Moderní UPS sníží spotřebu datových center

Před deseti lety bylo při návrhu datového centra hlavním cílem získat hrubý výpočetní výkon, který by byl schopen udržet krok s explodujícími požadavky aplikací. Podpůrná infrastruktura byla přitom dána. Tento scénář se před několika lety otočil. Hrubý výpočetní výkon je předem dán, avšak infrastruktura nutná pro jeho podporu je předmětem tvůrčího návrhu. A napájení v něm nutně hraje jednu z hlavních rolí.

V mnoha datových centrech jsou napájecí a klimatizační systémy dnes zatíženy až na kritickou mez, a blíží se tak ke své limitní kapacitě. Náklady na napájení a klimatizaci dosahují více než polovinu výdajů na IT a požadavky na příkon neustále eskalují.

Servery s vysokou hustotou nasazení vytvářejí mnohem více ztrátového tepla, než tomu bylo dříve v případě instalace jednotlivých zařízení. Tuto energii musejí odvést často přetížené klimatizační systémy, které však tímto úkonem spotřebovávají další elektřinu, a tím vytvářejí ještě větší teplo. Na této bludné spirále pak skončí v důsledku překročení elektrického příkonu velké množství datových center.

To není příliš lákavá perspektiva, zejména s ohledem na to, že nové architektury serverů přinášejí exponenciální nárůst požadavků na příkon, počet napájecích zásuvek a redundanci. Možná že vaše datové centrum není dnes ještě na konci svých možností, promítnete-li si však současné trendy do horizontu příštích tří až pěti let, bude tomu tak i nadále? Jednou z možností je samozřejmě provést v plánovaném horizontu celkovou modernizaci nebo generální úpravu.

Existují však i jiné praktické a cenově dostupné způsoby, jak využít skryté kapacity, zvýšit užitnou hodnotu existující instalace a oddálit den, kdy bude muset být realizována zásadní investice do napájení a klimatizace.

V následujících řádcích budou představena některá řešení se zaměřením na systémy UPS (nepřerušitelné zdroje napájení, Uninterruptible Power Supply), které lze využít v podstatě okamžitě. Některé z nich se jeví jako samozřejmé, obecně přijímané, ale využívá je kupodivu jen omezený počet organizací. Jde o monitorování a měření napájecích systémů tak, aby je bylo možné efektivněji a ekonomičtěji spravovat, dále o použití nových vysoce účinných produktů UPS a rozvodů napájení a konečně využití dnešních investic pro budoucí expanzi pomocí modulárních bloků.

Monitoring údajů
Řada správců datových center ani dnes často nezná efektivitu svých IT zařízení, ani instalované infrastruktury, a tak ani nemá jasnou představu o tom, jak tuto efektivitu zvýšit tak, aby poklesly požadavky na příkon nebo klimatizaci. Existuje řada snadno dosažitelných prostředků, které stojí za to prozkoumat a jež mohou vést k podstatnému snížení nákladů na energii a k provozu, jenž je šetrný k životnímu prostředí.

Jaký podíl příkonu datového centra jde do IT systémů a jaká část do podpůrných systémů, jako jsou ovládání klimatizace, zabezpečení a energetických rozvodů? Kolik z každé kilowatthodiny přivedené do IT systémů se promítne do reálného IT výstupu? Odpovědi na tyto otázky vám poskytnou obrázek toho, kolik příkonu se spotřebovává na každou produktivní jednotku reálného obchodního výstupu, jak například počtu obsloužených webových stránek, zpracovaných obchodních transakcí či příslušného provozu datové sítě.

Ačkoli pro efektivitu IT neexistují žádná opravdová průmyslová měřítka, určité metriky jsou dostupné pro efektivitu infrastruktury na místě instalace. Nezisková organizace „Green Grid“ (www.thegreengrid.org) doporučuje pracovat s koeficientem nazvaným „Efektivita využití příkonu“ –Power Usage Efectiveness (PUE) nebo její převrácenou hodnotou „Účinnost datového centra“ Data Center Efficiency (DCiE). PUE představuje poměr celkového příkonu datového centra vztaženého na celkový příkon IT zařízení, přičemž hodnota DCiE je rovna výsledku 1/PUE. Za ideální hodnotu PUE se přitom považuje 1,6. Jakékoli dobře navržené a dobře provozované datové centrum může reálně dosáhnout hodnoty PUE nižší než 2, a přitom splňovat podnikové cíle.

Pokud budou IT manažeři vědět, jaká je jejich výchozí pozice v této metrice, mohou sledovat časový průběh efektivity, a odhalit tak další možnosti maximalizace IT výstupu a snížení vstupního příkonu, jako například použít řízení příkonu serverů, nasadit virtualizaci serverů apod. Též zjistí, kde lze snížit ztráty a zvýšit nízkou účinnost podpůrných systémů.

Problémy lze zviditelnit jak při pohledu ze strany IT, tak z pohledu správy objektu. Například monitorovací systémy elektrického napájení umožňují manažerům IT, manažerům finančních institucí nebo správcům budov společně zobrazit stav jejich klíčových energetických zařízení – primárních rozváděčů, generátorů, systémů správy budov, klimatizace, kontroly přístupu, UPS, jednotlivých napájecích větví atd. Tito vedoucí pracovníci tak mají mnohem lepší přehled, než který by jim poskytovaly jednotlivé jednoúčelové systémy. Pomocí takového zastřešujícího pohledu lze činit optimální rozhodnutí, a získat z existujících napájecích a klimatizačních zařízení vyšší výkon.

Efektivnější infrastruktura
Technologický pokrok v posledních letech podstatně zvýšil účinnost systémů UPS. Před zhruba 30 roky se účinnost těchto zařízení pohybovala kolem 75–80 %. Současné modely pracují běžně s účinností okolo 90 %, přičemž nejmodernější typy s dynamickým přepínáním mezi provozními režimy dosahují hodnoty tohoto parametru, která se blíží 99 %.

I malé zvýšení účinnosti UPS se ale může rychle promítnout do úspor v řádu desítek tisíc korun, do vyššího disponibilního výkonu a do nižších nákladů na klimatizaci. V datovém centru s příkonem 1 MW vytváří 10 let starý systém UPS zhruba 150 kW ztrátového výkonu a tomu odpovídajícího množství ztrátového tepla. Náhradou takového zastaralého zařízení novou UPS s velmi vysokou účinností lze uvolnit až 120 kW napájecího výkonu využitelného pro další instalované IT systémy a současně dojde i ke snížení zatížení klimatizačních systémů.

Protože účinnost UPS je dnes poměrně horkým tématem, existuje spousta marketingových fint, na které by si měli odpovědní manažeři dávat dobrý pozor.

·    Berte údaje dodavatelů o účinnosti s rezervou. Při posuzování UPS nestačí znát špičkovou účinnost dosahovanou pouze při plném zatížení (to je obvykle udávaná hodnota účinnosti). Protože mnoho IT systémů používá zdvojené napájecí zdroje, je typická UPS obvykle zatížena na méně než polovinu, v některých případech dokonce jen na 20–40 %. Při nižším zatížení ale má mnoho UPS podstatně nižší účinnost. Hodnotí-li IT manažer systém UPS, měl by vzít v úvahu její profil energetické účinnosti v celém výkonovém spektru.

·    Posuďte skryté náklady spojené s provedením UPS. Zvolíte-li z důvodů vysoké účinnosti technologii line-interactive, budete schopni chránit IT zařízení před přechodovými jevy na napájení a kolísáním kmitočtu? Možná budete potřebovat vstupní filtry, abyste snížili na přijatelnou úroveň celkové nelineární zkreslení (THD). Někteří dodavatelé inzerují přitažlivé hodnoty energetické účinnosti, poté ale musejí používat dodatečné vstupní filtry ke snížení THD, které účinnost i spolehlivost snižují. Už jen rozdíl účinnosti 1 % při výkonu 500 kVA znamená zřetelnou úsporu ročních nákladů.

·    Správný UPS systém může snížit náklady na klimatizaci. UPS pracující s vyšší účinností vytváří méně ztrátového tepla, a tím snižuje náklady na chlazení. Úspory jsou však svázány s velikostí datového centra.

Ochrana investic
Pokud IT manažeři předimenzují napájecí a klimatizační infrastrukturu kvůli tomu, aby se vypořádali s neznámým růstem v budoucnu, bude to jejich firmu stát z hlediska současných potřeb příliš mnoho finančních prostředků, přičemž provoz bude kvůli nízkému využití struktury neefektivní. Nové projekty proto musí být modulární, aby umožnily rozšiřování infrastruktury podle potřeb a zároveň aby byly v současnosti efektivně provozovány.

Začít se může s budováním fyzických prostor po sekcích s modulárním nárůstem doprovodné infrastruktury. Počáteční náklady budou nižší a budoucí investice budou moci využívat nově nastupující technologie.

Též lze soustředit bloky IT s vysokou energetickou spotřebou do tzv. clusterů a zón s vysokou hustotou, přičemž napájecí infrastrukturu přizpůsobit přesně požadavkům jednotlivých stojanů a řad. Není třeba zajišťovat vysoce dimenzované napájení na každém čtverečním metru datového centra, když takové dimenzování potřebuje jen určitý podíl stojanů.

Výše zmíněného přizpůsobení napájecí infrastruktury na míru lze snadno dosáhnout právě pomocí současných modulárních UPS a pomocí jejich paralelního řazení. V minulosti byla filozofie „plať, jak rosteš“ omezena pouze na malá zařízení UPS – na jednofázové a třífázové modely s výkonem menším než 50 kVA. Nyní už je k dispozici modularita rovněž „ve velkém měřítku“, kdy výkony takových UPS jsou 500 kVA a výše.

Závěr
Dobrou zprávou je, že většina datových center může dramaticky snížit spotřebu uváženou volbou způsobu managementu, výběrem IT hardwaru, napájecí infrastruktury a klimatizace. Jako příklad může posloužit srovnání, že úspory na účtech za elektřinu u serveru s vyšší účinností jsou za tři roky téměř rovny ceně samotného nového zařízení. Pokud uživatelé spojí tuto strategii s energeticky efektivnějšími napájecími systémy a klimatizací, pak středně velké datové centrum s 1 500 servery může ušetřit i desítky milionů korun – a při tom se ještě sníží emise skleníkových plynů jdoucí k tíži odpovídající organizace.

Ed Spears je pracovníkem firmy Eaton Corporation, Filip Procházka je ředitelem společnosti Eaton Electric ČR.