности и потребляемой процессором мощности. Согласно планам Intel, первые двух- и четырехъядерные процессоры, изготовленные по 45 нм-технологии, появятся уже во второй половине 2007 года.

Центры обработки данных Intel

Собственная служба ИТ корпорации Intel (IT @ Intel), обслуживающая информационные сервисы внутри корпорации, эксплуатирует 136 центров обработки данных, разбросанных по всему миру. Из них 75 ЦОД используются для дизайна электронных схем, 28 — для производства (каждая фабрика Intel имеет собственный ЦОД), 31 — для потребностей инфраструктуры и 2 наиболее мощные используются для обслуживания потребностей всей корпорации.
Рост бизнеса Intel сопровождается постоянным увеличением количества серверов и другой техники. Так, с 1996 по 2006 год количество инженеров корпорации увеличилось с 8 300 до 20 000 человек, а количество центров обработки данных  — с 8 до 75. Сегодня в центрах обработки данных Intel установлено более 25 тысяч серверов.

Управление разветвленной инфраструктурой собственных центров обработки данных не только требует организационных усилий, но и позволяет на практике апробировать новые стратегии и технологии, а затем применить накопленный опыт при разработке коммерческих систем. Директор по технологиям и стандартам подразделения IT @ Intel Дэн Костелло (Dan Costello) рассказал о стратегии развитии дата-центров Intel, которая предполагает снижение затрат на обслуживание ЦОД корпорации с помощью консолидации и виртуализации ресурсов, а также применения модели матричных вычислений (grid computing). Компания планирует инвестировать 100  млн. долл. в модернизацию собственных дата-центров, причем часть этих средств уйдет на замену используемого сегодня серверного оборудования более энергоэффективным. Intel ожидает возврата инвестиций уже в 2010 году.

В рамках озвученной стратегии Intel планирует создать глобальные ЦОДы (хабы), с которыми будут взаимодействовать региональные и локальные дата-центры меньшего масштаба. Выбор месторасположения центров будет сделан с учетом развитости местной инфраструктуры, близости к коммуникациям, наличия высокоскоростных каналов связи и т.п. Новые центры будут состоять из своеобразных модулей площадью около 553 кв. м. Этот принцип позволит не только сократить затраты на строительство и обслуживание ЦОД, но и оптимизировать помещение с точки зрения теплоотвода.


Дэн Костелло
Дэн Костелло
В серверном оборудовании, установленном в ЦОД, Intel планирует использовать процессоры Xeon серии 5100, поскольку они, по данным компании, потребляют на 40% меньше электроэнергии в сравнении с чипами предыдущего поколения. Intel планирует широко использовать blade-системы, которые позволят корпорации на 25% повысить энергоэффективность вычислений.

Также Intel внедрит технологии включения по требованию (demand-based switching, DBS) и систему динамического управления питанием узлов, которые предусматривают снабжение вычислительных потоков ресурсами по мере необходимости. Технология аппаратной виртуализации и распределенный планировщик задач предоставят средства выделения ресурсов операционной системы по требованию.

Снижение потребляемой процессорами мощности и переход к blade-системам позволит увеличить плотность монтажа устройств. Это в свою очередь даст возможность сэкономить площадь в центрах обработки данных и использовать меньшее количество устройств охлаждения и электропитания для обслуживания большего количества техники. Модернизация систем кондиционирования, которые используются в ЦОД (оптимизация расположения и схемы применения охлаждающих модулей), позволят использовать меньшее количество модулей кондиционирования. Это приведет к снижению шума и уменьшит потребляемую кондиционерами мощность.

Для улучшения теплоотвода от стоек с оборудованием Intel комбинирует инновационные технологии и средства, хорошо зарекомендовавшие себя в индустрии. В частности, корпорация применяет схему расположения оборудования с формированием горячих и холодных коридоров, металлические фальш-полы и вытяжки, расположенные над потолком. Вдобавок Intel применяет специальные шкафы с воздушным охлаждением, разработанные с учетом данных, полученных в ходе компьютерного моделирования воздушных потоков. Внешние охлаждающие устройства, использующие схему жидкостного отвода тепла, позволяют увеличить разницу температур контуров и таким образом повысить эффективность систем охлаждения.

Эти меры предоставят возможность значительно увеличить плотность оборудования, размещенного в одной стойке. По данным, которые привел Дэн Костелло, применение более совершенных систем охлаждения и кондиционирования, внедрение blade-систем позволит размещать в одном шкафу серверное оборудование суммарной емкостью 30 КВт.

Дата-центры и окружающая среда

В 2005 году в США работало 79910 центров обработки данных. Из них наибольшее число — 64246 — составили небольшие ЦОД, чья площадь не превышает 1000 кв. м. Количество средних центров (площадью до 5000 кв. м) составило 9386, а крупных (площадью более 5000 кв.м)  — 6264. Не следует думать, что в сравнении с тяжелыми энергоемкими производствами объем электроэнергии, потребляемой центрами обработки данных, ничтожно мал. Директор по соблюдению стандартов Европейского Союза Кевин Фишер (Kevin Fisher) приводит такие цифры: в 2003 году суммарный уровень энергопотребления в американском штате Калифорния составил 28960 ТВт-ч. Из этого объема на центры обработки данных пришлось 2,5 ТВт-ч, что составляет около 0,1%. В целом же в США количество электроэнергии, затраченное на обеспечения работы центров обработки данных, составило в 2003 году 68 ТВт-ч.

Выработка электроэнергии, необходимой для обеспечения работы служб ИТ, сопряжена с загрязнением окружающей среды. Несмотря на положительную динамику снижения выбросов основных вредных веществ в атмосферу, в том числе диоксида серы и соединений азота, количество выбрасываемого углекислого газа по-прежнему очень велико. К 2010 году корпорация Intel поставила перед собой цель вдвое снизить выбросы вредных газов в атмосферу по сравнению с 2002 годом.

“Зеленый дом” Intel

Усилия корпорации Intel, направленные на снижение влияния на окружающую среду, находят воплощение не только в полупроводниковых технологиях. В исследовательском центре Intel в Израиле, построенном в соответствии с концепцией “зеленого дома”, применены энергосберегающие технологии и материалы для рационального использования ресурсов.

В частности, в “зеленом доме” Intel для нагрева воды и вентиляции в зимнее время используется тепловая энергия, которую выделяет установленная в центре обработки данных техника. Само здание построено с применением отражающих боковых панелей, что позволяет снизить затраты на кондиционирование в жаркое время. Расположение здания и конструкция крыши выполнена так, чтобы максимальное количество света попадало внутрь помещений — таким образом корпорация экономит на освещении. Этой же цели служит интеллектуальная индивидуальная система освещения, которая включается только тогда, когда сотрудник находится за рабочим столом. Для уменьшения вредного влияния в строении использованы безопасные строительные материалы, поддающиеся вторичной переработке.

Заключение

В Украине, как и во всем мире, растущая стоимость энергоресурсов требует изменения модели использования аппаратного обеспечения, повышения эффективности работы каждого сервера. Это возможно с помощью средств виртуализации, позволяющих объединить различные задачи на одной аппаратной платформе. Повышение плотности монтажа устройств невозможно без перехода к процессорам, потребляющим и рассеивающим меньшую тепловую мощность. Внедрение таких процессоров, увеличение утилизации места в серверных стойках, использование рациональной планировки центров обработки данных позволяет экономить не только электроэнергию, но и ресурсы окружающей среды.