Охлаждение серверов водой: новый рекорд эффективности

С ноября 2012 г. команда ученых из Национальной лаборатории возобновляемой энергетики США (National Renewable Energy Laboratory; NREL) реализует проект по строительству экспериментального ЦОД, на базе которого будут отрабатываться новые технологии в области энергосбережения. Площадка претендует на то, чтобы стать мировым рекордсменом по энергосбережению: на ней будет работать первый суперкомпьютер мощностью выше 1 петафлопс с показателем энергоэффективности PUE на уровне 1,06. Минимально возможное значение PUE стремится к единице. Это означает, что при снабжении оборудования электричеством практически не происходит потерь. На данный момент самый эффективный ЦОД принадлежит Facebook и находится в городе Прайнвилль, штат Орегон. Коэффициент PUE этого комплекса составляет 1,05-1,1, утверждают представители социальной сети.

В дата-центре NREL будет использована система жидкого охлаждения на базе теплой воды. «В традиционных компьютерных системах у вас есть механический чиллер снаружи, который доставляет холодную воду в дата-центр, где кондиционеры прогоняют холодный воздух по фальшполам, чтобы сохранить вычислительные компоненты от перегрева. Это не очень эффективно: все равно, что оставить стакан на столе в кухне, а затем выйти и включить кондиционер, чтобы напиток остался холодным», – приводит аналогию директор вычислительного научного центра NREL Стив Хэммонд (SteveHammond).

Потребности оборудования в энергии составят более 1 МВт — это огромное количество тепла. Его нейтрализация с помощью воды представляется более эффективной, так как теплоемкость воды в 1000 раз выше, чем у воздуха. Вода, поступающая к серверам, будет охлаждена только до 24 градусов, что позволит отказаться от компрессорных установок и использовать охладительные башни (градирни). Жидкость, уводимая от стоек, будет разогрета до 38 градусов — она пойдет на отопление прилегающих офисных зданий и лабораторий.

Следует отметить, что технологии прямого жидкостного охлаждения серверов уже используются в ряде инновационных дата-центров, например, в упомянутом ЦОД Facebook в Орегоне. Представители NREL утверждают, что их цель не просто построить и «обкатать» новую систему, но создать полноценный продукт, который можно будет тиражировать.

Помимо охлаждения серверов водой в дата-центре NREL будет использован ряд других интересных технологий. К оборудованию будет подведен переменный ток высокого напряжения в 480 B вместо традиционных 208 B, что позволит сократить потери энергии и поможет сэкономить на преобразовании электричества и закупке электронного оборудования для энергосистем. Вычислительные системы ЦОД будут построены из серверов HP ProLiant SL230 и SL250 Gen8 на основе восьмиядерных процессоров Intel Xeon E5-2670. Также будут использоваться серверы следующего поколения на основе чипов Intel Xeon с архитектурой Ivy Bridge (технологический процесс 22 нм) и сопроцессоры Intel Xeon Phi.

Авторы проекта уверяют, что строительство дата-центра обойдется не дороже возведения традиционной площадки с аналогичной вычислительной производительностью, при этом экономия на операционных расходах составит $1 млн в год. ЦОД заработает в полную мощность летом 2013 г.

Экологически чистые процессоры

Борьба за снижение энергопотребления идет не только на уровне инженерных систем, но и за счет совершенствования ИТ-оборудования. В декабре 2012 г. компания Intel представила новое поколение серверных чипов Atom S1200 с рекордно низким энергопотреблением. Из трех новинок один чип обладает TDP (показателем, который позволяет судить об энергопотреблении) равным примерно 6 Вт, это Intel Atom S1240 (TDP 6,1 Вт). Для остальных двух чипов Atom S1220 и S1260 это значение составляет 8,1 и 8,5 Вт соответственно. Процессоры рассчитаны на использование в СХД и микросерверах – системах с низким энергопотреблением.

В апреле 2013 г. компания HP выпустила «программно-определяемый сервер» Moonshot на базе Atom S1260. Модель предназначена для облачных вычислений и призвана совершить революцию в ЦОД-строении, считают в компании. Действительно, заявленные характеристики впечатляют: серверы Moonshot потребляют на 89% меньше энергии, занимают на 80% меньше пространства и требуют на 77% меньше расходов на обслуживание по сравнению с традиционными серверами. Один сервер представляет собой модуль, который помещается в корпус формата 4.3U вместимостью 45 серверов. Получается, что в стандартную стойку 26U помещается 1,8 тыс. серверов. Таким образом, занимаемая площадь будет в 8 раз меньше в сравнении с традиционными системами. Продажи Moonshot стартовали весной 2013 г., поэтому к концу года можно будет увидеть первые решения на базе таких серверов.

Кроме HP, разработкой решений на базе Atom S1200 занимаются Accusys, CETC, Dell, Huawei, Inspur, Microsan, Qsan, Quanta, Supermicro и Wiwynn. При этом в Intel не собираются останавливаться и в течение 2013 г. обещают показать новое поколение процессоров для микросерверов под кодовым названием Avaton, минимальное энергопотребление составит 5 МВт. Они будут изготавливаться по топологии 22 нм с применением транзисторной технологии 3-D Tri-gate.

Дата-центр с PUE=1.0 ?

Модульные ЦОД-ы набирают популярность на рынке, это один из трендов развития отрасли. Японская компания Internet Initiative Japan (IIJ) решила превратить дата-центр из контейнеров не только в самый быстрый способ построить собственную инфраструктуру, но и в самый энергоэффективный. Весной 2013 г. стартовал пилот по строительству модульного дата-центра, энергопоказатель которого должен быть близок к идеальному PUE=1.0 за счет охлаждения по технологии фрикулинг на протяжении всего года без применения сопутствующих средств. Предыдущие контейнерные модули IIJ использовали чиллер для охлаждения летом и увлажнитель зимой, коэффициент PUE такой системы равен 1,17.

Закодированная информация обходится дешевле

В будущем сократить энергопотребление дата-центров можно будет с помощью новых способов кодирования информации, которая хранится на дисках. Одна из таких разработок под названием «сетевое кодирование» была озвучена в апреле 2012 г. специалистами из Alcatel-Lucent Bell Labs и Массачусетского технологического института. Ученые предлагают сократить количество копий одних и тех же файлов без ухудшения качества воспроизведения. Специальные алгоритмы преобразуют данные в последовательность математических функций, которая, при необходимости, может быть решена для различных фрагментов. Это обеспечивает резервирование без необходимости хранения полных копий данных.

В первую очередь эта технология предназначена для работы с видео. Сейчас сети хранения данных (SAN, Storage Area Network) в ЦОД основаны на избыточности, чтобы обеспечить пользователя электронного устройства плавной загрузкой и быстрым воспроизведением видео. Ученые утверждают, что разработка способна сэкономить от 20 до 50% затрат на накопители информации и электроэнергию в центрах обработки данных. «Это весьма многообещающая технология, способная повысить эффективность работы дата-центров. Это не панацея, однако ее эффект значителен. Поэтому нет никаких причин откладывать ее выход на коммерческий рынок», - считает Эмина Солжанин (Emina Soljanin), сотрудница Bell Labs.