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Modul III Energieeffiziente Server-Technologie Vs 1.0, Juli 2011

Modul III Energieeffiziente Server-Technologie Vs 1.0, Juli 2011. Energieverbrauch und Energiesparpotenziale in Serverräumen und Rechenzentren. J. Koomey 2011. Energieverbrauch und Effizienzpotenziale.

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Modul III Energieeffiziente Server-Technologie Vs 1.0, Juli 2011

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Presentation Transcript

  1. Modul IIIEnergieeffiziente Server-TechnologieVs 1.0, Juli 2011

  2. Energieverbrauch und Energiesparpotenziale in Serverräumen und Rechenzentren J. Koomey 2011

  3. Energieverbrauch und Effizienzpotenziale • Der Energieverbrauch von Servern kann 30-40% des Gesamtenergieverbrauches in Rechenzentren betragen • Hardware basierte Maßnahmen (z.B. Power Management) erlauben Einsparungen im Serverbereich von ca. 15-30% • Softwarebasierte Maßnahmen 90% (Virtualisierung) erlauben teilweise Einsparungen von 90% • Positive Effekte im Bereich der IT-Hardware können sich im Bereich Infrastruktur (Kühlung) verdoppeln.

  4. Servertypen in Server-Räumen und Rechenzentren Tower Rack Blade Mainframe

  5. Rack Server und Tower Server

  6. Typical blade chassis and server blade Blade Server, Blade Chassis

  7. Dual und Multi-Node Server Standard Dual Node server Dual Node Blade (SUN)

  8. Kategorie Leistungsbedarf Anteil Anzahl Server r Fläche Server Kabinett 3 - 10 (Ø 4,8) 1,5 kW 5 m² 62,1% Serverraum 11 - 100 (Ø 19) 6 kW 20 m² 33,9% Kleines DC 101 - 500 (Ø 150) 50 kW 150 m² 3,3% Mittleres DC 501 - 5.000 (Ø 60 0) 240 kW 600 m² 0,7% Großes DC > 5.000 (Ø 6.000) 2.500 kW 6.000 m² 0,1% Typische Größen von Serverräumen und Rechenzentren Source: [Hint 2010]

  9. Serv er Server Kleine DC Mittlere DC Große DC Kabinett raum Tower 50 % 25% 10% 0% 0% Blade 5% 25% 30% 15% 10% Rack 45% 40% 45% 60% 60% Mai n frame/Unix - 10% 15% 25% 30% Anzahl Server 4,8 19 Anteil von Servertypen in Rechenzentren 150 600 6000 Source: [Hint 2010]

  10. Power Management von der Komponenten- zur Systemebene Komponenten Level System Level Rack Level Data Center Level o System oder Node o o CPU o S - states Load Balancing Management o Pac k age/core o CKE Load Balancing o o Facility und C - states o plattformbasiertes - Equipment Power o P - states Monitoring o Chassis manag e ment o T - states o Platoo ning, Daten Ma n agement o Workload De - Duplizierung, o Thermische Sche d uler etc… Drosselung o Andere o Lüfter o Multi - Rack Regelung Komponenten Ma n agement, o D - states o Dynamische Konsolidierung o L - states

  11. Power Management vom Komponenten zum System-Level

  12. Energieverbrauch und Effizienz von AMD- und Intel- Prozessoren

  13. Thermal Design Leistung und durchschnittliche CPU- Leistung von AMD- CPUs

  14. Verbesserung der Energieeffizienz bei aktuellen Produkt- und CPU- Generationen G5 (2.66GHz, Xeon L5430) G6 (2.40 GHz, Xeon L5530) G7 (2.26 GHz,Xeon L5640)

  15. Verbesserung der Energieeffizienz bei aktuellen Produkt- und CPU- Generationen G7 (2.26 GHz,Xeon L5640) G7 (3.07 GHz, Intel Xeon X5675)

  16. Intel „Turbo Boost“ Technologie

  17. Optimierung der Energieversorgung mit Power- Capping max Leistungsbedarf nach Typenschild max Leistungsbedarf nach Hardwarekonfiguratoren max Leistungsbedarf bei optimiertem Power Capping kW kW Zeit Reduktion des max. Leistungsbedarfes mit Power Capping (Fallstudie HP) Blade Powerkalkulator Dynamisches Power Capping Chassis Power (16 Blades) 6000 W 4790 W Kosten Kapazitätbereitstellung 100% 80%

  18. Energy Star- Effizienzanforderungen für Netzteile

  19. Energy Star- Anforderungen an den Leistungsfaktor von Netzteilen

  20. Effizienzanforderungen und Leistungsfaktor im 80plus-Programm

  21. Typischer Betriebspunkt von Netzteilen(Studie von Energy Star) Typischer Betriebspunkt (nicht-redundant) 100% set point (medium power@medium configuration) 90% 80% 70% 60% (tatsächliche Leistung/Nennleistung) 50% 40% 30% 20% 10% 0% 1 5 9 13 17 21 25 29 33 37 41 45 49 53 57 61 65 69 73 77 81 85 89 93 Energy Star Server Produktfamilien

  22. Nutzung von Hardwarekomponenten in verschiedenen Server-Typen

  23. Power Management mit Leistungsprofilen

  24. Energieeinsparung auf Ebene der Betriebs-systeme (Beispiel Windows Server 2008)

  25. Evaluierung von Konsolidierungsoptionen (Beispiel Capacity Advisor) Analyse von Workloadprofilen für Konsolidierung

  26. Evaluierung von Konsolidierungsoptionen (Beispiel Capacity Advisor) Profil mit kombinierten Workloads

  27. Kapazitätsplanungs-Tools:Beispiel: HP Capacity Advisor • Monitoring von CPU cores, Memory, Netzwerk, Disk I/O und Energieverbrauch • Visualisierung der Ressourcennutzung für das gesamte OS und Workloads auf HP-UX und OpenVMS Systemen sowie Microsoft Windows und Linux Systemen. • Planung von Workload- oder Systemänderungen und Analyse der Auswirkung auf die Ressourcennutzung. • Analyse der Auswirkung von Änderungen in der Workloadplatzierung und Größe. • Evaluierung von Trends zur Prognose von zukünftigen Bedürfnissen.

  28. Energy Management ToolsBeispiel: Active Energy Manager IBM • Monitoring und Analyse von Energieverbrauchsdaten • Power Management: • Einstellung von Energiesparoptionen • Power Caps • Automatisiertes Power-Management • Konfiguration von Messgeräten, PDUs und Sensoren • Kalkulation Energiekosten und Energieeinsparungen • Definition von Energiesparstrategien • Monitoring der Energieversorgung und Kühlung

  29. Best Practice EmpfehlungenBeschaffung & Hardware Konfiguration Berücksichtigung der Performance-Anforderungen der Workloads und Vermeidung von überdimensionierter Rechenleistung. Definition der Beschaffungskriterien auf Basis des praktischen Bedarfes Realistische Bewertung des Bedarfes für spätere Upgrades und entsprechend der Upgrade-Optionen der Hardware. Berücksichtigung der Energieeffizienzkriterien für Server von Energy Star. Adequate Dimensionierung von Netzteilen. Überdimensionierung ist relativ häufig

  30. Best Practice EmpfehlungenBeschaffung & Hardware Konfiguration Auswahl von Netzteilen die den Effizienzkriterien der 80plus Gold- und Platinklasse entsprechen. Verbesserung der Energieeffizienz von Netzteilen durch Verwendung von Energiespar-Modi (Standby-Modus für redundante CPUs) Forderung von Benschmark-Daten von Herstellern, z.B. SPECpower_ssj2008 (SPEC-SERT sobald verfügbar). Bei SPECpower_ssj2008 ist folgendes zu beachten: Server werden oft in niedriger Konfiguration getestet Es sollten die Effizienzdaten für unterschiedliche Workloadlevel berücksichtigt werden nicht nur die Gesamtbenchmarks (SPEC-Gesamtdaten) SPECpower_ssj2008 ist ein CPU-orientierter Benchmark und damit nicht unbedingt ausreichend zur Serverbewertung für Speicher-, Disk und I/O orientierte Workloads.

  31. Best Practice Empfehlungen IT -Plannung und Management Optimierter Hardware Level für Ausfallssicherheit. Erhebung des gerechtfertigten Levels für Ausfallssicherheit Nutzung von Server Management Tools und Kapazitätsplanungstools, die unter anderem Konsolidierung und Virtualisierung unterstützen. Aktivierung von Power Management auf CPU-Ebene Außer Betrieb nehmen von nicht oder kaum genutzten Services.

  32. Vorteile von Blade und Multinode-Servern Blade Server: • Hohe Rechendichte und niedriger Platzbedarf • Geringerer Zeitaufwand für Wartung und Erweiterung durch hot-plug Ersatz von Modulen und integrierten Managementfunktionen • Etwas höhere Energieeffizienz als Rack-Server durch Optimiertes Power Management Multi-Node-Server: • Niedrigere Kosten und Platzbedarf als bei Standard Servern • Etwas niedrigerer Energiebedarf durch gemeinsam genutzte Komponenten (Netzteile, Lüfter)

  33. Effizienz eines Platin Level Netzteils für Blade Chassis (80plus 2011) Energieeffizienz von Netzteilen

  34. Efficiency of platin level power supply for blade chassis Energieeffizienz von Blades im Vergleich zu Rackservern SPECpower_ssj2008 für Dell M610 Blade Server und R610 1U Rack Server: (2 x Intel Xeon 5670, 2,93GHz), Juli/September 2010 , SPEC

  35. Power Capping mit “Insight Control” (HP) Power cap setting with „Insight control (HP)“

  36. Schritte für die Optimierung des Energieversorgungsdesigns S1 S2 S3 S4 S5 S6 Bildung einer Arbeitsgruppe mit Experten aus dem Infrastrukturbereich (Energieversorgung und Kühlung) Check der Power Management und Power Capping Optionen der spezifischen Hardware Erste Optimierung der Energieversorgungs- und Kühlungskapazität mit Hilfe von Power-Kalkulatoren Erhebung des echten Energiebedarfes für komplette Betriebszyklen mit vorhandenen Management-Tools. Implementierung von Power Caps abhängig von den Peak-Loads. Anpassung der Energieversorgungs- und Kühlungskapazität abhängig von den Power Caps. Kontinuierliches Monitoring des Energiebedarfes und Finetuning des Systems

  37. Herausforderungen für die Infrastruktur bei High-Density Blade Systemen Herausforderungen Ausreichende Kühlungskapazität und Kühlungsdesign zur Beherrschung von hohen Wärmedichten Adequate Energieversorgung/Energieverteilung (lokale PDU Kapazität, Verkabelung etc.) Erforderliche Analysen Verfügbare Energieversorgung – Versorgungskapazität und Verteilung, UPS Verfügbare Kühlungskapazität und Verteilung – Eigenung für größere Wärmelasten. Kühlungsanforderungen des Blade-Systems

  38. Blade System Design und Kühlung auf Rechenzentrumsebene Dedizierte Kühlung Zusätzliche Kühlung High Density Areas Verteilung der Load über Racks High density Centre No Cha s sis/Rack Möglich in allen Möglich in den Möglich in allen 1 Nicht kosteneffizient Nicht kosteneffizient Dcs Meisten DCs Dcs Möglich in allen Möglich in den Nicht kosteneffizient Nicht kosteneffizient 2 Selten möglich i Dcs Meisten DCs Maximum für Möglich in den Möglich in den Nicht kosteneffizient 3 Nicht möglich optimierte raised Floor Systeme Meisten DCs Meisten DCs Heißluft-Spülung Raum Design Abhängig von spezifischer Lösung Heißluft-Spülung 4 Nicht möglich Selten möglich Heißluft-Spülung Raum Design Heißluft-Spülung Nicht möglich Nicht möglich Nicht möglich 5 6 Extreme Kosten Extreme Kosten Nicht möglich Nicht möglich Nicht möglich

  39. Best Practice EmpfehlungenNutzung der Blade-Technologie Festlegung der Gründe, weshalb Blade-Technologie eingesetzt werden soll (z.B. Platzbeschränkungen etc). Festlegung von klaren Entscheidungskriterien. Überprüfung der erwarteten Vorteile gegenüber anderen Technologien (Rack-Server etc.). Überprüfung, ob Virtualisierung eine Alternative darstellen kann Evaluierung der erwarteten TCO und der Energieeffizienz im Vergleich zu anderen Optionen

  40. Best Practice EmpfehlungenBlade Systemplanung und Evaluierung Definition der Workloads und Workload-Levels für das Blade-System. Vergleich der Kosten- und Energieeffizienz von Blade-Systemen verschiedener Hersteller Anforderung von Herstellerinformationen zu Energieeffizienz insgesamt (e.g SPECpower2008jpp, SPEC-SERT sobald verfügbar) Energieeffizienz von Komponenten (Effizienz und Dimensionierung von Netzteilen) Management Tools für Power Management und Systemoptimierung

  41. Best Practice EmpfehlungenManagement von Blade Systemen Nutzung von Management Tools zur Energieeffizienzoptimierung Nutzung von intelligenten Netzteilen und Geräten zur Stromverteilung für das Monitoring des Energieverbrauches Analyse von Optionen für optimiertes Management und Verteilung der Lasten und des Stromverbrauches innerhalb und zwischen Blade-Chassis und Racks Verwendung von Power Capping Optionen für Blade Chassis

  42. Best Practice EmpfehlungenInfrastruktur für Blade-System Implementierung einer Task-Force aus dem Bereich Infrastruktur und Kühlung Überprüfung wie weit die vorhandene Energieversorgungs- und Kühlungsinfrastruktur die Nutzung von Blade-Technologie unterstützt. Festlegung der erwarteten Leistungs- und Wärmedichte per Rack und insgesamt. Überprüfung ob die Leistungs-/Wärmedichte mit der vorhandenen Kühlung und Energieversorgung bewältigt werden kann. Können freihe Kapazitäten entsprechend zugeordnet werden? ist zusätzliche Kühlung erforderlich? Festlegung des geeigneten Konzeptes, der Kosten und der Effizienz. Überprüfung, ob ein spezieller High-Density-Bereich für Blades eingerichtet werden muss. Überprüfung der Kosten- und Effizienz. Festlegung eines geeigneten System-Level-Konzepts gemeinsam mit den Infrastruktur-Experten

  43. Vorteile der Server-Virtualisierung Konsolidierung: Erhöhung der Servernutzung von häufig 5-15% auf 50-80%. Reduzierter Hardware-Bedarf Reduzierter Aufwand für Server Management und Implementierung neuer Server Reduktion der Kosten und Komplexität von Hochverfügbarkeitslösungen. Verkapselung gesamter Systeme in einzelne Files die repliziert und auf beliebige Zielserver verschoben werden können.

  44. Verbreitete Virtualisierungslösungen • VMWare ESX/ESXi, Vsphere • support für die meisten Betriebssysteme • Leistungsfähige Management-Tools • Microsoft HyperV • Schlanke Lösung • Leistungsfähige Management-Tools • Citrix XENServer • Kostensparende Option für Virtualisierung, wenn nur Standardoptionen benötigt werden

  45. Energieeinsparungen bei VirtualisierungslösungenBeispiel: Server+Desktop Virtualisierung Kommunale IT Stadt Bad-Soden (SUN 2009)

  46. Energieeinsparungen bei VirtualisierungslösungenBeispiel: Deutsches Umweltministerium (2009) Access Control Intranet Help Desk Inventory Server Software Packaging Logging Server Certificate Server 5000 VMWare2 Help Line Novatime 4500 System Monitoring Terminal Server 4000 CMF IT Controlling VMWare1 3500 SAN-Enclosure File Server MS SQL 3000 SPS Leistung [Watt] SMS 2500 Root DC Office DC Office DC 2000 Exchange Exchange 1500 Exchange FE Conference Proxy 4 Rack Monitor 1000 4 Rack Fan & KVM FC Switch 500 N Series Storage N Series Storage N Series Controler 0 ESX1 Server alt neu Energieeinsparung 68%

  47. Software Tools für Virtualisierungsplanung und ROI/TCO Berechnung (MAP-Toolkit) Funktionen • Erfassung der Clients, Server und Anwendungen im IT-Gesamtsystem • Migrations- und Virtualisierungs-Assessments für IT Projekte. • Skalierung von Lösungen für KMUs und große Unternehmen. • Berechnungen für Energieeinsparungen und Vorschläge für Virtualisierung • Vorschläge für Server-Migration

  48. Microsoft ROI/TCO Kalkulator

  49. TCO/ROI Berechnung (VMWare-Kalkulator)

  50. TCO/ROI Berechnung (VMWare-Kalkulator)

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