Modul 1 Úvod a energetické vlivy datových center a IT provozů na životní prostředí

1. Modul 1Úvod a energetické vlivy datových center a IT provozů na životní prostředí Verze 1.021. září 2011

2. Zakomponované vlivy na životní prostředí Uhlíková stopa datových center Buďte GREEN!

3. Uhlíková stopa datových center • Podle jedné předpovědi vzroste počet serverů na světě z 18 miliónů v roce 2007 na 122 miliónů v roce 2020 (Climate Group a GeSI 2008); • Servery také budou mít mnohem větší pracovní kapacitu než současné modely. Historický trend navyšování celkové spotřeby energie na server bude proto pravděpodobně pokračovat: Tabulka: Vážený průměr výkonu (ve Wattech) šesti nejlépe prodávaných serverů (Zdroj: Koomey, 2007)

4. Uhlíková stopa datových center • Tento růst počtu serverů vytvoří mnoho nepříznivých vlivů na životní prostředí. Zejména těch, jejichž příčinou jsou: • Energie, zdroje a další vlivy plynoucí z vytváření a výroby materiálů, které jsou součástí pořizovaných serverů a dalších zařízení pro zpracování dat v datových centrech; • Spotřeba energie v datových centrech a procesy jako chlazení a zvlhčování, které jsou s ní spojeny; a dále • Likvidace zařízení na konci doby jeho životnosti.

5. Uhlíková stopa datových center • Předpovídá se, že globální stopa datových center, včetně provozu zařízení a uhlíku obsaženého v zařízeních, se více než ztrojnásobíze76 miliónů tunemisního ekvivalentu CO2z roku 2002, na 259 miliónů tun v roce 2020 (Climate Group a GeSI2008). • Studie předpokládala, že 75% těchto emisí pochází z provozu zařízení; • Celkové sumy reprezentují cca 14% a cca 18% celkových emisí souvisejících s ICT; • Ekvivalentní emise CO2 související s ICT představují cca2% celkového globálního objemu emisí(Climate Group a GeSI 2008). Z toho plyne, žedatová centra způsobují cca0,3% globálního ekvivalentu emisí CO2.

6. Buďte GREEN! • Pojem GREENse odkazuje na zodpovědné ekonomické využívání elektrické energie a přírodních zdrojů; • GREENznamená stát se v prostředí datového centra tak efektivním, jak je to jen možné; • Podrobněji přezkoumejte součásti infrastruktury datového centra a určete, kde potřebujete mít vyšší spolehlivost a dále také vyšší nákladovou a energetickou účinnost; • Existují způsoby pro dosažení přijatelných úrovní spolehlivosti bez nutnosti obětovat účinnost, kterou vůči životnímu prostředí ohleduplná datová centra vyžadují; • Životní prostředí, úspory, zdraví i společnost – všichni získají!

7. (Zdroj: HP) Spotřeba energie a náklady v datových centrech Současný trend a možné oblasti úspor

8. Spotřeba energie a náklady v datových centrech • Existuje nesprávná představa, že prostor představuje při výstavbě datového centra největší nákladovou položku; • Když většina manažerů datových center uvažuje o nejlepším způsobu snížení nákladů v datových centrech, okamžitě se zaměřuje na problematiku zmenšení využívaného prostoru; • Největší porce z rozpočtu datového centra je věnována na nákup energie; • Když usilujete o snížení nákladů a efektivnější využívání zdrojů, zaměřte se na zmenšení největšího dílu koláče.

9. Rozpad celkových nákladův datovém centru Typické celkové náklady za 10 let na vlastnictví síťové kritické fyzické infrastruktury (Network Critical Physical Infrastructure, NCPI) v typickém datovém centru mohou dosahovat od $80.000 do $150.000 za jeden IT rozvaděč (Schneider Electric). Projektový management Monitoring systému Napájecí zařízení Prostor Chladicí zařízení IT rozvaděče Údržba Inženýring a instalace Elektrická energie Rozpad celkových nákladů v datovém centru (Zdroj: Schneider Electric)

10. Celková spotřeba energie v datových centrech v USA • Počet IT zřízení v datových centrech se dramaticky rozmnožil; • Ve Spojených státech se energetické potřeby datových center v období od roku 2000 do roku 2006 více než zdvojnásobily na 61 miliard kWh, což je kolem 1,6% celkového prodeje elektřiny; • V roce 2008 hodnota narostla (+13%) na přibližně 69 miliard kWh (1,8% z celkového prodeje elektřiny v USA); • Může být technicky proveditelné, aby se tato spotřeba snížila až o 80% (na13 miliard kWh, snížením o 56 miliard kWh), ale za cenu agresivního zavedení energeticky úsporných opatření.

11. Celková spotřeba energie v datových centrech v USA • Masově vyráběné servery (volume class) a chladicí systémy tvoří 70% aktuálních požadavků; • Odhaduje se, že kolem jedné třetiny celkové poptávky se vyskytuje v podnikových datových centrech; • Nejvýznamnější snížení poptávky jsou spojena s masově vyráběnými servery a chladicími systémy; • Snížení požadavku na odvod tepla z IT zařízení a na dodávaný výkon hraje při minimalizaci příkonu infrastruktury dominantní roli. • Opatření v infrastruktuře mohou také vést k významným úsporám, nejvýznamněji při zlepšování účinnosti chlazení a záložního napájení.

12. Celková spotřeba energie v datových centrech v celém světě • - Elektřina spotřebovaná datovými centry celosvětově vzrostla o cca 56% od roku 2005 do 2010 namísto zdvojnásobení (ke kterému došlo od roku 2000 do 2005), přičemž v USA vzrostla o cca36% místo zdvojnásobení; • - Globálně datová centra v roce 2010 spotřebovala něco mezi 1,1% až 1,5% celkových dodávek energie, respektive pro USA tento podíl byl mezi 1,7 až 2,2%; • Ačkoli Googleje vysoce profilovaným uživatelem výpočetních serverů, k provozu datových center této společnosti se vztahuje spotřeba odpovídající méně než 1% celosvětově všemi datovými centry spotřebované energie . • (Zdroj: Koomey, Růst využívání energie datovými centry v období 2005-2010) • Západní Evropa-> 56 TWh/rok v roce 2007 • a plánovaný nárůst na 104 TWh/rok vroce 2020 Stávající rozsah Procenta ukazují % z celosvětové spotřeby energie v daném roce Spotřeba elektrické energie (miliardy kWh/rok) Chlazení + distribuce napájení Infrastruktura Síťové prvky Datová úložiště High-end servery Mid-range servery Běžné servery IT zátěž Všechny trendy pokračování Nejlepší odhad 2007 Horní Spodní mez mez

13. Potenciální oblasti úspor Současný scénář potřeby energie (2008) Snížení počtu zařízení (serverů) Zlepšení účinnosti serverů Dynamické škálování kmitočtu/napětí Snížení počtu portů v síti, vyšší účinnost Snížení počtu zařízení: Datová úložiště Zlepšení účinnosti datových úložišť Snížená poptávka po IT zařízeních Zlepšená účinnost chlazení Zlepšená účinnost UPS Zlepšená účinnost transformátorů Zlepšená účinnost osvětlení Efektivní scénář Úspora energie v IT zařízeních (Celkem 25,1 miliard kWh) Opatření pro úspory energie v datových centrech Úspora energie v infrastruktuře (Celkem 31,1 miliard kWh) Využívání energie datovými centry v USA (miliardy kWh/rok) Potenciál úspor pro jednotlivá opatření v USA, avšak stejná opatření lze použít v Evropě.(Zdroj: Koomey, Růst využívání energie datovými centry v období 2005-2010)

14. Programy a metriky pro datová centra EnergyStar, SPEC, The Green Grid, Iniciativa pro záchranu klimatu (Climate Savers Computing Initiative), JEITA

15. Energy Star • Energy Star je mezinárodní standard pro energeticky úspornou spotřební elektroniku, který vznikl v USA; • Poprvé byl vytvořen jako vládní program USA na počátku devadesátých let, ale Austrálie, Kanada, Japonsko, Nový Zéland, Taiwan a Evropská unie program také přijaly; • Specifikace Energy Star se pro každou položku liší, přičemž tuto specifikaci stanovila buď agentura pro ochranu životního prostředí (Environmental Protection Agency) nebo ministerstvo energetiky (Department of Energy).

16. Účinnost podle EnergyStar a požadavky na účiník napájecích zdrojů pro servery Energetická účinnost (Energy efficiency) Účiník (Power factor, PF)

17. Kritéria EnergyStar pro běh naprázdno • Požadavky na napájecí zdroje lze používat při nákupu jakéhokoli typu serverů • Kritérium běhu naprázdno je relevantní zejména pro servery pracující s malou zátěží • Účinnost v aktivním stavu, která je důležitá zejména pro vysoké zátěže, • se nebere v úvahu. • Požadavky nepokrývají blade servery a víceuzlové servery • Množstevní kritérium bylo omezeno na servery s maximálně 2 paticemi pro CPU.

18. Vývoj standardu EnergyStar verze 2 • Zahrnuje výkon při aktivním stavu zařízení • Zahrnuje blade servery • Zakládá se na SPEC-SERT * • Zakládá se na novém přístupu k testování skupin produktů High-end – maximální sestava Tento bod testu reprezentuje systém orientovaný na výkon, osazený maximálním počtem komponent, které jsou pro danou skupinu produktů k dispozici. High-end – minimální sestava Tento bod testu reprezentuje systém orientovaný na výkon, osazený minimálním počtem komponent, které jsou pro danou skupinu produktů k dispozici. Typická sestava Prodejcem zvolené komponenty, které reprezentují nejčastěji nasazovanou konfiguraci systému. Úvahy o pořízení, záměr nákupu Low-end – maximální sestava Tento bod testu reprezentuje systém orientovaný co nejnižší cenu, osazený maximálním počtem komponent, které jsou pro danou skupinu produktů k dispozici. Low-end – minimální sestava Tento bod testu reprezentuje systém orientovaný co nejnižší cenu, osazený minimálním počtem komponent, které jsou pro danou skupinu produktů k dispozici. Výkon *) Standard Performance Evaluation Corporation - Server Efficiency Rating Tool, viz dále

19. Vývoj standardu EnergyStar verze 2 • Zbývající problémy: • Nástroj SPEC_SERT se musí dokončit • Nástroj pro porovnávání výkonnosti (nejspíšeSPEC SERT) se ještě musí dokončit a otestovat. Energy Star vyžaduje pro přiznání shody jediné kritérium, ale pro SERT (Server Efficiency Rating Tool) se taková agregovaná metrika musí teprve vyvinout. • Testování skupiny produktů se musí vyvinout rozumným způsobem. Současný návrh koncepce není dostatečně jasný a zatím není přesvědčivý. • Aby byl poskytnut zdravý a jednoznačný rámec, celá koncepce by neměla být založena pouze na výkonu a výkonnostních kriteriích.

20. Hodnocení výkonnosti „SPECpower“ • Standard Performance Evaluation Corporation (SPEC) je neziskové sdružení ustanovené za účelem vytvoření, udržování a schválení standardizované sady relevantních výkonnostních měřítek, které je možné aplikovat na nejnovější generaci vysoce výkonných počítačů; • SPEC vyvíjí sadu programů pro hodnocení výkonnosti (benchmark suite) a také recenzuje a publikuje zaslané výsledky od svých členských organizací a dalších koncesionářů používajících jeho benchmarking. Výkon Aktivní Provoz naprázdno Kalibrační intervaly Interval měření (Cílové zatížení)

21. Příklady výsledků „SPECpower“ G5 (2,66GHz, Xeon L5430) G6 (2,40 GHz, Xeon L5530) G7 (2,26 GHz,Xeon L5640) Poměr výpočetního výkonu a příkonu Poměr výpočetního výkonu a příkonu Poměr výpočetního výkonu a příkonu celkových ssj_operací/Watt celkových ssj_operací/Watt celkových ssj_operací/Watt Cílová zátěž Cílová zátěž Cílová zátěž Běh naprázdno Běh naprázdno Běh naprázdno Průměrný činný výkon (W) Průměrný činný výkon (W) Průměrný činný výkon (W)

22. Použití „SPECpower“ a jeho omezení Doporučené použití • Hodnocení výkonnosti SPECpower_ssj2008, respektive data z benchmark testu je možné využít při nákupu zařízení. Výsledky testu nejsou všeobecně poskytovány příslušnými výrobci všech serverů ale mohou být poskytovány na vyžádání. • SPECpower_ssj2008 poskytuje užitečnou informaci zvláště o fungování aplikací, které intenzivně využívají procesor a mají velkou provozní zátěž. • Pro správnou interpretaci výkonnostního testu by se měly vzít v úvahu veškeré výstupy a výsledky výkonnostních testů (údaje pro všechny úrovně zátěže včetně režimu běh naprázdno). Omezení • Hodnocení výkonnosti může být provedeno s nízkou konfigurací produktu, která není v praxi typická (zjistěte si sestavy testovaných modelů serverů!) • Hodnocení výkonnosti neposkytuje ucelené hodnocení serveru, které by užitečné pro univerzální typ aplikace (provozní zátěže). Je zaměřeno jen na CPU a neumožňuje komplexní hodnocení serveru včetně jeho paměti, datového úložiště a sítě. • Pro komplexní hodnocení by se měl používat SPEC-SERT (bude dostupný na začátku roku 2012).

23. Nástroj „SPEC-SERT“ Výhody • je první koncepcí a nástrojem pro komplexní vyhodnocení energetické účinnosti serverů • díky spolupráci s Energy Star se navržená metoda může stát mezinárodním standardem pro posuzování energetické účinnosti • umožňuje diferenciované vyhodnocení serverů, protože zahrnuje významnou řadu různých typů workletů (worklet = sada úloh) Zbývající problémy • stávající výběr workletů se stále ještě musí testovat;Beta testování právě začalo. • Energy Star požaduje celkové skóre účinnosti jako základ pro splnění či nesplnění daného kritéria. To vyžaduje váhové koeficienty pro různé worklety respektive výpočet agregovaného hodnocení výkonnosti. Vedle požadavků souvisejících s Energy Star může být sada diferenciovaných dílčích benchmarků mnohem mocnějším nástrojem než celkové agregované skóre. Avšak pro získání dostatečně reprezentativních dílčích výsledků bude potřeba, aby se určitá agregace, respektive zpracování holých výsledků workletů, provedla. Pro účel smysluplnějšího praktického vyhodnocení mohou být definovány kombinace různých workletů jako dílčí ukazatel (partialbenchmarkscore). Posledním cílem dílčích ukazatelů pak bude jejich přepočet do jediného parametru.

24. Sdružení The Green Grid • TheGreen Grid je neziskové, otevřené průmyslové sdružení složené z koncových zákazníků, tvůrců politik, technologických poskytovatelů, architektů zařízení a dodavatelů energií, kteří spolupracují na zlepšení účinnosti prostředků datových center a firemních výpočetních ekosystémů; • S více něž 175 členskými společnostmi po celém světě The Green Grid usiluje o globální sjednocení metrik v odvětví IT, vytvoření společné sady metrik a vývoj technických zdrojů a výukových nástrojů pro své další cíle; • The Green Grid směřuje k tomu, aby se stal globální autoritou pro energeticky efektivní a na zdroje nenáročná datová centra a firemní výpočetní eko-systémy.

25. Sdružení The Green GridZástupci produktivity datového centra

26. CSCI: ochránci klimatu • CSCI (Climate Savers Computing Initiative) začala působit při společností Google a Intel v roce 2007jako nezisková skupina ekologicky uvědomělých spotřebitelů, firem a ochranářských organizací; • Iniciativa byla nastartována v duchu myšleny WWF (World Wildlife Fund) o ochráncích klimatu a má sídlo v Portlandu, stát Oregon, USA; • Cílem CSCI je propagovat vývoj a přijetí chytrých technologií, které mohou zlepšit účinnost dodávky energie pro počítače a snížit množství spotřebované energie v době, kdy je počítač v neaktivním stavu; • Jako účastníci iniciativy CSCse výrobci počítačů a komponent zavazují vyrábět produkty, které splňují určité limity energetické účinnosti, a korporátní účastníci se pak zavazují k nákupu energeticky účinných IT produktů.

27. JEITA – Japonské sdružení elektronického a IT průmyslu • JEITA (Japan Electronics and Information Technology Industries Association) má za cíl propagovat zdravou výrobu, mezinárodní obchod a spotřebu elektronických výrobků a komponent ve prospěch celkového pokroku a vývoje v oborech elektroniky a IT, a tím rovněž ve prospěch dalšího ekonomického rozvoje Japonska a jeho kulturního rozkvětu; • JEITA je také aktivní při prosazování opatření na ochranu životního prostředí, včetně těch, která bojují proti globálnímu oteplování.

28. Evropský kodex pro datová centra (zkráceně .eu CoC)

29. Evropský kodex pro datová centra (EuropeanCodeofConduct) • Za podpory JRC* byl .euCoC vytvořen jako odpověď na narůstající spotřebu energie v datových centrech a dále na omezení s tímto vývojem souvisejících vlivů na životní prostředí, ekonomiku a dodávku energie; • Byl vyvinut ve spolupráci s BritishComputer Society, společnostmi AMD, APC, Dell, Fujitsu, Gartner, HP, IBM, Intela mnoha dalšími; • Má za cíl povzbudit provozovatele a vlastníky datových center ke snižování spotřeby energie investičně efektivním způsobem a to bez oslabování kritické funkce datových center; • Má za cíl zlepšit chápání energetických potřeb uvnitř datového centra, zvýšit povědomí a doporučit energeticky účinnou nejlepší praxi a cíle. *) EC Joint Research Centre = Společné výzkumné centrum Evropské komise, http://ec.europa.eu/dgs/jrc/index.cfm

30. Evropský kodex pro datová centra (EuropeanCodeofConduct) • Dobrovolná iniciativa měla za cíl spojit dohromady zainteresované akcionáře, a to včetně sladění dalších obdobných činností u výrobců, dodavatelů, konzultantů a poskytovatelů služeb. • Od stran, které se podpisem připojily, se očekává, že budou následovat záměry evropského kodexu (.euCoC) a dodržovat sbírku odsouhlasených závazků; • Ti, kteří se rozhodnou dodržovat dobrovolný .euCoC,budou muset zavést nejlepší praxi pro energetickou účinnost, splnit minimální standardy při nákupu a oznamovat roční energetickou spotřebu; • Konečným cílem .euCoC je popohnat na většině instalací nárůst účinnosti infrastruktury datového centra (DCiE) ze stávajících úrovní kolem 50% a méně na budoucích více než 80%.

31. Evropský kodex pro datová centra (EuropeanCodeofConduct) • Tematicky pokrývá • Datová centra všech velikostí – od serverovny až po jednoúčelové budovy; • Existující a nové provozy; • Výkon IT zařízení a výkon podpůrné infrastruktury; • Nákup zařízení a návrh systému • Je určen pro • Účastníky: Majitele datových center a provozovatele • Garanty: Dodavatele, konzultanty, průmyslová sdružení

32. (Zdroj: Google) Obecné vlastnosti energeticky účinnýchdatových center, rámcová hlediska Google video s ukázkami nejlepší praxe

33. Ukázky nejlepší praxe z datového centra společnosti Google • Google video (10 minut) • http://www.youtube.com/watch?v=voOK-1DLr00

34. Diskuze Cvičení Otázky související s modulem

35. Otázky / diskuze související s modulem • Jak velká je celková celosvětová energetická spotřeba datových center? • Získali jste již informace o iniciativách či programech zmíněných v tomto modulu? • Myslíte si, že by měly být aktivnější? • Souhlasíte s používáním „dobrovolných dohod” nebo dáváte přednost „povinné legislativě”?

36. Další návrhy na čtení Bílé knihy Publikace on-line atd.

37. Další návrhy na čtení • Publikace od Jonathana G. Koomeye • http://www.koomey.com/research.html • Odhad spotřeby energie a potenciálu na zlepšení účinnosti v datových centrech v USA • http://ieeexplore.ieee.org/xpls/abs_all.jsp?arnumber=5934691&tag=1 • Energeticky účinná datová centra v postgraduálním a vyšším vzdělávání • www.susteit.org.uk/uploads/DOCS/55-data_centres_final_27_5_09.doc • Odhad elektrické uhlíkové stopy datového centra (Bílá kniha č.66, Dennis Bouley, APC při Schneider Electric) • http://www.apcmedia.com/salestools/DBOY-7EVHLH_R0_EN.pdf

38. Další návrhy na čtení • Evropský kodex pro datová centra (Code of Conduct for DCs) • http://re.jrc.ec.europa.eu/energyefficiency/html/standby_initiative_data_centers.htm • Sdružení The Green Grid • http://www.thegreengrid.org/ • Iniciativy ENERGY STAR pro vyšší energetickou účinnost datových center • http://www.energystar.gov/index.cfm?c=prod_development.server_efficiency • Iniciativa ochránců klimatu (CSCI) • http://www.climatesaverscomputing.org/