データセンターをより効率的かつ経済的にすることは可能ですか？

^{Googleのベルギーのデータセンターは、独自の太陽光発電所から完全に電力を供給されており、機器は最も近い運河からの水によって冷却されます。これは、高度での経済性とエネルギー効率です。出典：Google}



データセンターの大規模な建設が始まってから25年が経過し、市場は飽和状態にはほど遠いです。データセンターの建設に対する世界の投資は毎年15％増加しています。同時に、データセンターはより強力で高価になっています。建設と運用のコストは、ホスティング、クラウドストレージ、コンピューティングなどのデジタルサービスの価格に直接影響するため、世界中のデータセンターの効率と経済性の向上に誰もが関心を持っています。データセンターサービスのコストを削減するためにどのような対策を講じることができますか？

エネルギー消費量の多いハイテク

Nature誌による と、世界中のデータセンターに供給するのに約200 TWhかかり、米国のデータセンターからは140TWhが供給されます。 6年前、データセンターの消費量はわずか91 TWhでした。つまり、220％という目覚ましい成長を遂げました。現在、データセンターはウクライナ（122 TWh）、アルゼンチン（129 TWh）、スウェーデン（134 TWh）、ポーランド全体よりも多くを消費しています。 （150 TWh）。



データセンターはパイプや有害廃棄物を喫煙しているのではなく、クラウドコンピューティングであるという事実にもかかわらず、世界のエコロジーに深刻な二酸化炭素排出量を残して います。世界の排出量の0.3％、これはたくさんあります。これは、データセンターを保有する主要国の「グリーン」エネルギーの割合が非常に小さいため（米国で11％、中国で26％、すべて水力発電所を含む）、ガス発電所と石炭火力発電所が使用されているためです。データセンターに電力を供給します。その結果、環境保護主義者とヨーロッパ政府は温室効果ガス排出量の増加に不満を持っており、送電網事業者は負荷の増加とネットワークの近代化の必要性に不満を持っており、データセンターの所有者はメンテナンスのコストに不満を持っています。



運営費を差し引いた後、データセンターのメンテナンスの主な項目は電気であり、これはコストの最大半分を占める可能性があります。データセンターのエネルギー効率を評価するために、PUE（電力使用効率）係数が使用されます。これは、IT機器の消費量に対するすべての電力消費量の比率を表します。 1.0に等しいPUEは理想的で達成不可能であり、サーバーには電源も必要とする冷却および監視システムが確実に供給されているため、それを目指して努力することしかできません。冷却はIT機器の消費量の50〜80％、またはそれ以上を占める可能性があるため、世界の平均PUEは現在1.67です（1ユニットのエネルギーはサーバーに、0.67ユニットは他の機器に送られます）。統合されたアプローチのおかげで、最良の場合、PUEは1.05-1.10に減らすことができます。これは、電力供給の大幅な節約につながります。



ただし、このような節約を実現するには、チェックリストのほぼすべての推奨事項に従う必要があります。単純なものから複雑なものへと始めましょう。まず、現在の機器をアップグレードするための対策について説明し、次にデータセンターの再編成を検討し、次に最新のデータセンターを考慮して新しいデータセンターを移転または構築することを夢見ます。トレンドと最新のテクノロジー。





^{データセンター所有者の調査によると、多くの人がデータセンターのエネルギー効率、冷却、レイアウト、または場所を改善したいと考えています。出典：Solar Thermal Magazine}

損失を最小限に抑えるためのUPSのアップグレード

電力の冗長性を提供し、高価なデータセンター機器を電力サージやその他の電力網の問題から保護するために、バッテリーへの転送時間がゼロのオンラインUPSが使用されます。サーバーの中断のない動作のために、あなたは増加した電力消費で支払う必要があります-その特性を高めるために電圧の二重変換で、損失は避けられません、そしてそれも支払わなければなりません。 UPSの効率は負荷に直接依存します。負荷が高いほど（UPSの特性の範囲内で）、効率は高くなります。高負荷下での現在のオンライン二重変換UPSの効率は85〜95％になる可能性がありますが、非常に古いモデルは40〜50％の困難な場合があります。つまり、電気の15％から50％は変換中に消えますが、コストからは消えません。古いUPSの場合、低負荷での低効率の問題は特に深刻です。



最先端の専用オンラインUPSシステムは、通常の操作中に最大99％の効率レベルを達成できます。そのため、UPSフリートを更新すると、データセンターの保守コストが大幅に削減され、PUEが大幅に増加します。例として、最近私たちの目に留まったイートンのUPSがあります。小規模なデータセンターの場合-5 / 6/8 / 11kVA用のコンパクトなEaton9SX / 9PX（9PXシリーズには2つのUPSの並列操作を整理するためのDB15ポートが装備されています）。これらのUPSは、「高効率」操作で最大98％の効率、二重変換で最大95％の効率です。各モジュールは完全に自己完結型であり、垂直または19インチラックに取り付けることができます。バッテリーのメンテナンスコストを削減するために、9SX / 9PXはEatonABM Charge Management Technologyを使用しており、バッテリーの寿命を50％延長します。トリクル充電の代わりに、ABMは充電レベルを監視し、必要な場合にのみバッテリーを再充電します。



しかし、所有者がすべてのルーブルを節約することよりも機器の中断のない運用に関心を持っている現代の大規模データセンターの場合、Power Xpert9395PタワーUPSに注意を払うことをお勧めします。それらはESS省エネモードで99％効率的です。9395Pシリーズの最上位モデルは1200kVA用に設計されています。

配電会社を更新します

配電ユニット（PDU、または配電ユニット）のような一見ありふれたものも、消費電力の増加を引き起こす可能性があります。PDUの目的と機能は単純です。電圧を監視し、それを機器に供給します。データセンターの計画段階では、リモートで制御されない安価なコンセントブロックを選択することをお勧めしますが、フェーズの過負荷が原因で停電が発生する可能性があり、UPSでさえここでは役に立ちません。



また、安価なPDUは効率が低くなります。最新の高価なスマートモデルには、TP-1エネルギー効率基準の高い要件を満たす高品質の変圧器が付属しています。TP1認証は、従来のモデルと比較してPDUの効率が約2〜3％向上することを意味します。これは少しのようですが、年間コストに換算すると、快適な節約になります。さらに、最新のPDUはケーブル管理を簡素化し、配線を削減してコンポーネントの流れを改善します。はい、TP-1認証を取得したPDUは当然高価ですが、そのようなPDUの耐用年数は少なくとも20年であるのに対し、コストは約6年で回収されます。

照明をLEDに置き換える

サーバーや冷却システムのエネルギー消費量と比較すると、データセンターの照明はデータセンターが必要とするすべての電力の約1％を占めています。控えめですが、照明が更新されると、節約額は電気代だけでなく、ランプ交換の見積もりにも反映されます。



多くのレガシーデータセンターは、エネルギー効率の高い水銀ランプで照らされ続けています。水銀ランプは、おそらく価格以外のすべてにおいてLEDより劣っています。しかし、水銀ランプの資源はLEDランプの約5分の1です。 LEDランプの明るさは、50,000時間以内に元の明るさの臨界70％に低下し、その後、変更する必要があります。省エネランプは、1年強の1万時間で同じレベルに劣化します。したがって、LED光源を1回交換するには、水銀ランプを最大5回交換する必要があります。



また、LEDの明るさを簡単に変更できるため、時間帯によって消費電力を削減できます。また、LEDランプを使用した場合と同じレベルの照明を得るには、省エネランプよりも3分の1少なくて済みます。

フリークーリングの使用

最高のリソースは無料で再生可能です。外気と地下水は、サーバーを冷却するためのそのようなリソースです。チラーの操作に莫大な金額を費やす代わりに、「船外」の冷気で機器を冷却する方がはるかに経済的です。冷たいろ過された空気または水が冷却システムに入るフリークーリングアプローチは、データセンターの保守コストを削減するための最良の方法の1つと考えられています。フリークーリングを優先してエアコンを放棄することにより、PUEは1.8から1.1に減少することが保証されます。



フリークーリングの問題では、スカンジナビア諸国は競争から外れています。スウェーデン全土の環境への配慮に情熱を注ぐデータセンターの熱は、家庭用暖房システムの水を加熱するために使用されます。アイルランド人は島の風を夏でも国に浸透させてフリークーリングを提供し、デンマーク人は凍った地下水を冬と夏の両方で同じ低温の冷却システムに入れました。





^{Googleは、ヨーロッパのデータセンターでフリークーリングを使用することで、発電所に送ってチラー用の電力を生成できる水を節約していることを特に誇りに思っています（ある場合）。出典：Google}



北西部は言うまでもなく、ロシアの人が住む中央部の気候は、非常に少ない暑い日でフリークーリングの支持者を喜ばせます（そして他のすべての人を喜ばせません）。 ロシア水文気象センターの統計によると、国の中央部では、年間の気温が+ 22°Cを超えるのはわずか3.8％であり、サンクトペテルブルクの年間平均気温はわずか+ 5.6°Cです。 。ちなみに、フリークーリングを利用した巨大なアップルのデータセンターが建設されているアメリカのアリゾナ州では、1月でも気温が+ 6°Cを下回ることはめったになく、年間平均気温は+ 16°Cを超えています。したがって、少なくとも年の4分の1は、Appleが12万平方メートルを冷却するために貪欲な冷却装置を使用することを余儀なくされています。データセンターの面積のm。



これは、シベリアの処女地をマスターする時が来たという意味ではありません。ロシアの気候はフリークーリングの最も効果的な使用を助長していますが、これはデータセンターの建設のための国の北部の利点が終わるところです。しかし、十分な欠点があります。交通機関へのアクセスの低さ、優秀な人材の不足、電気通信とエネルギーネットワークの状態の悪さです。



それにもかかわらず、北部に新しいデータセンターを作成するための最初のステップはすでに実行されています。ペトロザヴォツク州立大学は、ロシアのクラウドストレージ市場の20％を占める非常に深刻なデータセンターの展開を開始しました。同時に、カレリアの天候により、運用コストが約40％削減されるはずです。大学のスタッフと卒業生、そしてサンクトペテルブルクへの近さは、人員の問題と交通交換ポイントへの接続の問題の両方を完全に解決します。





Yandexのデータセンターの1つは、寒いフィンランドにあります。フリークーリングにより、PUE比は1.1に低下しました

AIに助けを求める

大規模なデータセンターの冷却を監視および管理することは非常に面倒であると同時に、何かを過冷却する大きなリスクがあり、どこかで見落とされています。事実、冷却効率は、窓の外の天候、敷地内の開いている窓の存在、空気の湿度、冷却塔の状態、機器の負荷など、多くの変化する要因の影響を受けます。何百、何千ものパラメータを24時間リアルタイムで監視することは不可能であるため、最近、人工知能が冷却管理サービスに導入されました。



2014年、GoogleはAlphaGo製品で知られるDeepMindを買収しました。これは、プロ棋士を初めて打ち負かしました。 DeepMindの開発に基づいて、Googleデータセンター用のソフトウェアパッケージが作成されました。このソフトウェアパッケージは、センサーの読み取り値と負荷を監視できるだけでなく、蓄積された観測履歴と受信した天気予報に基づいて結論を導き出すこともできます。 AIの導入により、Googleデータセンターを冷却するためのエネルギーコストは 40％も大幅に削減されましたが、すべての機器は同じままです。





^{GoogleデータセンターでのAIDeepMindの作業の結果、機械学習が有効になると、システムは冷却のためのエネルギー消費を削減しました。出典：DeepMind}



AIに基づく個々のソリューションは、SkolkovoのSberbankデータセンターでその場所を見つけました。データセンターは年間330日間のフリークーリングを使用しているため、システムは外部の温度と天気予報を監視し、これに基づいて冷却のエネルギー消費を最適化し、温暖化の場合の冷気の供給も決定します。



アメリカの会社LitBitはさらに進んで、視覚データと音響データに基づいてデータセンターの状態を診断するデータセンターにAI従業員を提供しました。AIは、機器から放出される音と振動を評価し、それをリファレンスキャストと比較して、劣化しているコンポーネントの検出に役立てます。

モジュラーデータセンターを使用しています

データセンターの建設または拡張は、費用のかかるプロセスであるだけでなく、長いプロセスでもあります。これは主に、資本構造を設計し、必要な承認のチェーン全体に沿ってプロジェクトを実行する必要があるためです。契約の締結から、200〜300平方の面積を持つコンパクトなデータセンターの試運転まで。 m 9〜12か月が経過します。これは、建築許可を発行する当局のいずれにも文書が詰まらないことを条件としています。



コンストラクターからデータセンターをすばやく組み立てることができる、このようなブリックなどのモジュラーデータセンターの概念は、2000年代半ばに生まれました。 Sunは、Sun Modular Datacenter（8つの40ユニットラック、サーバー、ネットワーク機器、および冷却システムを収容する標準の輸送コンテナ内のモジュラーデータセンター）で、このパイオニアと見なされています。モジュール式のSunModular Datacenterの導入には、従来のデータセンターの建設の約1％のコストがかかり、サイト間で簡単に移動でき、接続は電気、水道、グリッドに限定されていました。





^{2009 archive.org Sun Modular Datacenter. , — archive.org 3 50 . : NapoliRoma / Wikimedia Commons}

現在、市場は、コンテナの形だけでなく、さまざまな設計のモジュラーデータセンターを提供しています。モジュールは、不必要なコストや長い承認なしにデータセンターを迅速に構築または拡張するための最も効率的な方法と見なされています。モジュールは、事前に計画されたレイアウトにより、占有するスペースが少なく、スペースをより効率的に使用し、消費電力が少なく、多くの場合、冷却が優れており、電力の安い場所（大規模な発電所の近く）に簡単に近づけることができます。したがって、データセンターの構築または拡張を検討する前に、既製のモジュールに注意を払う必要があります。

再生可能エネルギー源からデータセンターに電力を供給する

ヨーロッパと比較して、ロシアには重要な経済的利点があり、その領域にデータセンターを配置することは非常に魅力的です。つまり、電力コストが非常に低いことです。国のいくつかの地域では、それは3ルーブルに達します。 kWhあたり、ドイツでは約23ルーブル。 kWhあたり、米国では平均9ルーブル。 kWhあたり。さらに、ロシアでは、当局はまだスカンジナビア諸国ほど慎重に環境を扱っていません。したがって、データセンターを再生可能エネルギー源から自律型電源に移行するという問題はまだありません。



ただし、欧米では、データセンターの所有者は、環境イニシアチブに資金を提供することでデータセンターの運用からの排出量を相殺し、少なくとも二酸化炭素排出量の最小化を宣言することを余儀なくされています。これは、電力の高価格と同様に、大企業が大規模なデータセンターを自律型電源に移行することを余儀なくされています。海外での高い初期費用はすぐに報われ、イメージに利益をもたらします。



そのため、「グリーン」テクノロジーの使用のパイオニアの1つであるAppleは、自社のデータセンターを自社の太陽光発電所と風力発電所から電力に移行した最初の企業でした。 2016年、同社は、90MWと130MWの容量を持つアメリカの太陽光発電所からの余剰発電の販売を開始したいという希望を申請することになりました。



自律型電源は、強力な電力網から遠く離れた地域で役立ちます。たとえば、アイスランドのVerne Globalデータセンターは、多くの地熱発電所によって構築されています。それらは会社によって所有されていませんが、環境に優しく、再生可能で、非常に持続可能なエネルギー源です。



ドイツでは、グリーンエネルギーはすでに全世代の半分以上を占めています。残念ながら、ロシアの再生可能エネルギーのシェアは約4％であり、その3分の2は水力発電です。しかし、新しいデータセンターの場合、将来の土台として、太陽光発電所や風力発電所からの自律的な電力供給について考えることは害にはなりません。

節約は決して不必要ではありません

世界で最大かつ最も高価なデータセンターは、通信大手のチャイナテレコムに属しています。それは994千平方メートルの面積をカバーしています。m、そして建設費は30億ドルでした。ロシア最大のデータセンターは、ズコルコボのズベルバンクによって建設されました。それは中国の巨人の30分の1で、わずか33,000平方メートルです。m。しかし、フリークーリング、AI、および暖房設備による施設の暖房の適切な実装のおかげで、年間約1億ルーブルのメンテナンスの節約を達成することができました。チャイナテレコムのデータセンターの規模を考えると、コストを削減するためのすべての可能な方法がそこにも適用されていることを確信できます。データセンターのメンテナンスのコストを削減するための手段がいかに馬鹿げていて取るに足らないように見えても、年間的には、データセンターのサイズに比例して非常に顕著な節約をもたらすことができます。