Раніше ми будували металургійні заводи поблизу дешевої електроенергії. Тепер там ми будуємо центри обробки даних

Чому сьогодні люди так стурбовані енергоспоживанням обладнання? Деякі поширені відповіді на це запитання такі: потужність надзвичайно важлива для телефонів, планшетів і ноутбуків і що ми можемо додати більше кремнію в сучасний чіп, ніж ми можемо ефективно використовувати. У 2001 році Патрік Гелсінгер зауважив, що якщо масштабування продовжуватиметься з поточними темпами, чіпи матимуть щільність потужності ядерного реактора до 2005 року, сопла ракети до 2010 року та поверхню сонця до 2015 року, маючи на увазі, що щільність потужності не зможе продовжувати продовжувати свою поточну траєкторію. Хоча на той час це було вже досить очевидно, тепер, коли настав 2015 рік, ми можемо бути впевнені, що щільність потужності не продовжувала зростати необмеженими темпами. У будь-якому випадку, важливість портативних пристроїв і обмежень масштабування є обґрунтованими та важливими причинами, але оскільки вони широко обговорюються, я збираюся говорити про недооцінену причину.

Люди часто зосереджуються на ринку портативних комп’ютерів, оскільки він поглинає ринок настільних комп’ютерів, але це не єдиний ринок, що розвивається – сервери також стають важливішими за настільні комп’ютери, а потужність для серверів є справді важливою. Щоб зрозуміти, чому потужність важлива для серверів, давайте розглянемо деякі розрахунки щодо того, скільки коштує запуск центру обробки даних від Hennessy & Patterson.

Однією з проблем є те, що ви платите за електроенергію кілька разів. Частина електроенергії втрачається на підстанції, хоча нам, можливо, не доведеться платити за це безпосередньо. Тоді ми втрачаємо більше накопиченої енергії в ДБЖ. Ця цифра нижче вказує на 6%, але менші центри обробки даних можуть легко втратити вдвічі більше. Після цього ми втрачаємо більше потужності, знижуючи потужність до напруги, яку може прийняти сервер. Це більше 10% втрати для досить ефективної установки.

Після цього ми втрачаємо більше потужності в джерелі живлення сервера, знижуючи напругу до рівнів, які є корисними всередині комп’ютера, що часто становить приблизно ще 10% втрати (не показано на малюнку нижче).

А потім, як тільки ми подаємо електроенергію на сервери, вона перетворюється на відпрацьоване тепло. Щоб сервери не розплавилися, ми повинні платити за електроенергію для їх охолодження. Баррозу та Холцле підрахували, що 30%-50% електроенергії, споживаної центром обробки даних, використовується для охолоджувачів, і що додаткові 10%-20% припадає на CRAC (циркуляцію повітря). Це означає, що за кожен ват потужності, що використовується на сервері, ми платимо ще за 1-2 вати допоміжної потужності.

І щоб фактично отримати всю цю потужність, ми повинні заплатити за інфраструктуру, необхідну для забезпечення живлення в центрі обробки даних. За оцінками Hennessy & Patterson, із вартості зразка центру обробки даних у 90 мільйонів доларів США (лише обладнання, а не сервери) 82% пов’язані з енергопостачанням і охолодженням. Сервери в центрі обробки даних коштують лише 70 мільйонів доларів. Несправедливо порівнювати ці цифри безпосередньо, оскільки сервери потребують заміни частіше, ніж центри обробки даних; Якщо взяти до уваги витрати протягом усього терміну експлуатації центру обробки даних, амортизована вартість електроенергії та охолодження становитиме 33% від загальної вартості, коли термін служби серверів становить 3 роки, а термін служби інфраструктури — 10-15 років.

Якщо ми поглянемо на всі витрати, розбивка така:

Енергоспоживання та люди є витратами на експлуатацію центру обробки даних (OPEX), тоді як серверні машини, мережі, інфраструктура живлення та охолодження та інша інфраструктура є капітальними витратами, які амортизуються протягом усього терміну служби центру обробки даних (CAPEX).

Обчислення споживає багато енергії. Раніше ми будували металургійні заводи поблизу дешевих джерел енергії, але тепер саме там будуємо центри обробки даних. Оскільки компанії починають розглядати повну вартість програм, ми бачимо набагато більше оптимізованих рішень. На жаль, це дуже важко. З боку програмного забезпечення, за винятком прикладів іграшкових мікротестів, найкращі методи написання енергоефективного коду все ще недостатньо зрозумілі. Щодо апаратного забезпечення, Intel нещодавно випустила нове покоління чіпів зі значно покращеною продуктивністю на ват, які мають не набагато кращу абсолютну продуктивність, ніж попереднє покоління. Що стосується апаратних прискорювачів, деякі великі компанії створюють спеціальне енергоефективне обладнання для конкретних обчислень. Але з існуючими інструментами апаратні прискорювачі досить дорогі, тому спеціальне обладнання має сенс лише для найбільших компаній. Не існує простої відповіді на цю проблему.

Якщо вам сподобалася ця публікація, вам, мабуть, сподобається розділ 6 Hennessy & Patterson, у якому розглядається не лише вартість електроенергії, але й низка пов’язаних розрахунків, що стосуються продуктивності та вартості центру обробки даних.

Вибачте за швидко нашкрябаний пост. Я записав це незадовго до того, як підписав угоду про нерозповсюдження для співбесіди, де я очікував дізнатися деяку пов’язану інформацію, і я хотів переконатися, що я записав свої думки, перш ніж виникне будь-яка можливість отримати інформацію, яка підпадає під угоду про нерозповсюдження.

Дякуємо Джастіну Бланку за коментарі/виправлення/обговорення.