Материалы по тегу: энергопотребление

23.03.2020 [23:44], Алексей Степин

Теория игр поможет увеличить энергоэффективность ЦОД

Вычислительные ресурсы человечества с каждым годом растут — и с каждым годом их рост становится всё более быстрым. Вместе с ними растёт и абсолютный уровень энергопотребления, хотя относительный остаётся достаточно стабильным. Но расходуется ли эта энергия рационально?

Как считают некоторые исследователи — далеко не всегда. Пользователи часто сражаются друг с другом за вычислительные ресурсы и это приводит к неэффективному их расходу, когда мощности не задействуются для выполнения полезных задач, но энергия при этом расходуется. Помочь может теория игр.

Частное благо — в данном случае, благо сотрудника какой-либо компании — далеко не всегда находится в соответствии с общим, и в крупных масштабах представляет серьёзную угрозу энергетической эффективности. Некоторые изначально запрашивают из общего пула ресурсов больше, нежели им необходимо, другие прибегают к хитрости: занижают запросы, сообщая, что им достаточно небольших мощностей. Однако стоит таким хитрецам получить запрашиваемое, как они буквально выжимают общий ресурс «досуха». Согласно теории игр, это можно расценивать, как частный случай так называемой «трагедии общин».

Статистика роста энергопотребления ЦОД и сетей неумолима

Статистика роста энергопотребления ЦОД и сетей неумолима

Известно, что современные процессоры кратковременно умеют повышать тактовые частоты и выходить за пределы среднего теплопакета. Обычно это ничем не грозит, поскольку временной интервал такой активности невелик. Однако сражающиеся за ресурсы в пределах одного ЦОД пользователи могут спровоцировать следующую ситуацию: большинство процессоров в серверах включает турборежим и энергопотребление резко подскакивает.

В итоге, как правило, срабатывает защита от перегрузок и подключаются источники резервного питания; кроме того, в период «отдыха» и зарядки батарей ИБП включение турборежима становится невозможным для всех процессоров в ЦОД. Страдают все: изнашиваются системы ИБП, пользователи не могут пользоваться ускоренным режимом, а владелец ЦОД вынужден оплачивать возросшие счета за электричество.

Слишком много турбо-пользователей —  и могут возникнуть проблемы с питанием

Слишком много турбо-пользователей —  и могут возникнуть проблемы с питанием. Общая производительность страдает

Подобная стратегия поведения называется спринтерской, и она далека от оптимальной, если вести речь об общей эффективности ЦОД — в том числе и об эффективности энергопотребления. Предсказать поведение каждого пользователя нельзя, но, как оказалось, достаточно достоверно описать их поведение можно с помощью популяционной модели и метода самосогласованного поля.

Решение, предложенное исследователями из Университета Дьюка (Duke University) и Университета Ватерлоо (University of Waterloo), в общих чертах звучит просто: вместо захвата всех ресурсов (включая турборежим) любой ценой, пользователю следует запрашивать такой режим только по достижению некоего порога. Сам порог при этом определяется характером и объемами нагрузки, а также физическими характеристиками ЦОД.

Разумная стратегия поведения сглаживает опасные пики энергопотребления в ЦОД

Разумная стратегия поведения (внизу) сглаживает опасные пики энергопотребления в ЦОД

Такой подход не требует централизованного распределения мощностей «по запросу» и позволяет энергосистемам серверов реагировать на пользовательские системы быстрее. Если большинство пользователей руководствуется «правилом порога», вычислительные ресурсы ЦОД расходуется эффективнее, а вероятность выхода энергопотребления за допустимые пределы существенно снижается.

Как уже было сказано, для определения «порога» требуется профиль ЦОД, который можно получить на основе анализа его загруженности. Подобный мониторинг требует наличия соответствующей инфраструктуры, но сам анализ может происходить и на основе неких априорных данных, которые будут уточняться в процессе эксплуатации. Для этого предлагается использовать машинное обучение с подкреплением (reinforcement learning) или похожие методы.

Постоянный URL: http://servernews.ru/1006636
28.02.2020 [17:39], Владимир Мироненко

На ЦОД всё ещё приходится лишь 1% потребляемой в мире электроэнергии

Последние исследования показывают, что огромный прирост вычислительной мощности в мире сопровождается лишь незначительным увеличением потребления энергии благодаря повышению эффективности оборудования и технологий, а также переходу в облако.

Согласно исследованию «Recalibrating global data center energy-use estimates», опубликованному в академическом журнале Science, в 2018 году мировые центры обработки данных потребляли 205 тВт·ч электроэнергии, или около 1 % всей электроэнергии, потреблённой в мире за год. В 2010 году ЦОД тоже потребляли 1 % всего объёма электроэнергии.

За период с 2010 по 2018 год объём вычислений в ЦОД вырос более чем в пять раз. Вместе с тем объём потребляемой ими энергии увеличился за это время всего на 6 % благодаря повышению эффективности использования энергии.  При проведении исследования были учтены все дата-центры с площадью более 40 тыс. кв. футов (3716 м2).

Столь низкие темпы роста энергопотребления по отношению к росту общей вычислительной мощности отражают продолжающийся переход от старых, неэффективных ЦОД традиционных предприятий, таких как банки, страховые компании или предприятия розничной торговли, к дата-центрам нового поколения, построенным гиперскейлерами и провайдерами услуг облачных вычислений, такими как Amazon Web Services, Microsoft Azure и Google Cloud.

У владельцев крупных и сверхкрупных парков ЦОД гораздо больше стимулов для экономии энергии, так как от этого зависит их прибыль. В свою очередь, руководители корпоративных ЦОД зачастую получают вознаграждение только за поддержание работоспособности, а не за эффективность работы объекта. Поэтому в таких дата-центрах энергопотребление, как правило, отслеживается без особого старания или не отслеживается совсем.

Тем не менее, масштабы энергопотребления ЦОД впечатляют. Согласно прогнозу организации Greenpeace и Северо-Китайского энергетического университета, сделанному осенью 2019 года, в течение нескольких лет ЦОД на территории Китая обойдут по энергопотреблению целый континент — Австралию. Наряду с энергоэффективностью большое внимание сейчас уделяется экологичности ЦОД. Например, ЕС планирует сделать к 2030 году все дата-центры на территории стран блока углеродно-нейтральными. 

Первенству в сегменте облачных услуг не всегда сопутствует лидерство в использовании возобновляемых источников энергии. В «зелёном» рейтинге Организации Greenpeace East Asia и Северо-Китайского энергетического университета (North China Electric Power University, NCEPU) китайских гигантов Alibaba, Tencent и Baidu опередил независимый провайдер услуг ЦОД Chindata из Пекина, значительно уступающий им по масштабам деятельности.

Также необходимо отметить работу одного из лидеров облачного рынка Google над повышением энергоэффективности, заключающуюся в стремлении устранить потери на всех уровнях деятельности. Речь не только о повышении эффективности самих вычислений. Начиная с 2014 года, Google использует машинное обучение для автоматической оптимизации охлаждения в имеющихся дата-центрах. Параллельно компания развернула интеллектуальные средства управления температурой, освещением и охлаждением, чтобы ещё больше сократить потребление энергии в своих дата-центрах.

Постоянный URL: http://servernews.ru/1004822
28.12.2019 [14:21], Сергей Юртайкин

Владельцы ЦОДов в РФ предупредили о последствиях введения платы за неиспользуемую энергию

Владельцы крупнейших дата-центров России предупредили о последствиях инициативы Министерство энергетики РФ по введению платы за неиспользуемые резервы электроэнергии.

Письмо об этом написал генеральный директор АНО «Координационный совет по центрам обработки данных и облачным технологиям» (в него входят компании, на которые приходится около 65% мощностей российского рынка коммерческих ЦОДов) Дмитрий Бедердинов министру цифрового развития, связи и массовых коммуникаций Константину Носкову. Письмо аналогичного содержания было отправлено и министру энергетики Александру Новаку. 

На данный момент в правительстве находится разработанный Минэнерго проект постановления, согласно которому с 1 июля 2020 года всех потребителей электроэнергии (за исключением граждан) обяжут оплачивать неиспользуемый резерв при использовании менее 60 % подключенной мощности.

Бедердинов просит освободить объекты информационной инфраструктуры, включая ЦОДы, от таких расходов. Если траты компаний на электроэнергию существенно вырастут, то сильнее всего пострадают те участники рынка дата-центров, которые пока находятся в процессе развития, не достигли проектного уровня, но имеют значительные зарезервированные мощности, уверен он. 

По его словам, если инициатива Минэнерго вступит в силу, базовые услуги дата-центров подорожают на 50 %, отрасль потеряет часть своей инвестиционной привлекательности, а выполнение задач национальной программы «Цифровая экономика» в части ее раздела «Информационная инфраструктура» окажется под угрозой.

Управляющий директор компании IXcellerate Дмитрий Фокин считает, что плата за резерв мощности может привести к убыткам ЦОДов и даже их банкротству. Глава Linxdatacenter Ольга Соколова считает странным предложение Минэнерго, учитывая нехватку мощностей ЦОДов в России и растущий спрос на их услуги.

«В услугах ЦОДов нуждаются и бизнес, и государство, для которых критически важным является обеспечение базового уровня инфраструктуры. Ключевая составляющая в этом процессе — способность ЦОДа гарантировать бесперебойность работы всего комплекса ИТ-систем. А без гарантированного обеспечения электроэнергией никакой дата-центр не может существовать», — приводит её цитату РБК.

Постоянный URL: http://servernews.ru/1000608
13.12.2019 [17:51], Алексей Степин

Внедрение 5G заметно увеличит энергопотребление ЦОД

Процесс перехода мобильных сетей с четвёртого поколения на пятое начался. Что же, помимо возросших скоростей передачи данных, он принесёт?

Как показывает исследование, проведённое Техническим университетом Ахена (RWTH Aachen University), широкое внедрение технологий 5G существенно повысит энергозатраты серверной и сетевой инфраструктуры.

5G будет внедряться не только крупными провайдерами, широкую популярность получат и малые сети

Отчёт опубликован на немецком языке, но графики и цифры говорят сами за себя: к 2025 году распространение инфраструктуры 5G приведёт к тому, что немецкие ЦОД будут потреблять 16,4 тВт·ч в год, что на 3,8 тВт·ч больше, чем сейчас. Этих почти четырёх тераватт достаточно, чтобы полностью покрыть потребность в электроэнергии трёх городов ‒ Кёльна, Дюссельдорфа и Дортмунда с общим населением порядка 2,5 миллионов человек.

Повышенную нагрузку на сети будут создавать не только смартфоны

Как говорится в исследовании, серьёзная доля дополнительной энергии придётся на новые возможности, которые обеспечит внедрение 5G ‒ например, развёртывание приватных сетей такого класса различными организациями и предприятиями, а также серьёзный рост популярности стриминговых сервисов.

В последнем случае следует учесть, что популярность потокового видео в форматах 4К и выше будет только расти, что увеличит нагрузку на пограничные серверы, а значит, повысит и их энергопотребление.

Основной рост энергопотребления придётся на серверы и сетевую инфраструктуру

Теоретически, часть возросших потребностей в питании можно будет скомпенсировать за счёт возобновляемых источников энергии и дальнейшего совершенствования таких технологий, как топливные элементы. Но серьёзные опасения вызывает и тепловыделение, поскольку на сегодня лишь 19% всех ЦОД хоть как-то используют в полезных целях выделяемую ими тепловую энергию.

Крупнейшая немецкая энергетическая компания E.ON полагает, что к 2025 году ЦОД будут выделять 8 тВт·ч тепловой энергии. Предполагается, что наилучшим способом утилизации этого тепла будет его использование в системах отопления жилых и прочих городских зданий.

Постоянный URL: http://servernews.ru/999711
10.12.2019 [12:21], Владимир Романченко

Аналитик Gartner предложил измерять прогресс миграции в облака в киловаттах

Дуглас Тоомбс (Douglas Toombs), вице-президент аналитического подразделения Gartner, выступил с заявлением о том, что киловатты могут стать «идеальным показателем прогресса» облачной стратегии предприятия.

По мнению аналитика, выступившего с таким заявлением в рамках конференции Gartner IT Infrastructure, Operations & Cloud Strategies в Лас-Вегасе, киловатты в качестве оценки прогресса перехода в облака позволяют абстрагировать множество переменных в общей стоимости работы ЦОДов, при этом достаточно просты в понимании нетехническим менеджментом предприятий.

Дуглас Тоомбс (Douglas Toombs), вице-президент аналитического подразделения Gartner

Дуглас Тоомбс (Douglas Toombs), вице-президент аналитического подразделения Gartner

Такой подход к оценке «облачного прогресса» позволит не углубляться в оценку ежегодных затрат на каждый отдельный сервер, СХД или сетевое устройство – тем более с учетом сложности расчетов по нескольким поколениям таких компонентов.

Зная нагрузку бесперебойных источников питания и общую нагрузку ЦОД, можно легко рассчитать и другие накладные расходы вроде охлаждения, и проверить результаты по счетам за электроснабжение. 

Прогресс миграции в облака будет выглядеть наглядно в киловаттах даже после завершения первого этапа. Кроме того, оценка в киловаттах также позволит ставить цели и количественно определять прогресс в процентах. Так, если стратегия основана на переводе 50 % обработки данных из собственного ЦОДа с потреблением 1 МВт, цель может выглядеть как снижение нагрузки на ИБП в ЦОДе до 500 кВт, отметил Тоомбс.

По мнению аналитика, киловатты – это не единственный правильный показатель прогресса миграции в облака, каждая компания сама вправе выбирать для себя наиболее важные критерии. Тем не менее, он считает, что во многих случаях эта мера может быть «идеальным показателем прогресса».

Постоянный URL: http://servernews.ru/999414
17.11.2019 [19:22], Алексей Степин

Рост плотности вычислительных мощностей в ЦОД будет продолжаться

Исследовательская компания 451 Research опубликовала отчёт, в котором говорится, что плотность «упаковки» вычислительных мощностей в ЦОД активно растёт, и эта тенденция будет продолжаться.

До недавних пор показатель потребления энергии составлял в среднем 5 киловатт на стойку, однако, в последний год наблюдался активный рост, а 45% из 750 опрошенных компаний ожидают дальнейшего повышения этого показателя до 11 и более киловатт в течение следующего, 2020 года. 

В прошлом году лишь 18% опрошенных сообщили о мощностях свыше 10 киловатт на стойку, так что это очень серьёзный рост. Что вызывает такой рост плотности и потребляемых мощностей? Серьезная доля приходится на набирающие популярность приложения машинного интеллекта. Именно в этой сфере используются максимально сложные процессоры, упакованные в максимально компактный формат ‒ по нескольку огромных и имеющих солидное энергопотребление чипов в каждом серверном корпусе.

И это не только чипы-монстры, разработанные NVIDIA или AMD ‒ можно вспомнить анонс тензорного процессора Groq TSP с производительностью 1 Петаопс (PetaOPS, 1015 операций в секунду) или новые ИИ-ускорители Graphcore C2 с 1216 ядрами и огромным кристаллом.

Всё это создаёт ряд проблем, включая растущие требования к охлаждению серверных комнат, наполненных подобным оборудованием. Владельцы ЦОД активно ищут новые способы отвода огромного количества тепла и всё охотнее внедряют системы жидкостного охлаждения.

Пример стойки с ИИ-ускорителями Google, использующей жидкостное охлаждение

Пример стойки с ИИ-ускорителями Google, использующей жидкостное охлаждение

По мнению 451 Research, 2020 год должен стать годом активного внедрения такого охлаждения в крупных центрах обработки данных. Катализатором может послужить решение Google о переводе последнего поколения серверного аппаратного обеспечения компании на СЖО. Впрочем, некоторые гиганты, например, Microsoft, хотя и экспериментируют с жидкостными системами, но пока откладывают окончательное решение, а иные, как Facebook, считают, что у воздушного охлаждения ещё есть задел на будущее.

Постоянный URL: http://servernews.ru/997865
10.09.2019 [12:01], Сергей Карасёв

Китайские дата-центры обойдут по энергопотреблению всю Австралию

Организация Greenpeace и Северо-Китайский энергетический университет сделали прогноз относительно энергопотребления центров обработки данных, расположенных на территории КНР.

Сообщается, что китайские дата-центры в течение нескольких лет обойдут по энергопотреблению всю Австралию, то есть целый континент.

На все домохозяйства и бизнес-структуры в Австралии в 2018 году понадобилось 261 ТВт·ч энергии.

Прогнозируется, что центры обработки данных, расположенные на территории Китая, увеличат потребление энергии на 66 % в период с нынешнего года по 2023-й.

В результате, в 2023-м китайским дата-центрам понадобится 267 ТВт·ч. Таким образом, эти платформы обойдут по энергопотреблению целый континент — Австралию. Однако нужно отметить, что и эта страна в течение четырёх лет может увеличить свои энергетические расходы. 

Постоянный URL: http://servernews.ru/993831
27.06.2019 [23:07], Владимир Мироненко

Облачные IoT-платформы позволяют энергорынку США экономить сотни миллионов долларов

Компания J’son & Partners Consulting опубликовала результаты исследования «Анализ рынка облачных IoT-платформ и приложений для оптимизационного управления энергосетями».

Как утверждают аналитики J’son & Partners Consulting, на примере электроэнергетики можно изучать эффективность процессов цифровой трансформации и роль в этом облачных IoT-платформ и приложений.

Наибольшего эффекта от сглаживания пиков энергопотребления можно достичь только при условии сквозной оптимизации. Применяемая в США программа Demand Response для предотвращения (сглаживания) резких пиков энергопотребления за счёт управления энергопотреблением в жилом секторе обеспечивает экономический эффект, исчисляемый в сотнях миллионов долларов. Благодаря этому появляется возможность выплачивать бонусы конечными потребителями, без которых сглаживание пиков невозможно.

Полученная прибыль позволяет энергосбытовым компаниям субсидировать установку средств автоматизации управления климатом и энергопотреблением в зданиях – конечных потребителях, так как максимальный эффект достигается при условии автоматического взаимодействия систем управления ограничением энергопотребления (DRMS) энергосбытовых компаний и систем управления инженерным и бытовым оборудованием зданий (BMS, умные термостаты и т. д.)

В отличие от Северной Америки и Западной Европы, в Китае, несмотря на лидерство по количеству установленных умных счетчиков (50 % всего количества в мире), практически отсутствует использование облачных сервисов для сбора и анализа данных с них. Поэтому Поднебесная потенциально является наиболее перспективным рынком для разработчиков и провайдеров облачных IoT-платформ и приложений для электроэнергетики.

Что касается России, то здесь к разработчикам IoT-платформ предъявляются существенно более жёсткие требования, чем в Северной Америке и Западной Европе. Потребление облачных сервисов интеграционных и аналитических платформ на данный момент составляет в России всего около $3,2 млн. Для сравнения, общемировой объём рынка, по оценкам J’son & Partners, составляет $860 млн.

Сбор данных с умных подключённых счетчиков потребления электроэнергии осуществляется в России преимущественно с использованием проприетарных on-premise систем коммерческого учёта электроэнергии (АСКУЭ), а в структуре потребления преобладают крупные коммерческие компании, такие как Роснефть, РЖД, а не сбытовые компании. Программы сглаживания пиков энергопотребления в данном случае отсутствуют, и экономический эффект ограничен рамками крупных коммерческих потребителей электроэнергии.

Развёртыванию АСКУЭ в жилом секторе препятствуют два фактора. Во-первых, в структуре российского жилого фонда, на который в основном и ориентированы программы Demand Response в мире, преобладает жильё в многоквартирных домах, подключённых к централизованным системам отопления и горячего водоснабжения (65 % от общего количества квартир и индивидуальных жилых домов). Здесь эффект от оптимизации энергопотребления будет минимальным. К тому же, в многоквартирных домах установка собственных источников генерации, что является важным элементом Smart Grid, практически нереализуема.

Во-вторых, в России одна из самых низких в мире  стоимость электроэнергии, что тоже влияет на размер экономического эффекта — в среднем $80 в год на подключённый объект жилого сектора против $200 в США.

Поэтому для России более целесообразен подход «pay as you go», реализуемый с помощью управляемых сервисов, основанных на использовании облачных IoT-платформ (интеграционных и аналитических).

Внедрение сквозного оптимизационного управления энергопотреблением в России желательно начинать с индивидуального жилого фонда, действуя точечно, и лишь на следующем этапе переходить на многоквартирное жильё. При этом, необходимо субсидирование установки на стороне конечных потребителей элементов систем «Умный дом», без которых невозможно автоматическое управление конечным энергопотреблением. 

Коммерческий успех отечественных разработчиков в России, где присутствуют наиболее жёсткие требования по удельной себестоимости, может стать отправной точкой для успешной работы в других странах, в частности, в Китае.

Постоянный URL: http://servernews.ru/989896
Система Orphus