23.10.2014

ЦОД: строить или не строить — вот в чем вопрос...

Президент группы ICS
Королев Юрий Юрьевич
Президент группы ICS

Какие методы на Ваш взгляд позволяют сделать ЦОД энергоэффективным?

Мы предлагаем вместо финансовых показателей при планировании энерго-критических инфраструктур применять расчеты в КВт.час. При соответствующей осведомленности в этих величинах можно выразить все, что угодно. Например, можно подсчитать — сколько киловатт-часов истрачено на производство вашего диктофона. То есть вычислить его энергетическую стоимость.

Этот показатель может стать мощным экономическим регулятором. На основании расчетов можно высчитать, что выгоднее – провести видео-конференцию или сесть в машину и поехать на встречу. Для разных стран это будет разный показатель. Например, в Бельгии на встречу есть смысл ехать, если расстояние меньше шести километров, а если больше — целесообразнее включить компьютер. В Польше другие тарифы, там граница разумной дистанции составляет 15 км. В расчет берется и амортизация автомобиля, стоимость выхлопов СО2 и др. Все это сводится в так называемый баланс «углеродного следа», величина которого зависит от затраченных киловатт-часов. Непосредственное отношение к углеродному следу имеет и коэффициент полезного действия — он связан с оценкой потерь.

Современные ЦОДы потребляют больше энергии, чем алюминиевые заводы, которые являются самыми энергоемкими объектами в промышленности. Инфраструктура ЦОД отличается наивысшей концентрацией энергопотребления на квадратный метр занимаемой площади (КВт-час/м2).

Так или иначе, но в наше время экономика все больше и больше приближается к этике «зеленого» строительства. Даже когда вы берете небольшой компонент — выключатель или кнопку, и смотрите, из чего и где он изготовлен, вы можете понять, сколько энергии затрачено на его производство. Данная оценка поможет определить энергетическую ценность используемых материалов и оборудования.

reduce-reuse-recycleЭтика «Зеленого строительства» подразумевает выполнение правил из трех пунктов: reduce-reuse-recycle, буквально: «снижай — используй дважды — перерабатывай». Давайте предложим нашим инженерам такую вот систему эко-самоконтроля:

  1. Чтобы использовать деталь/изделие в проекте приведите три аргумента в пользу его применения. Если аргументов всего два, то применять не стоит, ну а если всего один — то запрещено!
  2. Придумайте три способа повторного использования детали/изделия в будущем, когда, согласно плану, она выработает свой ресурс и, будучи вполне работоспособной, уже окажется ненужной. При этом, эти три способа могут иметь как экономический, так и гуманитарный смысл.
  3. Наконец, когда исчерпаны все способы прямого и повторного использования, либо устройство вышло из строя, придумайте несколько способов по извлечению из него всего полезного, чтобы можно было сделать из него что-нибудь другое и тоже полезное.

Практически эти три фазы можно кратко сформулировать в виде девиза: «избегай-переделывай-перерабатывай».

Согласно ISO-146xx такой набор правил отражает этический жизненный цикл устройства — он касается любой части любой системы. Система Управления Жизненным Циклом и Совокупной Стоимостью Владения — являются весьма важными инструментами оценки инвестиционной привлекательности любого проекта.

Мы, люди, живем в условиях двух сред — естественной среды обитания, которую человек никак не может воспроизвести и искусственной — той, что была создана нами в процессе строительства цивилизаций. В результате жизнедеятельности человека в искусственной среде обитания мы используем природные ресурсы, в процессе переработки которых часть материала уходит в мусор. Мы берем из земли и выбрасываем в землю. Новая этика заключается в том, чтобы минимально использовать материалы из земли, например, металлы, а брать все это из продуктов переработки, максимизировать этот процент. Так, например, работает современная автомобильная промышленность. В частности, в Германии уже 60% новых автомобилей производится в результате переработки старых автомобилей. Новый Jaguar XE на 70% сделан из алюминия, полученного в результате переработки алюминиевых банок.

Для лондонской олимпиады 2012 в свое время был выбран самый бедный район в стране, с самым низким уровнем жизни, самым высоким рейтингом криминала. На этом месте стояли старые фабрики из красного кирпича. Их разобрали на 94%, сложили на паллеты и продали за пределы страны. Всего 6% ушло в мусор. На этой земле, оставшейся от промышленного производства, подняли весь грунт, промыли и вернули обратно. Чтобы упростить процесс строительства, был сделан транспортный водный канал, по которому производилась доставка строительных материалов, — потому что дороги были узкие, а нужно было завозить массивные конструкции. И потом канал был превращен в зону для прогулок.

Для строительства лондонского стадиона был максимально использован некондиционный материал, который оказался непригодными для нефтегазовой промышленности. Весь несущий круглый каркас был сделан из некондиционных труб. Опоры в конструкции были выполнены из бетонных блоков, от которых отказались строители из критических индустрий. Из старого кирпича завода были построены десятки жилых домов.

Наша искусственная среда обитания должна как бы немножко оторваться от Земли. Мы должны поменьше касаться ее, забирая ее ресурсы и поменьше выбрасывать в землю. Таким образом мы могли бы создать высокий уровень этики. И самое важно понимать, что этично — не значит невыгодно. Смотрите сами: нет мусора — все в деле.

Надо правильно ставить вопросы: для чего нужен центр обработки данных? Прежде всего, для выполнения вычислений, для хранения и передачи электронных данных. Для этого нужны специальные помещения. Как вы думаете, какой процент мусора в этих данных?

Могу допустить, что 70-80%...

А я думаю, что 99%. Самый простой пример из маркетинговый пропаганды: есть такой протокол IMAP — стандартный протокол для электронной почты. Когда вы отправляете электронное письмо, вы гоните трафик к почтовому сервису. Он отправляет письмо в сторону абонента, а вам присылает копию. Ваш абонент, получив почту, отправляет Вам ответ и получает себе копию. Сколько в группе переписки образуется похожих или одинаковых данных? Я не знаю, возникнет ли когда-нибудь такая индустрия или нет, но название у нее уже есть — electronic waste management (eWaste) — переработка электронного мусора.

С каждой операцией по обработке, передаче и хранению данных связан расход энергии. Мы думаем, что удалили ненужные данные, и сделали благое дело. Но выбросить в «корзину» и даже «очистить корзину» — эта операция тоже требует затраты энергии. Бессмысленные движение мышки по коврику генерируют тысячи прерываний и «съедают» 12 ватт в час. И это все мусорные данные. Программное обеспечение написано с использованием компиляторов, трансляторов, сборщиков, индустрия которых построена малоэффективно.

Коды операционных систем, пользовательских программ даже в гаджетах измеряются уже не в килобайтах, как раньше — в современном смартфоне размер оперативной памяти составляет сотни Мбайт. Я, как бывший программист, плохо понимаю, как операционная система может быть таких размеров. У меня был загрузчик 12 байт и я запускал загрузку в пределах 32 килобайт — все это управлялось командной строкой. Я помню время, когда на компьютере с двумя рабочими местами была оперативная память 250 килобайт. Когда мы приобрели память 1 мегабайт, то сразу поставили дополнительно 14 терминалов, и всем хватало! При этом у нас были графические и другие емкие приложения — все они были подключены к главному хосту. Должен вам сказать, что производительность труда на «таком старье» была ничуть не меньше, чем сейчас…

А сейчас настало время мусора, и в какой-то степени это похоже на сговор. Это так называемый эффект плохой лампочки, «поддерживающей» индустрии. Если экономика не будет продавать, то умрет. Такова наша так называемая искусственная среда обитания: чтобы обеспечивать рост, мы должны поддерживать инфляцию. Если экономика не будет расти, то наступит коллапс нашей любимой искусственной среды обитания, кризис перепроизводства и люди перестанут жить нормально. Наступит кризис в здравоохранении, образовании, транспорте, в сфере потребления...

Электронная промышленность и ИТ-технологии построены на основании автоматических процессов. Ни один человек на свете не сможет спроектировать кристалл, на котором размещено 50 миллиардов транзисторов. Профессионал описывает задачу, а некий инструмент создает топологию кристалла. Этот кристалл делается таким же автоматом — программисты пишут программу на языке высокого уровня, который  транслятором превращается в коды; потом они собираются в библиотеки и становятся пользовательской программой. Как оценить эффективность операционных систем, приложений? Эти задачи, которые нужно просто ставить и выполнять.

А как это коррелирует с энергетической эффективностью?

Энергозатраты на вычисления, хранение и передачу информации. Достаточно просто можно измерить все величины электропотребления: Ватт/МегаФлоп, Ватт/МагаБайт и Ватт/Мегабит/сек. Соединив эти показатели и статистику по вычислениям, хранению и передачу данных, мы достаточно точно можем сказать, сколько и на что используется энергия. Умножив на тарифы, получим деньги.

Простои. Энергия потребляется всегда, даже когда ничего не делается. Нетрудно оценить, сколько потребляет конкретный сервер, или какое-то другое ИТ-устройство при 100, 60, 40% загрузках, а также в состоянии «idle», взглянув на таблицы, размещенные на сайте spec.org

Нет ни одного файлового сервера, ни одного компьютера, который бы потреблял меньше 40% от номинального потребления при полном отсутствии загрузки.

Цена ничегонеделания — это очень важный вопрос.

Сколько киловатт расходуется на поддержку инфраструктуры в рабочем состоянии, при условии, что она не производит никакой пользы?

Сколько энергии тратится на создание, перемещение и хранение «электронного мусора»?

К каким энергетическим потерям приводят ошибки проектирования, поспешность в выборе элементной базы и тому подобное?

Дата-центр является продуктом нашей цивилизации. Мы потребляем бессмысленно энергию неизвестно на что. Мы пишем программы, которые не используют существующие архитектуры.

Кто-то послушает и скажет: «Ну и что теперь, все нужно бросить?». Нет, не бросить. Первое, что нужно сделать — это подумать. Вспомнить про те три аргумента, о которых говорилось выше… И постараться не совершать глупости, если хотя бы один из этих трех аргументов звучит как «хочу», «мне сказали» или «меня заставили». Каждое действие, каждая деталь должны иметь смысл.

Но разве можно заставить человеков не нарушать законы этики?

Мы постепенно набираемся знаний. Означает ли это, что информационные технологии только находятся на пути к своему развитию? Нет, не означает. Согласно циклам Кондратьева ИТ-технологии уже находятся на пиковом уровне. Их место займут нано- и био-технологии, мультимедиа…Должны появиться ассоциативные вычисления- системы искусственного интеллекта.

kondratiov_wave.gif

Говоря про энерговооруженность и эффективность ЦОД, нужно обязательно учитывать два связанных обстоятельства, первое: в каких условиях объект создается и, второе: каково его наследие. Вот эту связь нужно четко установить на самых ранних стадиях. Эта связь имеет абсолютно практический и экономический смысл, потому что это имеет прямое отношение к управлению эксплуатационным, ремонтным и самое главное — модернизационным циклом.

Совсем недавно файл-сервер амортизировался за семь лет, компьютер — за три года, не очень серьезный коммутатор за 10 лет, то сейчас все стало иначе и короче. Амортизация гаджета, купленного в магазине и только распакованного, составляет уже половину его стоимости на следующий день. Исключение есть, но они касаются эксклюзивных и модных штучек.

Срок амортизации «тяжелого» оборудования, так называемого CoreDevice, близок к сроку службы ЦОДа — примерно 15 лет. По крайней мере, так было 5 лет назад. Сейчас этот срок сократился до 8-мии до 4 лет для оборудования второго эшелона.

Тем, кто планирует эффективность, я бы рекомендовал во-первых планировать «наследие», т.е. такой период времени в будущем, когда придется принимать решение: «или модернизация, или остановка». Очень важно «увидеть этот конец» эксплуатации своего оборудования и придумать его повторное использование. Если об этом не думать в момент «замысла», то вероятность наследия — снос.

ЦОД должен иметь весьма высокую планируемую рентабельность с учетом ожидания высоких темпов амортизации оборудования и инфраструктуры: экономическая задача управления наследием — получить возврат инвестиций раньше, чем будет амортизирована «в ноль» периферийная часть оборудования, т.е. в период до 2 лет.

Вероятность того, что наследие ЦОД экономически перспективно после срока его полной амортизации и его можно будет продать, не очень высока: через 10 лет будут принципиально другие площадки, возможно изменятся принципы передачи и хранения данных и будет совершенно все другое. Поэтому, рассуждая про эффективность, весьма опасно зацикливаться исключительно на эффективность энергетическую.

Будущее у людей ассоциируется с собой лично: «Да что там! Сейчас построю. А потом куда-нибудь уйду». «Хорошая» этика! А домик-то останется. Вот с ним-то что дальше? Кто-то должен препятствовать такому инфантильному отношению к создании подобного рода инженерной, телекоммуникационной и вычислительной инфраструктуры. Нельзя же просто так отобрать у населения 20-40 мегаватт.

Это еще и выброс углерода в окружающую среду…

Было установлено соответствие  — 1 МВт непрерывного потребления в течение года в условиях нынешней системы электро-генерации создает «углеродный след» в 5000 тонн/год. 5000 тонн выброса эквивалента углекислоты может быть компенсировано зелеными насаждениями площадью 10 гектар. Значит, рядом с ЦОД-ом на каждый мегаватт нужно посадить небольшую рощу. Зеленой травкой, увы, не отделаться…

Размер ЦОД весьма важен в контексте развития региональной инфраструктуры связи и должен быть глубоко осознан потенциальными операторами и инвесторами. ЦОД можно построить в тайге, рядом с гидроэлектростанцией, один огромный ЦОД для всех — так поступают Google, BT, Apple. Существуют и другие варианты — каждый оператор может построить свой микро-ЦОД, в том числе и мобильный.

Централизованный ЦОД — это хорошо организованные ресурсы и взаимосвязи¸ нормальная управляемость и т.д. Децентрализация означает, что по идее мы должны соединить все микро-ЦОДы в систему коллективной паутины и пользоваться ею сообща. Можно также создать распределенную сверхскоростную сеть, объединив все компьютеры, имеющиеся у людей. А можно в эту распределенную сеть включить в качестве ресурса 200 млн. мобильных устройств (1GB памяти, CPU 1,2GHz)…И это тоже будет ЦОД, только распределенный.

Размещение своего ЦОД — тоже не совсем простая задача: это не значит купить землю и построить. Вопрос в другом: какая «пространственная польза» будет от этого проекта в той зоне, в которой вы намерены его разместить. Когда строится, например, мебельный завод, он меняет местную среду. Какую роль ЦОД сыграет в пространственной системе? Будет ли польза? Станет он точкой развития?

Может и станет…

Вернемся к энергоэффективности — к тому, что нам навязывает отрасль, и почему мы за этим должны послушно следовать…

ЦОДы строятся, отталкиваясь от TIER рекомендаций Uptime Institute, инженерных советов ASHRAE, а также опыта множества производителей оборудования. В мире выпущены стандарты, которые де-факто становятся рекомендациями и указаниями к действию.

Получается, чтобы построить ЦОД, совершенно не обязательно думать, зачем эта вещь нужна, вполне достаточно заглянуть в стандарты. Там все написано. «Я хочу построить ЦОД без объяснений причин!» Многие компании создают благо за счет расходов. Но человек не ответил на вопрос — зачем. И если с заводом по производству мебели все ясно, то ЦОД — что он-то производит? Это самый главный вопрос. И что там будет крутиться? 99% мусора?

Люди принимают решение как построить, хотят сократить капитальные затраты и всерьез планируют будущие операционные расходы. И мечтают сделать проект, пригодный к модернизации. Зачем? Это первый пункт, с которого должна начинаться вся энергетическая и иная эффективность.

Когда определена миссия и конкретизированы цели, можно приступить к созданию функционально-энергетической и функционально-пространственной «что-где-когда»  моделей. Суть функциональной модели — это продуктовая корзина, анализ которой позволит выделить консервативные и прогрессивные функции, которые не будут подвергнуты изменениям в течение длительного срока. Из них образуется ядро ЦОДа. 

Ядро ЦОДа — это, как правило, энергоблок, главный коммутатор уровня ядра сети, — он создается на 10лет. Вокруг строится уровень распределения на срок 5 лет. После этого решается вопрос с серверами, жизненный цикл которых — 2 года.

При проектировании ЦОД в ядро вкладываются по максимуму. Это дорого, это магистраль. В ядро вкладывают, создавая доступ к изменениям в процессе эксплуатации, которые делают на среднем уровне. И, наконец, все усилия при создании третьего уровня направлены на то, что это будет предмет очень частых изменений. Самое важное в проекте — это коридор мутаций, потенциал изменений.

datacenter_livecicle.png

Мутации напрямую связаны с чувствительностью к новым рискам и новым услугам, новым техническим регламентам, новым законам и вообще к чему-то новому. Весь IndexNew, который описывается в блоке «наследие», учитывает создание потенциальных коридоров и позволяет оценить, — в какую сторону он вырастет.

В ходе системного анализа во-первых, рассматривается объект, состоящий из частей. Во-вторых, рассматривается, частью чего этот объект может быть и чем он может стать. Станет ли он экстенсивным проектом или точкой развития? Может ли данный проект создать импульс развития территории?

А дальше мы подбираем, какие нам нужны технические условия на уровне ядра, на среднем уровне и на периферии. После этого строится энергетическая стратегия. Жесткие требования к энергетике, охлаждению, интенсивный воздушный обмен, плотная концентрация вычислений. Для разных устройств (CPU, TC, SAN)стратегия энергоснабжения отличается. На энергостратегию может повлиять и состав программных платформ. Для расчетов следует использовать весь известный математический аппарат: от CPM до CFD…

Но вернемся к масштабированию и изменениям…

Коридоры мутаций — это модернизационный потенциал для развития новых услуг, вытекающих из рыночных прогнозов. При помощи инструмента предвидения можно и нужно вносить изменения в стратегии развития предприятия и, особенно, в его энерго-стратегию.

Вопрос выбора энерго-стратегии так или иначе связан с вопросом, сколько покупать и когда. Можно поступить иначе — купить немного больше, чем требуется и на этом остановиться. Внедрив технологии виртуализации, потреблением энергии можно весьма гибко управлять, а за счет планирования предоставления услуг общий объем можно кардинально уменьшить. Энергию и все капвложения нужно виртуализировать — это позволит предлагать больше услуг. Если «открыты коридоры» на расширение дисковой мощности, например, значит «оператор» ЦОДа сможет выполнять его модернизацию в связи с началом роста потребления. Например, поставит планку: «До 4% ничего не делаем, а на 5% — ставим еще 2 стойки».

Многие, если не большинство потенциальных инвесторов, принимая решение о строительстве ЦОДа, руководствуется только одним аргументом: «Нужно делать дело». Ничего не поделаешь — аргумент «важный». В таких ситуациях мне приходится вступать в дискуссию на тему «избегать», т.е. уговаривать НЕ строить ЦОД. Многие уходят. Трудно уговаривать людей не выбрасывать деньги на ветер…

“И опыт — сын ошибок трудных…”.

Интервью впервые опубликовано на сайте www.alldc.ru


Автор:  Интервью с Юрием Королевым