Инженерная инфраструктура центров обработки данных (ЦОД)

Собственники жилья сталкиваются с вопросом оплаты счетов за коммунальные услуги каждый месяц. В счете за коммунальные услуги указывается количество потребленных киловатт-часов и общая стоимость потребленной вами в прошлом месяце электроэнергии. Часто люди ловят себя на мысли, что они много потребляют электроэнергии и многие даже на подсознательном уровне принимают решение о сокращении энергопотребления. Таким образом, включение в счет за квартиру оплаты за электроэнергию является стимулом для нас к сокращению расходов на электроэнергию.

     Теперь представьте следующую ситуацию. А что если бы в счете не только отсутствовало количество потребленной Вами электроэнергии, но и ежемесячно указывалась одинаковая сумма за пользование электричеством, независимо от того сколько Вы бы ее использовали? Вы бы стали всегда выключать свет в комнате? Вы бы стали выключать неиспользуемый компьютер или другие неиспользуемые электроприборы, стали бы Вы покупать более дорогие, но экономичные осветительные лампы? Конечно, нет, поскольку отсутствие информации о потреблении электроэнергии не дает никакого стимула к меньшему ее потреблению.

     А теперь спроецируйте эту ситуацию на дата-центры. Как и в случае с жилыми помещениями и собственниками жилья, если в компании нет данных об энергопотреблении, и она каждый месяц платит одни и те же деньги, независимо от размера потребленного электричества, то нет никакого смысла компании сокращать энергопотребление. На ветер выбрасываются сотни тысяч рублей и расходуются впустую сотни тысяч киловатт-часов. Проблема в квартирах и дата-центрах одинаковая, только счета на квартиру и счета в больших дата-центрах отличаются количеством нулей.

     С этой кошмарной ситуацией сталкиваются предприятия всех размеров во многих современных хостинговых компаниях. Ситуация еще хуже в случае некоммерческих центров обработки данных, в которых никто не отвечает и не знаете, а сколько потребляет электроэнергии та или иная серверная стойка.

Отсутствие информации об индивидуальном потреблении электроэнергии

Основное правило, которым следует руководствоваться при управлении ЦОД, заключается в том, что электроэнергия (как для ИТ- , так и для других инженерных систем) является ограниченным ресурсом. То есть мы не можем бесконечно повышать уровень энергопотребления. Необходимо ограничивать потребление выделенной мощностью. Хостинговые провайдеры понимали это с момента зарождения индустрии, и именно поэтому они проектировали свои энергетические системы из расчета общей мощности (мощности, обеспечиваемой энергетической компанией или мощности генератора).

     Так сложилось, что хостинговые провайдеры просто не имели возможностей для того чтобы контролировать индивидуальное энергопотребление каждого клиента. Они не могли давать клиентам отчет о потребленной ими электрической энергии, не говоря уже, о стимуле к уменьшению энергопотребления каждым клиентом. Поскольку хостинговые провайдеры не могли точно определить количество электроэнергии, потребляемой отдельным клиентом. Поэтому хостинговые провайдеры предлагали клиентам, арендующим места под стойки, модели ценообразования с учетом фиксированных тарифов на электроэнергию. Тарифы строились не на потребленной, а на предоставленной максимальной электроэнергии.

     Эта фиксированная цена в основном устанавливалась на уровне, рассчитанном как на покрытие прямых расходов на электрическую энергию, потребляемую самой энергосистемой, так и на электроэнергию, требуемую для охлаждения ИТ-оборудования. Поскольку провайдеры не имели соответствующих данных и хотели быть уверенными в покрытии своих расходов, они ставили цены на таком уровне, который предполагал, что каждый клиент полностью и постоянно использует выделенные ему ресурсы. Все заканчивалось тем, что компании-клиенты платили за электроэнергию, которую они не использовали, да и никогда не знали, сколько же электроэнергии они на самом деле потребляют.

     Это не значит, что потребители хостинговых услуг не хотели сэкономить деньги или потреблять меньше электроэнергии. Они всегда стремились извлечь наибольшую выгоду из оборудования, установленного на площадке. Но, увы, пока это не везде возможно.

Технология BCM как новый метод учета затрат электроэнергии в ЦОД

По мере того как экономические условия усиливали необходимость в изменении методов расчета энергопотребления, эталоном измерения электроэнергии, потребляемой ЦОД, стала новейшая технология BCM (англ. branch circuit monitoring), позволяющая пользователям и хостинговым провайдерам решить вопросы с контролированием электропотребления. BCM – это способ отслеживания реального использования электроэнергии каждой электрической цепи. Это система, использующая преобразователи тока (маломощные трансформаторы) для определения значения электрического тока каждой силовой цепи. Современные системы BCM могут легко встраиваться в сложные программно-аппаратные средства для сбора и хранения данных и информации об объекте. С помощью открытых стандартов можно собирать и хранить данные BCM, используя специализированные программно-аппаратные средства. В любом случае, после сбора и сохранения показаний, их можно так же легко анализировать, вводить, извлекать или передавать, как и любые другие данные.

     Первоначально BCM предназначалась для быстрого визуального определения электропотребления в пределах одного электрического щита. Взглянув на электрический щит, инженеры или операторы могли обнаружить угрозу срабатывания автомата у той или иной цепи, или увидеть уже выключенные автоматы. По мере развития этой технологии, BCM сначала начали использовать для простого оповещения локального или удаленного персонала, обязанного следить за состоянием электрических распределительных систем, тем самым обеспечивая более высокий уровень реагирования на ситуацию. Функции BCM в последнее время расширились и значительно усложнились. Технология BCM открывает новые возможности для анализа полученных данных.

Измерение фактически используемой электроэнергии

Для датацентра, наверное, самой важной функцией современных BCM систем является ее способность измерять электрическую энергию, фактически потребляемую каждой силовой цепью. Теперь хостинговые провайдеры могут не только представлять детальный отчет о фактически потребленной электроэнергии, но и могут помочь пользователям сэкономить деньги. Для этого система BCM должна иметь несколько обязательных компонентов.

     Во-первых, место хранения данных, предоставляемых трансформаторами тока. На сегодняшний день предпочтительным способом хранения показаний трансформаторов являются реляционные БД, работающие на SQL запросах. Также нужна еще одна реляционная таблица или БД для идентификации отдельных электрических цепей. Этот компонент системы BCM должен использоваться для определения электрического щита или PDU, напряжения в цепи, положений автоматов на данном щите и привязки к конкретному пользователю цепи (клиенту).

     История потребления электроэнергии и реляционная таблица позволяют отслеживать тенденции использования отдельной электрической цепи. Если хостинговый провайдер сможет представлять обобщенные данные об электропотреблении в виде счетов или еще лучше на веб-сайте, пользователи смогут видеть динамику использования. То они начнут экономить электроэнергию, используя такие средства как виртуализация, или интеллектуальные системы энергопотребления, просто отключая нерационально используемые серверы. Например, можно использовать специализированную программу Active Power Management компании Cassatt, которая позволяет отключать незадействованные сервера.

     Хотя основным преимуществом для пользователей хостинговых услуг является калькуляция цены, основанная на потребленной электроэнергии, система BCM также предлагает множество других важных преимуществ хостинговым провайдерам.

     Как показали несколько последних лет, цены на энергоносители являются неустойчивыми, и эта изменчивость зачастую отражается в тарифах энергетических компаний. Использование модели ценообразования, которая основана на потреблении, позволяет хостинговым провайдерам автоматически оповещать клиентов об изменениях стоимости практически в реальном времени, и устраняет необходимость в ручном исправлении счетов, в отличие от моделей фиксированного ценообразования.

     Еще одним преимуществом, предлагаемым системами BCM хостинговым провайдерам, является функция анализа тенденций использования электроэнергии. База данных электрической цепи позволяет анализировать тенденции использования одной силовой цепи, отдельного блока распределения электроэнергии (PDU), каждого щита или ИБП, давая возможность прогнозировать будущие потребности. В зависимости от уровня детализации, поддерживаемого реляционной БД, также можно было бы анализировать электропотребление по типу установленного и используемого оборудования, рыночному сегменту, географическому размещению и т. п., что позволило бы делать прогнозы на запрос выделения максимальной мощности.

Время перемен

В прошлом фиксированное ценообразование было обоснованным в эксплуатационном и коммерческом смысле в data центрах. Без возможности измерения и сбора данных по электропотреблению отдельных цепей можно было узнать только фактическое электропотребление на источниках бесперебойного питания (ИБП), так как ИБП показывали количество потребленной электроэнергии. Фиксированное ценообразование все еще имеет смысл там, где отсутствуют системы BCM, или в случае небольшого центра обработки данных. На небольших площадках расходы на мониторинг и биллинг электроэнергии могут быть неоправданными. С другой стороны, в случае очень крупных пользователей, мониторинг потребления на уровне электрического щита или ИБП мог бы быть более оправданным в эксплуатационном и финансовом отношении.

Меняем ценообразование

Переход с фиксированного ценообразования на ценообразование, основанное на конкретном потреблении, по-разному влияет на разных пользователей, в зависимости от свойственного им профиля потребления. По крайней мере, наличие данных о фактическом электропотреблении дает возможность проанализировать, а со временем сократить расходы на электроэнергию. Если компании смогут урезать свои расходы посредством меньшего потребления, то у них будет и стимул к уменьшению энергопотребления. В компаниях, электропотребление которых периодически изменяется (сезонное использование, периоды отпусков и т. д.), ценообразование, основанное на потреблении, может иметь еще большие преимущества. Такие компании могут сокращать расходы в менее активные периоды, что невозможно при использовании моделей фиксированного ценообразования. Другие типы пользователей, с низким уровнем электропотребления, такие как сетевые операторы, могут также иметь большие преимущества. Эти пользователи оплачивают электроэнергию по относительно высоким тарифам при малом использовании электроэнергии.

     Электроэнергия является основным ресурсом дата-центра, и его наличие, а также связанные с ним выбросы в атмосферу, становится предметом растущего беспокойства в мире. В виду того, что последствия климатических изменений все больше обсуждаются в средствах массовой информации и становиться объектом правительственного регулирования и надзора (например, в США известен акт H.R.2454), осведомленность о количестве потребляемой энергии, а также о составе выбросов (в частности углекислого газа) становится все более важным.

Система BCM – долгосрочная перспектива экономии средств

Внедрение технологии BCM в собственном дата-центре или на технической площадке провайдера, а также использование модели ценообразования, основанной на реальном потреблении электроэнергии, является одним из способов, обеспечивающим долгосрочные перспективы экономии средств за счет более эффективного энергопотребления. При проектировании и построении ЦОД, отвечающему современным требованиям, необходимо обязательно уделить внимание BCM системам и подготовить систему распределения электроэнергии с учетом возможного внедрения программно-аппаратного комплекса.