Het stroomverbruik vertegenwoordigt een groot deel van de kosten van een datacenter. Met de juiste maatregelen kan het gebruik van stroom echter sterk worden teruggedrongen.
Diverse server-racks, optimale koeling, veiligheidssystemen en een ononderbroken stroomvoorziening. Al deze zaken zijn van essentieel belang voor de exploitatie van een datacenter, maar verbruiken ook enorm veel stroom. Exploitanten van datacenters moeten deze kosten zoveel mogelijk inperken om concurrerend te blijven. Dit stelt hoge eisen aan het energiebeheer.
Ook voor klanten speelt het onderwerp van energiebeheer in datacenters een belangrijke rol. Dit blijkt uit de resultaten van de enquête Four Forces of Data Centre Disruption. Deze werd in het voorjaar van 2014 in opdracht van mijn werkgever uitgevoerd onder 503 ict-besluitvormers bij bedrijven in Nederland, Duitsland, Frankrijk en het Verenigd Koninkrijk. Uit de enquêteresultaten blijkt dat 64 procent van de respondenten het stroomverbruik als een steeds belangrijker aspect van de ict-strategie ziet. Daarnaast zegt 67 procent energiebeheer te beschouwen als een zeer belangrijke dan wel belangrijkste factor om kosten te besparen.
Er zijn meerdere uitgangspunten om te zorgen dat de energie in datacenters zo efficiënt mogelijk wordt benut. Uit verschillende onderzoeken blijkt dat de ict-apparatuur slechts de helft van het stroomverbruik in datacenters vertegenwoordigt. De overige helft wordt benut door de ondersteunende infrastructuur, zoals de airconditioning, verlichting en veiligheidssystemen.
De koeling van een datacenter verbruikt gemiddeld 20 procent van de totale energiekosten. Met de juiste rack-indeling en het gebruik van moderne meet- en koelingtechnieken is het echter mogelijk om dit percentage aanzienlijk te verlagen.
Ventilatie en temperatuurregeling
Servers zuigen aan de voorzijde koude lucht naar binnen en geven naar achteren warmte af. Door het rack zodanig in te richten dat er afwisselend warme en koude gangen worden gecreëerd, kan de luchtstroom optimaal worden beheerst. Een koude-gangbehuizing en afdichtingen bij de openingen van het rack of in de dubbele bodem zorgen ervoor dat de toegevoerde en afgevoerde lucht niet mengen. De koele lucht wordt via gaten in de dubbele bodem direct naar de koude gang geleid. De afgevoerde lucht stroomt opnieuw door de kast en wordt teruggevoerd naar de koeleenheid.
De koellucht wordt geregeld door een luchtcirculatiesysteem. De ventilatoren van dit systeem draaien 24 uur per dag. In het verleden draaiden deze ventilatoren op vol vermogen om de temperatuur van het datacenter tussen de 20 en 25 graden Celcius te houden. Tegenwoordig draaien deze ventilatoren op 30 tot 50 procent van hun toerental en verdraagt de apparatuur temperaturen tussen de 22 en 26 graden Celcius.
Het kan nog efficiënter, door de luchtdruk in de koude gangen vrijwel neutraal te houden en de ventilatoren te laten reageren op de servers. Wanneer de servers meer activiteit tonen, zuigen ze lucht aan, waardoor de luchtdruk onder de vloer afneemt. Hierop gaan de ventilatoren harder draaien ter compensatie. Het gemiddelde toerental kan op deze manier verder omlaag tot 10 procent. Om dit effectief toe te passen, moet de druk bovenin een koude gang gemeten worden en ongeveer 1 Pascal bedragen. Momenteel wordt de luchtdruk vaak onder de vloer bepaald en bedraagt deze tussen de 10 en de 15 Pascal.
De besturing van de ventilatoren wordt bovendien gekoppeld aan de toevoer van koud water. Hoe minder koud water er door de klep stroomt, hoe lager het vermogen waarop de koeler draait. Een grote eenheid op laag niveau, is daarmee efficiënter dan meerdere kleine koelinstallaties. Als je daarnaast bedenkt dat elke extra graad een energiebesparing van 4 procent oplevert, is het duidelijk dat dit merkbare gevolgen voor de energierekening heeft.
Voortdurende bewaking
De regeling van de koeling verloopt tegenwoordig automatisch, via exacte metingen van de temperatuur, luchtdruk en de luchtvochtigheidsgraad. De temperatuur van de teruggevoerde lucht wordt direct op het luchtcirculatiesysteem gemeten. De luchtdruk van de koellucht wordt in de dubbele bodem en in de koude gang gemeten. Deze waarden geven uitsluitsel over de snelheid waarmee de koude lucht naar de servers wordt aangevoerd. De wisselwerking van de temperatuur en druk is bepalend voor het toerental en de regeling van de ventilators van het luchtcirculatiesysteem.
De gemeten waarden worden geëvalueerd in het bewakingssysteem. Als vooraf ingestelde drempelwaarden worden overschreden, worden automatisch tegenmaatregelen getroffen. Bij storingen of sterke afwijkingen ontvangen de onderhoudstechnici een melding. Ook worden trends in het stroomverbruik inzichtelijk gemaakt, zo kunnen pieken in de energieconsumptie effectiever worden opgevangen.
Alle waarden van alle meetpunten worden geregistreerd en geëvalueerd voor het bepalen van de energiecoëfficiënt pue (power usage effectiveness). Deze waarde geeft onder andere aan hoeveel energie er in het datacenter wordt gestoken en welk percentage daarvan door de ondersteunende infrastructuur wordt gebruikt. Klanten beschouwen de pue inmiddels als een doorslaggevend selectiecriterium bij de keuze voor een datacenter. Wel moet er rekening worden gehouden met de verschillende taken die datacenters tegenwoordig vervullen, de bezettingsgraad van het datacenter en het lokale klimaat.
Kosten voor klanten worden op basis van werkelijk verbruik berekend. Aan de achterzijde van elk rack hangen meetsensoren die de waarden registeren en versturen. Met de software hebben klanten de mogelijkheid om hun stroomverbruik real time in te zien. Daarnaast ontvangen ze maandelijks een overzicht van hun verbruik. Klanten krijgen hierdoor inzicht in hun energieverbruik en worden bewuster van het belang van energie-efficiëntie.
Moderne apparatuur
Zoals eerder gezegd wordt de energieconsumptie bepaald door de gebruikte Iict-apparatuur. Servers met de nieuwste innovaties verbruiken in vergelijking met oudere modellen 25 tot 30 procent minder energie. Gezien de aantallen servers in datacenters resideren, kan dat dus al een behoorlijk verschil maken. Om te zorgen dat bedrijven energiezuinige servers op hun colocatie-faciliteit gebruiken, zouden aanbieders van datacenterdiensten het gebruik van hedendaagse hardware kunnen ‘belonen’ via de factuur. Zo ziet de klant zijn maandlasten dalen en behaalt de dienstverlener een lagere pue-waarde.
Maar ook als je actuele hardware gebruikt, is het belangrijk om op te letten hoe je deze gebruikt. Zorg ervoor dat alleen de werkelijk benodigde apparatuur in bedrijf is. Want zelfs in stand-bymodus kan een server zo’n 70 procent van de energie verbruiken. Als er op een server slechts één applicatie draait, wordt de resterende servercapaciteit verspild. Consolidatie en virtualisatie kunnen voor een optimale benutting van de ict-apparatuur zorgen en daarmee de energieconsumptie terugdringen.
De manier waarop klanten hun gegevens beheren heeft eveneens invloed op het stroomverbruik. Als zij verouderde en onnodige data consequent verwijderen, kan de infrastructuur optimaal worden benut. Zo kunnen ongebruikte servers uitgeschakeld worden en de koeling en luchtstroom op een lager vermogen draaien.
Constante bewaking van het energieverbruik, een juiste planning, ontwikkeling, inrichting en beheer van het datacenter zijn zeer belangrijk voor de energie-efficiëntie. Wanneer je daarnaast onderbenutting voorkomt en onnodige apparatuur uitschakelt, kun je snel 20 procent op de energiekosten besparen. Dat kan dus in de tienduizenden euro’s per jaar lopen.
50% voor licht, koeling en beveiliging is natuurlijk niet meer van deze tijd. Secundaire activiteiten moeten terug naar 10-20%.
Daarnaast kan door het gebruik van de nieuwste server en storage hardware heel veel energie bespaard worden.
Het meeste kan bespaard worden kritisch te kijken naar de CPU en I/O processen die op de servers draaien. Een enkel proces kan al 100% belasting veroorzaken zonder dat het een bijdrage levert aan een business case.
Ook batchverwerking in plaats van real-time is erg energie (en tijd) verspillend.
Kort samengevat: doorbelasten van energie in de server/rack huur kan inderdaad de juiste incentives geven.
Dat je tegenwoordig met virtualisatie een server tijdelijk kan parkeren is prachtig maar conflicteert met de wens van 24/7 online, afschalen is dus meestal het probleem want niets went nu eenmaal sneller dan response tijden. Kijkend naar de wet van Wirth – software vertraagd in een hoger tempo dan de hardware (Moore) versnelt – is idee dat batch meer energie kost dus discutabel. En ik hoef hopelijk niets te zeggen over het verschil in opgenomen vermogen tussen een online en offline medium, hetzelfde geldt voor alle toegevoegde netwerk componenten.
Ben benieuwd of Colt in staat is om hun klanten op basis van de keten te adviseren welke servers geen toegevoegde waarde hebben voor de business, de Watts die opgenomen worden in het datacenter zijn maar een deel van de kosten. Een just-in-time benadering vraagt tenslotte een goede planning welke vergelijkbaar is met de dagelijkse verkeersproblematiek op onze wegen als ik even kijk naar het fenomeen van ‘boot storms’ welke ontstonden met het idee van VDI.
Kortom, dit alles klinkt als een eenzijdig verhaal dat geen rekening houdt met altijd optredende voortschrijdende inzicht in de kosten als ontwikkelaars geen rekening houden met de infrastructuur.