Энергоэффективность Дата Центров от Supermicro® (NASDAQ: SMCI).

Обзор

В данной статье представлен эффективный подход для вычисления совокупной стоимости владения (TCO, Total Cost of Ownership), который позволит руководителям высшего звена оценить реальные затраты на монтаж, владение и эксплуатацию вычислительных центров. Измерения показывают, что один сервер Supermicro FatTwin™ помогает сэкономить до 38 Ватт по сравнению с остальными системами этого сегмента. Модель TCO вычислительного центра, разработанная в данном исследовании, показывает, что FatTwin™ помогает сэкономить до 5,7 миллионов долларов в течение 4 лет при использовании 10 тысяч серверов.

Представление

При помощи снижения энергопотребления серверов также можно сократить инфраструктуру, обеспечивающую подачу мощности и охлаждение, что приведет к значительному снижению затрат на общее энергопотребление и капительных затрат. Простая модель, представленная здесь, демонстрирует экономию путем снижения энергопотребления на один ватт в течение 4 лет, и такую модель можно перенести на любой серверный блок.



Ниже указано ключевое энергопотребляющее оборудование, используемое в вычислительных центрах.

Вспомогательная инфраструктура вычислительного центра (Использование энергии = X Ватт)

Распределение энергии:
  • Коммутационная аппаратура
  • ИБП
  • ПДУ
  • Удаленные разъемы питания

 Механические системы:
  • Камеры обработки воздуха в компьютерных залах
  • Воздушные кондиционеры в компьютерных залах
  • Насосы охлаждающей воды
  • Оборудование перемещения воздуха
  • Чиллеры

Информационно-техническое оборудование вычислительного центра (Использование энергии = Y Ватт):
  • Серверы
  • Хранилища
  • Сети
  • Серверные шкафы

Вспомогательное пространство (потребление энергии не учитывается в PUE или TCO):
  • Офисы
  • Коридор
  • Комнаты отдыха

Модель TCO

- Эксплуатационные расходы (OPEX) на 1 Ватт

Для вычислительных центров OPEX включает расходы при стандартной работе, например, электричество, обслуживание, персонал и безопасность. Термин PUE в модели OPEX соответствует принятому в отрасли стандарту – на каждый ватт сэкономленной серверной мощности приходится советующая сэкономленная мощность инфраструктуры. Например: срок службы сервера составляет 4 года, стоимость электроэнергии – 0,1 долларов за кВт*ч *, а PUE составляет 1,5.

Расходы OPEX на Ватт = # часов/год * $/кВт*ч * #кВт/Вт * PUE * 4 года
(за 4 года) = 8766 * $0,10 * 0,001 * 1,5 * 4
= 5,3 доллара/Ватт

- Капитальные затраты (CAPEX) на 1 Ватт

Капитальные затраты – это средства, используемые компанией для модернизации физических активов. Для вычислительных центров меньшее количество мощности серверов означает меньше вспомогательной инфраструктуры, что приводит к снижению капитальных затрат. Инфраструктура оценивается в размере 25 долларов/Ватт (Koomey et al. 2009) на основе энергопотребления серверов, что приводит к необходимости сбережения, которое необходимо амортизировать за 4 года при сроке службы оборудования инфраструктуры примерно 15 лет.

Затраты CAPEX на Ватт = Затраты на инфраструктуру/Вт * Коэффициент амортизации
(за 4 года) = 25 долларов /Вт*0,37
= 9,3 долларов/Ватт

- Совокупная стоимость владения (TCO) на 1 ватт

Совокупная стоимость владения, или TCO – это затраты на владение вычислительным центром в течение заданного периода, и эта стоимость является суммой CAPEX и OPEX. Так как TCO включает совокупные затраты на приобретение и эксплуатацию, покупатели должны учитывать не только краткосрочную стоимость покупки серверного оборудования, но и долгосрочную экономию затрат. Сервера с наименьшим ТСО являются наиболее эффективными в долгосрочной перспективе. В данную модель не включена экономия на административном персонале, обслуживании, безопасности и площади, занимаемой оборудованием. Заметьте, что результаты зависит от конкретной ситуации.

Затраты TCO на Ватт = Расходы OPEX на Ватт + Затраты CAPEX на Ватт
(за 4 года) = 5,3 доллара/Ватт + 9,3 доллара/Ватт
= 15 доллара/Ватт

Эффективность использования энергии (PUE) = (X + Y) / Y

* Энергетическое информационное агентство США (EIA), Средние розничные цены на электроэнергию. http://www.eia.gov/totalenergy/data/rnonthly/pdf/iec9_ll.pdf


Исследование проблемы

Исследование, включающее 10000 серверных узлов, было проведено для демонстрации энергосбережения ТСО  при использовании серверных решений Supermicro FatTwin™ по сравнению со стандартными серверами. Сервер FatTwin™ с 8 узлами и 4 стойко-местами с передним вводом/выводом (SYS-F617R3-FT) и избыточный источник питания 1280 ватт Platinum Level (95%+) сравнивались на поузловой основе с двумя аналогичными системами: H2312WPJR с 4 узлами и 2 стойко-местами и избыточный источник питания 1200 ватт Platinum Level, а также главный сервер R1208GZ4GC с 1 стойко-местом и избыточный источник питания 750 ватт. Каждый из этих серверов также сравнивался с ближайшим аналогом от Supermicro: сервер SYS-6027TR-HTRF+ 2UTwin™ и главный сервер Supermicro SYS-6017R-TDLRF 1U. Supermicro SYS-6017R-TDF также был включен в исследование в справочных целях.

Компоненты (в том числе 2 Intel® Xeon® E5-2630 2.3 GHz 6-Cores MaxTDP 95W, 8 Hynix 16GB ODR3-1600 2Rx4 ECC REG 1.50V, 1 Intel® SSD 320 Series 300GB SATA 2.5"3Gb/s и Red HatEnterprise Linux 4.0 [64-бит]), настройки BIOS и испытательные среды были идентичны на всех серверах в данном исследовании. Все системы работали при одной температуре (21°C) при помощи высокопроизводительной программы LINPACK (HPL). Пиковые уровни мощности каждой системы устанавливались при максимальной нагрузке LINPACK, а потребление энергии каждой системы постоянно изучалось во время каждого испытания при помощи измерителей мощности. Из-за идентичных конфигураций все системы работали с производительностью 205 GFLOPS на узел с использованием размера проблемы HPL 125000.

Мощность на узел показана для каждой из шести испытанных систем:




Конфигурация Supermicro FatTwin™ с передним вводом/выводом и источником питания 1280 ватт и Оптимизированный Сервер Вычислительного Центра (зеленый) использовали наименьшее количество энергии; затем идет Supermicro 2UTwin® и Supermicro 1U Data Center Optimized (DCO) (синий цвет). Конкурентные сервера (красный цвет) были на 16% и 17% менее эффективны, чем Supermicro FatTwin™.


При использовании конкурентных систем в качестве основы была вычислена экономия TCO Supermicro FatTwin™ для срока службы 4 года при предположении PUE = 1,5 и экономии 5 долларов на ватт (вычислено ранее в данном документе) для 10000 узлов. Результаты показаны ниже:

Рисунок: ТСО сбережение FatTwin™ на узел (4 года)


Выводы

Вследствие высокоэффективных технологий охлаждения компонентов и систем, современного строения цепей и оптимизированной архитектуры обмена ресурсами, сервер Supermicro FatTwin™ предлагает улучшенную энергетическую эффективность, надежность и выгоду. Модульная архитектура FatTwin™ не только увеличивает возможности ввода/вывода и производительности, но и приводит к гибкости конфигурации системы и простоте обслуживания.

Supermicro оптимизирует поток теплого воздуха FatTwin™ при помощи механической архитектуры с инновационным шасси. Современное строение цепей материнской платы и распределение энергии с избыточным высокоэффективным цифровым источником питания Platinum Level (95%+) позволяет системе работать с наибольшей экономией энергии без снижения производительности. FatTwin™ способен работать в расширенном диапазоне температуры (от 0 °C до 47 °C), идеально подходит для работы в вычислительном центре с повышенной температурой, средах, охлаждаемых наружным воздухом, что помогает еще уменьшить расход энергии, так как отсутствуют затраты на традиционное кондиционирование воздуха.

На основе данного исследования выяснилось, что Supermicro FatTwin™ превосходит конкурентную систему, включающую 4-узловой сервер с 2 стойками и главный сервер с 1 стойкой, в плане энергетической эффективности. Сбережения совокупной стоимости владения (TCO) Supermicro FatTwin™ в течение 4-летнего срока службы сервера являются значительными, составляя 5250000 долларов для 4-узлового сервера с 2 стойками и 5700000 долларов для главного сервера с 1 стойкой. Эти сбережения Supermicro FatTwin™ являются очень привлекательными для владельцев вычислительных центров.