Кроме того, согласно новому отчету лаборатории Беркли, озаглавленному «Отчет об использовании энергии центрами обработки данных США», прогнозируется сохранение низких темпов роста потребления электроэнергии до 2020 года, в то время как общая установленная база серверов увеличится на 40 процентов с 2010 по 2020 год. первый комплексный анализ энергопотребления центров обработки данных почти за 10 лет.«За это десятилетие объем экономии энергии составляет около 620 миллиардов киловатт-часов, или более 60 миллиардов долларов, благодаря эффективным методам», — сказал исследователь Berkeley Lab Арман Шехаби, один из ведущих авторов отчета.
Последний такой всесторонний анализ был сделан в 2008 году, это был отчет для Конгресса, который также был подготовлен лабораторией Беркли. Было обнаружено, что потребление электроэнергии центрами обработки данных удваивается каждые пять лет, в основном из-за стремительного роста числа и плотности центров обработки данных. «Идея о том, что потребление электроэнергии удваивается каждые пять лет, все еще широко распространена по сей день», — сказал Шехаби. «Фактически, были достигнуты огромные успехи в эффективности. Но в ближайшем будущем есть еще огромные возможности».Авторы нового отчета из лаборатории Беркли, включая Дейла Сартора, Сару Смит, Ричарда Брауна и Магнуса Херрлина, некоторые из которых также работали над отчетом за 2008 год, собрали данные о поставках серверов и хранилища, сетевого и другого оборудования, а затем построили модель для прогнозирования энергопотребления центра обработки данных.
Они включали центры обработки данных, которые варьировались по размеру от туалета с менее чем пятью серверами до «гипермасштабируемых» вычислительных мощностей с десятками тысяч серверов в зданиях размером с ангар, например, тех, которые эксплуатируются такими компаниями, как Google и Amazon.В целом они обнаружили, что более крупные центры обработки данных добились значительных успехов в повышении эффективности своей работы. В то же время небольшие центры обработки данных, число которых не увеличивается, но, по прогнозам, на их долю в 2020 году будет приходиться 60% всей энергии, потребляемой центрами обработки данных, по-прежнему часто неэффективны. «Рост отрасли происходит в первую очередь в гипермасштабируемых центрах обработки данных, но есть возможности и в типичных корпоративных или институциональных центрах обработки данных», — сказал Сартор. «Их миллионы в туалете или маленьких комнатах, и они не очень эффективны».
По оценкам исследования, центры обработки данных в США в 2014 году потребили в общей сложности 70 миллиардов кВтч, что составляет около 1,8 процента от общего потребления электроэнергии в США. С 2010 по 2014 год потребление увеличилось примерно на 4 процента, а с 2014 по 2020 год, по прогнозам, вырастет еще на 4 процента.
Это контрастирует с увеличением на 90 процентов с 2000 по 2005 год и на 24 процента с 2005 по 2010 год (как отмечают авторы, поставки серверов заметно замедлились в 2009 году, вероятно, в значительной степени из-за экономического спада).
Исследователи обнаружили три основные причины повышения энергоэффективности. Одним из факторов было то, что стратегии охлаждения и питания стали лучше. «В прошлом большинство центров обработки данных без разбора подвергали кондиционирование воздуха, чтобы не допустить перегрева оборудования — это крайне неэффективно», — сказал Шехаби. «Сейчас существуют более продвинутые стратегии охлаждения, такие как изоляция горячего коридора, экономайзеры и жидкостное охлаждение, которые делают процесс охлаждения намного менее энергоемким».Вторая причина — это так называемое масштабирование или «пропорциональность мощности».
Смит объяснил: «Большинство серверов большую часть времени простаивают, но традиционно они не предназначены для уменьшения потребления электроэнергии, когда они выполняют меньше операций. Это улучшается».
Благодаря более совершенному программному обеспечению для управления питанием, а также более качественному оборудованию серверы могут снизить энергопотребление, когда они простаивают или используются не полностью.Другой способ решить эту проблему — сократить время простоя серверов за счет уменьшения общего количества серверов. «Промышленность консолидирует серверы, так что вместо пяти серверов, работающих примерно на 10 процентов, у них может быть один, работающий ближе к 50 процентам», — сказал Смит.Такое совместное использование ресурсов, или «виртуализация», является отраслевой тенденцией, которая привела к всплеску облачных сервисов и является третьей областью улучшений. «Облако, безусловно, является одним из факторов повышения энергоэффективности», — сказал Сартор. «Раньше стоимость центров обработки данных считалась фиксированной, но в облачной среде выиграет тот, кто является поставщиком с наименьшими затратами.
Энергия — одна из самых простых вещей для оптимизации».Учитывая эти тенденции, исследователи спроектировали три будущих сценария, в которых можно было бы достичь еще большей экономии энергии. В «сценарии улучшенного управления» неактивные серверы удаляются и производятся другие не требующие больших капиталовложений операционные и технологические улучшения. Это дало еще 10% экономии в 2020 году по сравнению со сценарием «текущих тенденций».
В сценарии «гипермасштабируемого перехода» 80 процентов серверов в небольших центрах обработки данных перемещаются в гипермасштабируемые объекты, что дает экономию энергии на 25 процентов по сравнению со сценарием «текущих тенденций». А сценарий «передовой практики» предполагает повсеместное внедрение наиболее эффективных технологий и практик для каждого типа центров обработки данных, таким образом достигая 40-процентной экономии по сравнению со сценарием «текущих тенденций».«Это большая история — у нас есть возможность еще больше сократить потребление энергии в центрах обработки данных в США, в то же время обеспечивая на порядок большую вычислительную мощность», — сказал Сартор.
Исследование финансировалось Федеральной программой управления энергетикой Министерства энергетики США (FEMP). Среди дополнительных соавторов Джонатан Куми из Стэнфордского университета, Эрик Масанет из Северо-Западного университета, Натаниэль Хорнер и Инес Азеведо из Университета Карнеги-Меллон.