Data Center Energy Forecast –Final report, July 2008
(
https://microsite.accenture.com/svlgreport/Documents/pdf/SVLG_Report.pdf)
אני מצרף את סיכום העבודה שנעשתה ע"י ארגון ה SVLG (silicon valley leadership group) וה LBNL (Lawrence Berkeley National Laboratory) ביחד עם גופים מסחריים ובפיקוח של חברת Accenture, יולי 2008.
עבודה זו היא רק אחת ממספר יוזמות דומות בארה"ב ובארצות אחרות להתמודדות עם בעיית צריכת החשמל בחדרי מחשב והצורך בצמצום בעיית פליטת הפחמן הדו-חמצני לאטמוספירה ומניעת החמרת "אפקט החממה".
הקדמה:
בעקבות
דוח ה EPA לקונגרס ב 2007 בנושא חיסכון באנרגיה בחדרי מחשב והמלצות לפעולות כדי להוריד את צריכת האנרגיה במרכזי המחשוב בארה"ב, החלו מספר חברות לבדוק אצלן בארגון את הנושא כדי לראות כמה ניתן, אם בכלל, לחסוך מייעול עבודת חדר המחשב ומה זה דורש מהארגון בהיבט הטכנולוגי והכלכלי. הפרוייקט שלפנינו שנקרא Data Center Demonstration Project לוקח תוצאות של מספר מקרי בוחן אמיתיים ומשווה אותן למדידות ולתחזיות שנעשו ע"י ה EPA. תוצאות העבודה הזו יוכלו לעזור למנהלי חדרי מחשב לקבל החלטות על סמך הידע שנצבר בעבודה, לסייע למקבלי ההחלטות הרשמיים במדינה עם תוצאות אמיתיות בשטח כדי להיטיב ולקבוע אמות מידה בתחום חדרי המחשב לשנים הקרובות ולסייע בחינוך השוק לגבי הדרך ליישם פתרונות מובילים במטרה לחסוך באנרגיה בחדרי המחשב.
כאמור, אחת הנקודות החשובות ביותר במחקר הזה היא שמדובר ב 17 מקרי בוחן אמיתיים שנערכו במרכזי מיחשוב של ארגונים מסחריים עובדים ובדקו 11 יוזמות טכנולוגיות שונות בתחום ייעול עבודת חדר המחשב. זאת בשונה ממחקרים אחרים שנעשים בדר"כ בחדרי מחשב של ספקי מוצרים בעלי אינטרסים כאלה ואחרים או בסביבות מחקר של גופים שונים והטענה נגדם היא שהתוצאות לא בהכרח מייצגות את "החיים האמיתיים".
ההדגמה של מקרי הבוחן נערכה במספר אתרים שונים במקביל. בחלק מהמקרים בוצעו הטמעות של פתרונות טכנולוגיים כאלה ואחרים כחלק מהפרויקט ונמדדו הממצאים במשך תקופת זמן מסויימת. בחלק אחר מהמקרים נערכו מדידות של טכנולוגיות מתקדמות שכבר הוטמעו בארגון כזה או אחר בלי קשר לפרוייקט.
הארגונים השותפים לפרוייקט התחלקו לארגונים מארגנים ומפקחים, ארגונים שארחו מקרי בוחן אצלם וספקי טכנולוגיות שמימנו בחלק מהמקרים הטמעת פתרונות בחדרי המחשב שהשתתפו.
עיקרי דו"ח ה EPA לקונגרס:
חדר מחשב מורכב בדר"כ ממספר גורמים עיקריים: ציוד ה IT (שרתים, מכונות אחסון וציוד תקשורת), מערכות לחלוקת אנרגיה לציוד ה IT (מערכות אל פסק –UPS, יחידות פיזור אנרגיה –PDU וכדומה) ומערכות תומכות (מערכות קירור: צ'ילרים, מאווררים, משאבות. מערכות היקפיות: כיבוי אש ומערכות תאורה לחדר). כל גורם מהגורמים הנ"ל צורך אנרגיה. ייעול צריכת החשמל בחדר המחשב כרוכה בזיהוי צרכני האנרגיה הכבדים בחדר המחשב וטיפול נקודתי בהם. ה EPA חילק את הגורמים בחדר המחשב לשתי קבוצות: תשתית IT (שרתים, אחסון ותקשורת) ותשתית האתר (כל השאר). הדו"ח ניתח את האפשרויות השונות לחיסכון בעלויות חשמל בחדר המחשב והראה כי שיפור וייעול צריכת האנרגיה יכול להתמקד במספר רמות: ברמת השרת הבודד ניתן למצוא שרתים מרובי ליבות ובעלי מערכות לניהול אנרגיה אשר מעלים בצורה משמעותית את הביצועים לכל וואט שנצרך. ברמת קבוצת השרתים ניתן לבצע איחוד של מספר שרתים פיסיים בעלי נצילות נמוכה לשרת אחד וירטואלי שמריץ עליו מספר מערכות וירטואליות. שרת זה מנוצל באחוזים גבוהים יותר ומביא לחיסכון רב במקום בחדר ועל ידי כך לחיסכון באנרגיה. ה EPA ניתח פעולות שונות שניתן לעשות על ציוד אחסון ותקשורת, אך לגורמים אלה השפעה פחות גדולה על צריכת החשמל הכללית בחדר.
בצד תשתית האתר מצויין ע"י ה EPA כי ניתן לבצע מספר פעולות בייעול מערכות מיזוג והולכת האוויר, שיפור פעולת הצ'ילרים ומערכות המים, שיפור מערך התאורה ופעולות נוספות שיכולות לייעל את צריכת החשמל מצד תשתית זו, אשר אחראית ל 50% ויותר מסך צריכת האנרגיה בחדר.
אחד החלקים החשובים ביותר בדו"ח מדבר על מספר תסריטים אפשריים להתפתחות צריכת החשמל בחדרי המחשב בתעשייה. התסריטים "historical trends" "current trends" מבוסס על נתונים קיימים של חדרי מחשב בארה"ב כפי נאספו ע"י ה EPA. התסריטים "improved operations", "best practice" ו "state-of-the-art" מבוססים על הערכות של גורמי מקצוע בתעשייה לגבי התפתחויות אפשריות של השימוש בטכנולוגיות שונות בחדרי המחשב. התסריטים מבוטאים במונחי חיסכון בחשמל יחסית למצב כיום (current trends). לדוגמא, על פי תסריט של state of the art, שהוא מקסימום הפוטנציאל הטכני שניתן להגיע אליו בנתונים הקיימים, ניתן לחסוך כ 55% בשימוש בחשמל יחסית למצב כיום.
השוואת תוצאות פרוייקט ההדגמה לתחזיות ה EPA:
מטרת הפרוייקט היא, כפי שכבר כתבתי, לנסות ולבדוק האם תחזיות והשערות החיסכון שהובאו בדו"ח של ה EPA באמת יישוימות בחדרי מחשב מסחריים. המבדק הזה לא נועד לחזות מה תהיה התוצאה אם יעשה שימוש בטכנולוגיות מתקדמות וכן הוא לא נועד לחזות את השימוש בפועל באנרגיה בחדרי מחשב ברחבי ארה"ב. הוא כן נועד להראות חיסכון אמיתי בחדרי מחשב מסחריים. כמו כן מטרתו השוואת החיסכון הזה עם הערכות המומחים שסייעו למחקר של ה EPA בבניית תסריטי החיסכון וכן לבדוק עד כמה יישימות הנחות ה EPA בעולם האמיתי. תוצאות המבדק מובאות במונחי חיסכון בחשמל והמשמעות הכספית של החיסכון. רוב הארגונים המשתתפים בחרו שלא לחשוף את עלות ההטמעה של הפיתרון הטכנולוגי שאותו בחנו, אולם ברוב המקרים התנאי שהוצב ע"י החברות עצמן הוא החזר השקעה של עד 18 חודשים.
מקרי הבוחן חולקו לארבע קטגוריות כדי ליצור ארבעה "טיפוסים" של חדרי מחשב:
חדר "legacy production", חדר "legacy R&D", חדר "new production" וחדר "new R&D". כל חדר היווה למעשה תוצאה תיאורתית של חיבור מספר טכנולוגיות מתוך כלל מקרי הבוחן במינון שונה בכל פעם כדי ליצור תוצאה שונה, אשר תתאים לסביבה אמיתית בחברות מסחריות. כך למשל, חדר חדש שנועד לשמש למו"פ (כלומר טיפוס "new R&D") צריך סביבת מיחשוב מספיק גמישה מצד אחד שתוכל לבצע בדיקות ופיתוח במהירות ובדינמיות, תוך קבלת מספיק משאבים ומקורות אנרגיה לפיתוח, שהם בדרך כלל גבוהים יותר מסביבת ייצור. כמו כן מדובר בחדר חדש שניתן לתכנן אותו במיוחד לפי הדרישות של העסק. בהרכבת הטיפוס הזה אפשר לראות, לכן, כי סביבת מו"פ היא סביבה מתאימה לניסוי של וירטואליזציה ואופטימיזציה של משאבים וניתן ליישם בה תשתיות של קירור מודולרי, מערכות PDU מתוחכמות וכדומה.
תוצאות ההדגמה:
מדידות צריכת האנרגיה בחדרי המחשב שהשתתפו בניסוי בתחילה ולאחר הטמעת הפתרונות הטכנולוגיים וחלוקת התוצאות לטיפוסים השונים של חדרי מחשב, כפי שאלה הוגדרו ע"י צוות הפרוייקט, הראו כי ניתן להגיע ליעד שהציב ה EPA לחיסכון בחשמל ע"פ תסריט של best practice, כלומר הממצאים של צוות הפרוייקט מאששים את תחזיות ה EPA לחיסכון בחשמל בחדרי מחשב במידה וינקטו האמצעים שהוגדרו בדוח לקונגרס. בחלק מהמקרים אף הוכח, כי יישום פתרונות לייעול סביבת חדרי מחשב קיימים יכולה להביא לחיסכון שכמעט אינו נופל מיישום טכנולוגיות לייעול חדרי מחשב חדשים. המשמעות של ממצא זה, היא שארגונים שמעוניינים לייעל את ניצול האנרגיה בחדר המחשב שלהם ולהוריד עלויות, אך מתלבטים האם יש צורך בהקמת חדר חדש או שיפור הישן, מקבלים כאן גושפנקא לכך ששיפור הקיים בחלק מהמקרים יכול להביא לתוצאות כמעט דומות למתקן חדש. את התוצאות של ההדגמה ריכזו הבודקים על אותו גרף של ה EPA שמתאר תסריטים וצריכת חשמל עבור כל תסריט. מהגרף ניתן ללמוד כי כל טיפוסי חדרי המחשב שתוארו בהדגמה עומדים בקריטריונים של best practice ואף בחלק מהמקרים עולים עליו ומתקרבים לחיסכון שניתן להשיג בתסריט של state of the art.