Ισως είναι αδύνατο να ξεφύγουμε από το δεύτερο νόμο της θερμοδυναμικής, μπορούμε όμως να κάνουμε προσπάθειες για να μειώσουμε τις ενεργειακές απώλειες που δημιουργεί. Το πρώτο βήμα είναι να συνειδητοποιήσουμε το μέγεθος της απώλειας.

Σύμφωνα με τη Gartner, οι περισσότεροι διαχειριστές data centers δεν είναι ενήμεροι για την ισχύ που καταναλώνουν σε υπολογιστικές εργασίες και ψύξη. Σε αρκετές περιπτώσεις, η άγνοια οδηγεί σε εγκατάσταση νέου εξοπλισμού, ο οποίος αυξάνει την πυκνότητα του data center με αποτέλεσμα αστοχίες των συστημάτων τροφοδοσίας και ψύξης και κατ’ επέκταση μείωση της αξιοπιστίας του data center.

Το ITIL ορίζει το capacity management ως ένα σύστημα κανόνων που εξασφαλίζει ότι οι υποδομές υποστηρίζονται τη σωστή στιγμή, με τη σωστή ποιότητα και στη σωστή τιμή.

Οι κρίσιμοι παράγοντες επιτυχίας είναι:
α. οι ακριβείς προβλέψεις του capacity και
β. το σωστό capacity για να καλυφθούν οι επιχειρηματικές ανάγκες.

Για ένα θετικό αποτέλεσμα χρειάζεται η σωστή πληροφόρηση από διαφορετικούς τομείς της επιχείρησης, προκειμένου να διαπιστωθεί πόσα υπολογιστικά συστήματα απαιτούνται ή θα χρειαστούν στο μέλλον, ποια είναι η ισχύς που απαιτείται για να τα υποστηρίξει, ποιο είναι το επίπεδο της αξιοπιστίας των συστημάτων που ικανοποιεί την επιχείρηση και ποιο είναι το κόστος της επένδυσης.

Σε ένα τυπικό data center, λιγότερο από το μισό της ηλεκτρικής ενέργειας μετατρέπεται σε υπολογιστική ισχύ. Αυτό σημαίνει ότι η επιχείρηση πληρώνει περισσότερο από το λογαριασμό ρεύματος, σε απώλειες του συστήματος παροχής ηλεκτρικού, σε ψύξη και φωτισμό.

Οι προμηθευτές υπολογιστικών συστημάτων παρέχουν νέες λύσεις, όπως για παράδειγμα το virtualization, με στόχο να μειώσουν το συνολικό εξοπλισμό που απαιτείται για να γίνει ένας υπολογισμός. Δυστυχώς, η τάση για αύξηση της πυκνότητας των ΙΤ συστημάτων σε συνδυασμό με τη μεταβλητή απαίτηση ηλεκτρικής ισχύoς μειώνει την αποτελεσματικότητα των συστημάτων διανομής ισχύος και ψύξης.

Πολλές προτάσεις έχουν ακουστεί όσον αφορά τη βελτίωση της αποτελεσματικότητας των συστημάτων διανομής και ψύξης.

Ορισμένες από αυτές, όπως η υδρόψυξη των ΙΤ συστημάτων και η χρήση συνεχούς ρεύματος, είναι πολλά υποσχόμενες, αλλά δεν είναι ακόμα εφικτές. Γενικά, η δυνατότητα παροχής ηλεκτρικής ισχύος και ψύξης σε ένα συγκεκριμένο rack είναι εξαιρετικά σπάνια.

Οι διαχειριστές των data centers, συνήθως, δεν έχουν τις πληροφορίες που χρειάζονται για να εγκαταστήσουν νέο εξοπλισμό με τους ρυθμούς που απαιτεί η επιχειρηματική ανάπτυξη.

Οι παρακάτω απλές ερωτήσεις δύσκολα βρίσκουν απάντηση:
• Σε ποια θέση του data center πρέπει να εγκατασταθεί ένας νέος server, ώστε να μην επηρεαστεί η διαθεσιμότητα του υπάρχοντος εξοπλισμού;
• Με γνώμονα τη διαθεσιμότητα ηλεκτρικής ισχύος και ψύξης, ποια είναι η καλύτερη θέση για την τοποθέτηση ΙΤ εξοπλισμού;
• Υπάρχει δυνατότητα εγκατάστασης νέου εξοπλισμού, χωρίς να επηρεαστούν όρια ασφάλειας, όπως το redundancy και ο χρόνος του backup;
• Θα υπάρχει διαθέσιμη ηλεκτρική ισχύ και ψύξη όταν παρουσιαστεί κάποιο πρόβλημα ή στη διάρκεια συντήρησης;
• Υπάρχει δυνατότητα εγκατάστασης νέου hardware, όπως blade servers, με τη χρήση της υπάρχουσας υποδομής ηλεκτρικής ισχύος και ψύξης;
• Χρειάζεται να αλλάξει η κατανομή των blade server στο data center για να βελτιωθεί η λειτουργία τους;
• Πότε θα φτάσει τα όρια της η τρέχουσα υποδομή και θα χρειαστεί περισσότερη ισχύ και ψύξη;

Σε data centers που λειτουργούν στα όρια των δυνατοτήτων τους, ακόμα και βασική γνώση στα παραπάνω ερωτήματα, μπορεί να βελτιώσει την αποτελεσματικότητα και να μειώσει τα downtimes σε ένα ανεκτό επίπεδο.

Πρακτικά, τα παραπάνω ερωτήματα μπορούν να κατηγοριοποιηθούν σε τρεις κρίσιμους παράγοντες:
1. Η υψηλή πυκνότητα του εξοπλισμού ΙΤ: Εξοπλισμός ΙΤ που απορροφά περισσότερα από 10kW ανά rack μπορεί να θεωρηθεί υψηλής πυκνότητας. Πλήρως αξιοποιημένα server racks μπορεί να απορροφούν από 6kW έως 35kW ενέργειας. Ωστόσο, σύμφωνα με μελέτες, τα περισσότερα data centers είναι σχεδιασμένα για πυκνότητα μικρότερη από 2kW ανά rack.

2. Η γνώση και ο έλεγχος του total cost of ownership και η μεγιστοποίηση της χρήσης των data centers: Πολλές επιχειρήσεις δεν είναι εύκολο να επενδύσουν σε επέκταση ή επανασχεδιασμό των data centers προκειμένου να καλύψουν τις αυξανόμενες ανάγκες σε υπολογιστική ισχύ. Ωστόσο, έρευνες έχουν δείξει ότι ένα τυπικό data center θα μπορούσε να δεχτεί μέχρι και 30% περισσότερο εξοπλισμό, χρησιμοποιώντας την ίδια ηλεκτρική και ψυκτική εγκατάσταση, εάν γίνονταν καλύτερη διαχείριση των διαθέσιμων πόρων.

3. Οι συχνές αλλαγές του ΙΤ εξοπλισμού: Σε ένα τυπικό data center, οι αλλαγές εξοπλισμού είναι σχεδόν συνεχείς. Η ανανέωση εξοπλισμού έχει συνήθως περίοδο μικρότερη των τριών ετών, ενώ συγκεκριμένα κομμάτια του εξοπλισμού προστίθενται ή αφαιρούνται σε καθημερινή βάση. Επιπλέον, οι ανάγκες σε ηλεκτρική ισχύ και ψύξη του εξοπλισμού ΙΤ δεν είναι σταθερές, αλλά μεταβάλλονται λεπτό με το λεπτό, ως αποτέλεσμα των λειτουργιών διαχείρισης ισχύος που ενσωματώνουν. Η παραδοσιακή πρακτική «δοκίμασέ το και δες αν δουλεύει» δεν είναι πλέον βιώσιμη, καθώς η υπερθέρμανση είναι το συνηθέστερο αποτέλεσμα.

Μέτρηση χωρητικότητας σε επίπεδο rack
Οι πληροφορίες για το χώρο που φιλοξενεί το data center, όσον αφορά την παροχή και ζήτηση ηλεκτρικής ενέργειας και ψύξης, είναι σημαντικές, αλλά δεν παρέχουν επαρκώς αναλυτική πληροφορία για να απαντήσουν σε ερωτήσεις σχετικά με την εγκατάσταση συγκεκριμένου εξοπλισμού ΙΤ.

Από την άλλη, οι πληροφορίες σε επίπεδο κάθε ΙΤ συσκευής είναι υπερβολικά λεπτομερείς και συχνά ανέφικτο να συγκεντρωθούν. Επομένως, ένας αποτελεσματικός και πρακτικός τρόπος για να γίνουν μετρήσεις είναι στο επίπεδο του rack.

Συνολικά χρειάζονται 4 μετρήσεις για να δημιουργηθεί μια πλήρης και αναλυτική εικόνα της παρεχόμενης και απαιτούμενης ενέργειας σε ένα data center:
1. Η μέγιστη δυνατή απαιτούμενη ισχύς
Αφορά στις μέγιστες τιμές του ΙΤ εξοπλισμού και είναι δυνατό να μετρηθεί είτε κατά την εγκατάσταση του εξοπλισμού, είτε παρέχεται από τον κατασκευαστή.

2. Η πραγματική απαιτούμενη ισχύς
Πρόκειται για την ισχύ που καταναλώνεται και τη θερμότητα που παράγεται από κάθε rack σε μια συγκεκριμένη χρονική στιγμή. Η μέτρηση γίνεται σε πραγματικό χρόνο. Θεωρητικά, για όλες τις συσκευές η ισχύς που καταναλώνεται σε watts ισούται με την παραγόμενη θερμότητα επίσης σε watts. Ωστόσο, για κάποιες συσκευές, όπως UPS, air conditioners και VoIP routers, η θερμότητα σε watts δεν είναι ίδια με την ισχύ που καταναλώνεται, αλλά είναι δυνατό να υπολογιστεί μαθηματικά.

3. Η μέγιστη παρεχόμενη ισχύς
Είναι η μέγιστη ισχύς που μπορεί να παρέχει ο εξοπλισμός του data center ανά rack. Η ισχύς αυτή θα είναι πάντα μεγαλύτερη ή ίση από την πραγματική παρεχόμενη ισχύ. Αν η εν δυνάμει μέγιστη ισχύς είναι μεγαλύτερη από την πραγματική παρεχόμενη ισχύ, αυτό σημαίνει ότι κάποιοι παράγοντες, όπως μπλοκαρισμένα φίλτρα αέρα, ακραίες θερμοκρασίες στο περιβάλλον ή κάποια απώλεια στοιχείου ισχύος στο UPS, επηρεάζουν αρνητικά το σύστημα.

4. Η πραγματική παρεχόμενη ισχύς
Το μέγεθος αυτό ορίζεται από πληροφορίες σχετικά με την αρχιτεκτονική διανομής ισχύος στο data center, την πραγματική χωρητικότητα των πηγών παροχής ενέργειας και την επίδραση άλλων φορτίων. Ο προσδιορισμός της πραγματικής παρεχόμενης ισχύος ανά rack είναι συχνά περισσότερο πολύπλοκος από τον ορισμό της μέγιστης παρεχόμενης ισχύος. Εν αντιθέσει με την ηλεκτρική ισχύ, η οποία διανέμεται στα rack μέσα στο πλαίσιο καλωδίων, ο ψυχρός αέρας δεν ακολουθεί μια τόσο αυστηρή ροή και επηρεάζεται από κάθε εμπόδιο.

Ο δεύτερος νόμος της θερμοδυναμικής  δίνει το «παρών»
Εκτός από τον εξοπλισμό ΙΤ και ο υποστηρικτικός εξοπλισμός υπακούει δυστυχώς στο δεύτερο νόμο της θερμοδυναμικής. Αυτό σημαίνει ότι UPS, μετασχηματιστές, διανομείς ισχύος και καλωδίωση σπαταλούν κάποια ενέργεια, ενώ λειτουργούν. Αν και πολλά από αυτά τα συστήματα έχουν, σύμφωνα με τον κατασκευαστή, αποτελεσματικότητα που ξεπερνά το 90%, τα μεγέθη αυτά συνήθως δεν ανταποκρίνονται σε πραγματικές εγκαταστάσεις. Επιπλέον, όταν ο εξοπλισμός διπλασιάζεται για μεγαλύτερη αξιοπιστία ή όταν λειτουργεί κάτω από κάποια ενδεδειγμένα επίπεδα, η αποτελεσματικότητα μειώνεται κατακόρυφα.

Αλλωστε, δεν πρέπει να παραβλέπουμε ότι η θερμότητα που δημιουργείται από την σπατάλη ενέργειας του εξοπλισμού θα πρέπει, επίσης, να εξισορροπηθεί από τα συστήματα ψύξης. Αυτά με τη σειρά τους είναι τα λιγότερο αποδοτικά μέρη του εξοπλισμού.

Σχεδόν πάντα, η σπατάλη ενέργειας των συστημάτων ψύξης είναι μεγαλύτερη από τη σπατάλη ενέργειας των συστημάτων παροχής. Αυτό σημαίνει ότι ακόμα και μια μικρή μεταβολή της αποτελεσματικότητας των συστημάτων ψύξης μπορεί να έχει σημαντικά οφέλη για το data center.

Το υπερ-πλεόνασμα, ο μεγαλύτερος εχθρός του data center
Η χρήση παραπάνω εξοπλισμού από αυτόν που χρειάζεται για να καλύψει τις ανάγκες σε υπολογιστική ισχύ και διανομή ηλεκτρικής ενέργειας και ψύξης, είναι ίσως ο καθοριστικότερος παράγοντας σπατάλης. Πέρα από το γεγονός ότι τα κεφάλαια που έχουν επενδυθεί στην αγορά του εξοπλισμού απαξιώνονται, ο επιπλέον εξοπλισμός αυξάνει και το τρέχον λειτουργικό κόστος. Ο αδρανής ή υπο-χρησιμοποιούμενος εξοπλισμός έχει πολύ χαμηλή απόδοση, όταν το φορτίο δεν είναι υψηλό.

Για παράδειγμα, ενώ τα καλώδια έχουν περίπου τις ίδιες απώλειες ανεξάρτητα φορτίου, οι ανεμιστήρες, οι μετασχηματιστές και οι εναλλάκτες παρουσιάζουν κάποιες σταθερές απώλειες ακόμα και με μηδενικό φορτίο, οι οποίες είναι υψηλότερες από αυτές που αναφέρει στα τεχνικά χαρακτηριστικά ο κατασκευαστής τους.

Οφέλη ανεξαρτήτως μεγέθους
Για τα ελληνικά data centers και τα οφέλη που μπορούν να αποκομίσουν από μια ολοκληρωμένη λύση διαχείρισης ηλεκτρικής και ψύξης μιλήσαμε με τον Κώστα Αθανασόπουλο, Country Manger Greece, Cyprus, Malta της APC.

netweek: Το μέγεθος των ελληνικών data centers είναι επαρκές, ώστε η αποτελεσματικότερη χρήση της ενέργειας να δημιουργεί σημαντικά οφέλη λειτουργίας που να δικαιολογούν την επένδυση;

Κώστας Αθανασόπουλος: Τα στοιχεία που πρέπει να εξετάσει κανείς σε ένα data center προκειμένου να αποφασίσει αν θα επενδύσει σε τεχνολογίες που επιτρέπουν την καλύτερη χρήση της ενέργειας είναι το βάθος του χρόνου της απόσβεσης της επένδυσης, η μείωση εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα που θα επιτευχτεί, το όφελος από την εξοικονόμηση επιφάνειας και η αξιοπιστία της λειτουργίας.

Υπολογίζοντας την εξοικονόμηση κεφαλαίων από τη μείωση της κατανάλωσης ενέργειας, και γνωρίζοντας την αξία αρχικής κτίσης του εξοπλισμού, μπορεί κανείς εύκολα να λάβει την απόφαση αν αυτή είναι μια επένδυση που συμφέρει.

Οι φυσικές διαστάσεις του χώρου σε ένα data center δεν αποτελούν κριτήριο για την αποτελεσματική χρήση της ενέργειας. Οι τάσεις που επικρατούν τα τελευταία χρόνια στα data centers συνοψίζονται στις έννοιες consolidation, virtualization και high density και προβλέπει μείωση της επιφάνειάς τους με παράλληλη αύξηση της εγκατεστημένης ισχύος ανά τετραγωνικό μέτρο. Πρόσφατα υλοποιήθηκε στην Ελλάδα ένα Data Center με εγκατεστημένη ισχύ 450KW σε χώρο περίπου 120τ.μ.

Για την κατασκευή του χρησιμοποιήθηκαν συστήματα κλιματισμού InRow ψυχρού νερού, καθώς όλοι οι υπολογισμοί, που επιβεβαιώθηκαν τελικά και στην πράξη, έδειχναν μείωση της κατανάλωσης ενέργειας κατά περίπου 25% ή 160.000 ευρώ το χρόνο, σε σχέση με μια παραδοσιακή λύση με συστήματα Downflow. Ο δε χρόνος απόσβεσης της επένδυσης υπολογίστηκε, μόνο από τη μείωση της κατανάλωσης της ενέργειας, σε περίπου 1,5 έτος.

Το συμπέρασμα είναι ότι ανεξάρτητα από το μέγεθος του κάθε Data Center, κρίνεται σκόπιμο να εξετάζονται οι τεχνολογίες που επιτρέπουν την αποτελεσματικότερη χρήση της ενέργειας, καθώς στις περισσότερες περιπτώσεις δημιουργούν σημαντικά οφέλη και οδηγούν σε μείωση των λειτουργικών εξόδων.

netweek: Ποιες είναι οι τεχνολογίες αιχμής που εξελίσσονται αυτήν την περίοδο και θα επηρεάσουν την αγορά τα ερχόμενα χρόνια;

Κώστας Αθανασόπουλος: Η σημαντικότερη εξέλιξη αφορά στα συστήματα κλιματισμού και το λογισμικό επιτήρησης και ελέγχου των data centers. Υπάρχουν ήδη συστήματα κλιματισμού που επιτρέπουν τη μείωση της κατανάλωσης ενέργειας, ψύχοντας το χώρο του Data Center με εναλλάκτη αέρα/αέρα, όπως το Ecobreeze, αλλά και ψύκτες που δεν χρησιμοποιούν τον συμπιεστή τους όταν οι εξωτερικές συνθήκες περιβάλλοντος το επιτρέπουν.

Επίσης, σημαντική πρόοδος γίνεται σε συστήματα γεωθερμίας, αλλά και την επαναχρησιμοποίηση της θερμικής ενέργειας, που παράγεται μέσα σε ενα Data Center. Για το λογισμικό η εξέλιξη γίνεται με ταχύτατους ρυθμούς, καθώς υπάρχει ανάγκη αποτελεσματικού ελέγχου και παρακολούθησης της λειτουργίας του Data Center.

Στόχος είναι το Data Center να μπορεί να λειτουργεί κάθε στιγμή με τη μεγαλύτερη δυνατή απόδοση και ταυτόχρονα να ενημερώνεται ο χειριστής για κάθε συμβάν που θα μπορούσε να διαταράξει την εύρυθμη λειτουργία του, μειώνοντας έτσι την διαθεσιμότητα.