Secondo stime fatte da un progetto europeo sull'efficienza energetica dei server, www.efficient-server.eu l'elettricità consumata nei centri di calcolo in Europa nel 2006 era pari a 40 TWh, circa l’1,5% dei consumi totali; valore che è raddoppiato negli ultimi cinque anni e si prevede raddoppierà ancora nell’anno 2011, se non verranno presi provvedimenti atti a ridurre i loro consumi energetici. Questo notevole aumento di consumi è imputato alla continua diffusione di servizi web, software di calcolo previsionali di tutti i tipi e sistemi di assistenza computerizzata a moltissime applicazioni a livello industriale e civile. Infatti tra i principali gestori di centri di calcolo troviamo: internet provider, banche, industrie, istituti di ricerca ed università.
Un centro di calcolo è principalmente diviso in tre parti:
Come si vede nella figura i consumi energetici delle apparecchiature IT che svolgono il lavoro utile in un centro di calcolo rappresentano in media solamente il 50% dei consumi totali, in quanto il restante è diviso tra sistema di raffreddamento (circa il 30%) e di alimentazione elettrica. A fini energetici è quindi fondamentale che la parte di consumi relativi alla continuità elettrica e raffrescamento siano i minori possibili, in quanto l'attività del centro di calcolo è rappresentata dagli apparati elettronici.
È molto importante quindi conoscere i valori e la distribuzione dei flussi energetici all'interno del centro di calcolo. La misurazione dei valori di potenza necessari alle varie apparecchiature è fondamentale per la valutazione dell'efficienza energetica del datacenter.
Per valutare l'efficienza energetica di un centro di calcolo sono stati definiti due indici che mettono in relazione la potenza fornita alle apparecchiature elettroniche con quella totale immessa nella struttura datacenter, comprendente alimentazione e raffreddamento.
POWER USAGE EFFECTIVENESS
PUE = Potenza Totale/Potenza IT
Questi indici permettono di avere un’idea riguardo a prestazioni, possibilità di miglioramento e confronto tra diversi datacenter. Un PUE pari a 3, indica che la potenza richiesta dagli strumenti IT è circa un terzo di quella in ingresso. Il valore limite di PUE è pari a 1 quando la potenza totale corrisponde alla potenza IT. Viene spesso usato anche il suo reciproco il DCIE (Datacenter Infrastructure efficiency = 1/PUE).
Da studi effettuati il valore del PUE ora si aggira intorno a 3 e dovrebbe arrivare fino a valori di circa 1,2 – 1,5 per avere una buona efficienza energetica (non si tratta di prestazioni futuribili: il centro di calcolo di Google ha un PUE di 1,3 Video datacenter di ultima generazione Google)
A fini energetici, nella scelta delle Information Technology si devono relazionare le prestazioni alla potenza assorbita dalle apparecchiature. Queste sono le responsabili del lavoro utile del datacenter, ma anche della produzione del calore che deve essere dissipato. Minore potenza elettrica richiesta equivale a minore calore prodotto. Nella scelta della CPU, per esempio, è molto importante non solo valutare le performance di calcolo, ma anche il rapporto con la potenza assorbita (performance per Watt) e come questo varia in base alla percentuale di utilizzazione. Con l'uso di tecnologie efficienti la produzione di calore è minore e tutta l'efficienza del centro di calcolo può aumentare.
Nella scelta delle apparecchiature possono essere di aiuto alcuni programmi di adesione volontaria che classificano ed etichettano quelle più efficienti. Nel caso di server, PC, desktop, monitor e stampanti il più importante è il marchio Energy Star, mentre nel caso degli alimentatori (o PSU) è il programma 80PLUS. Una delle operazioni che oggi porta a notevoli vantaggi dal punto di vista energetico per le apparecchiature IT è la “Virtualizzazione”. Questa tecnica consiste nel poter creare più server virtuali, che hanno le stesse funzionalità dei reali, all'interno di un'unica unità fisica. Il software di virtualizzazione permette di creare macchine virtuali con sistemi operativi dedicati, che possano svolgere funzioni specifiche sfruttando al massimo le loro potenzialità. In questo modo è possibile l'eliminazione fisica di molti armadi rack e delle relative richieste di energia e di raffreddamento.
Una delle operazioni che oggi porta a notevoli vantaggi dal punto di vista energetico per le apparecchiature IT è la “Virtualizzazione”. Questa tecnica consiste nel poter creare più server virtuali, che hanno le stesse funzionalità dei reali, all'interno di un'unica unità fisica. Il software di virtualizzazione permette di creare macchine virtuali con sistemi operativi dedicati, che possano svolgere funzioni specifiche sfruttando al massimo le loro potenzialità; il software di gestione permette di gestire dinamicamente al meglio le risorse hardware disponibili (CPU,memoria, storage etc.) in funzione delle richieste delle diverse macchine virtuali. In questo modo è possibile l'eliminazione fisica di molti armadi rack e delle relative richieste di energia e di raffreddamento.
Un'altra operazione che permette l'eliminazione fisica di unità è quella di “Consolidamento”. In questo caso si ha la rimozione di server tramite il passaggio a nuove tecnologie molto più prestazionali ed efficienti. Secondo uno studio Intel è possibile sostituire 9 armadi rack dell'anno 2005 con un solo rack del 2009 a parità di prestazioni e con una riduzione del 90% di consumi e di spazio.
Buone Pratiche IT Equipment:
Per un funzionamento ottimale del centro di calcolo molto importante è la qualità elettrica (fattore di potenza elevato e basso contenuto di armoniche) e l'affidabilità del sistema di alimentazione. Proprio per questo il gruppo di continuità o UPS ricopre una delle funzioni più critiche e la sua corretta scelta può portare notevole vantaggi. Oggi sul mercato sono presenti UPS statici che in doppia trasformazione AC/DC e DC/AC presentano un'efficienza media maggiore del 95% con variazione minima in relazione al carico assorbito, a differenza di quelli di vecchia generazione in cui si aveva una notevole diminuzione dell'efficienza al diminuire del carico. Il passaggio ad UPS ad alta efficienza porta notevoli vantaggi dal punto di vista dei consumi, con una riduzione notevole delle spese e con tempi di ritorno dell'investimento molto brevi. Inoltre, per avere maggiore flessibilità di adattamento alla variazione di carico del centro di calcolo, è consigliabile avere sistemi UPS modulabili nei quali sia possibile aggiungere o rimuovere parti in maniera semplice e veloce.
Buone pratiche alimentazione:
Allo stato attuale la configurazione di raffreddamento classica in un centro di calcolo è a pavimento flottante con immissione di aria dal basso, unità di trattamento aria ai lati della sala e divisione tra corridoi caldi e freddi. Poiché in questo modo si tiene sotto controllo la temperatura della sala e non quella degli strumenti, è molto importante la gestione dei flussi di aria. Infatti è bene che non avvenga la miscelazione tra l'aria calda in uscita dalle macchine e l'aria fredda in ingresso nella sala. Una migliore guida e controllo dei flussi di aria tramite canalizzazioni, barriere o altri semplici accorgimenti porta notevoli vantaggi dal punto di vista energetico, riducendo la potenza richiesta dai chiller e dai ventilatori, in quanto si dovrà movimentare una quantità di aria minore per avere lo stesso effetto utile.
Dato il continuo aumento delle prestazioni delle apparecchiature informatiche, la potenza elettrica istallata per ogni armadio è aumentata notevolmente, ed in molti casi il sistema di raffreddamento classico non è più sufficiente. Sono stati introdotti nuovi sistemi di raffreddamento per file, in cui l'unità di raffreddamento non è messa ai lati della sala, ma tra due armadi rack o comunque nelle vicinanze del carico termico da dissipare. In questo modo si evita la possibilità di miscelazione tra aria calda e fredda. Nei casi in cui il raffreddamento ad aria non riesca a sopperire al carico, si può passare ad un sistema di raffreddamento a liquido diretto nel componente, con un asportazione del calore più efficace e localizzata. Uno degli interventi che può dare dare notevoli vantaggi dal punto di vista energetico è l'uso del Free Cooling. Questo sistema consiste nell'immettere direttamente aria esterna all'interno (Free Cooling Diretto), opportunamente filtrata ed eventualmente umidificata e deumidificata. È chiaro che l'aria dovrà avere una temperatura adeguata al raffreddamento richiesto dalle apparecchiature. Nel caso di Free-Cooling indiretto invece si raffredderà l'acqua del circuito di raffreddamento con un sistema di evaporazione, sempre con l'ausilio gratuito dato da una minore temperatura dell'aria esterna.
Buone pratiche raffreddamento:
Le tre sezioni del datacenter e relative scelte non devono però essere valutate singolarmente, ma in modo integrato, sia in fase di progettazione, sia durante il funzionamento. L'uso di tecnologie efficienti, infatti, deve essere accoppiato ad una gestione energetica ottimale, con una visione complessiva e d'insieme di tutto il centro di calcolo, partendo dalla parte più piccola che è il processore fino ad arrivare all'intero edificio, passando per armadi rack, unità di condizionamento e sistemi elettrici. Per migliorare questa visione complessiva sarà fondamentale che la funzione impianti/infrastrutture e quella informatica possano relazionarsi adeguatamente. Questo può avvenire tramite la definizione di procedure interne che promuovano la collaborazione fra le funzioni citate e avvalendosi di appositi software di monitoraggio e controllo.
Tra i principali parametri da esaminare troviamo:
Oggi si stanno affacciando sul mercato nuove tecnologie che potrebbero portare notevoli miglioramenti dal punto di vista energetico.
Collaborazione FIRE-ENEA all’interno della Ricerca di sistema elettrico:
HIGH PERFORMANCE DATA CENTERS - A Design Guidelines Sourcebook - Pacific Gas and Electric Company
Report to Congress on Server and Data Center Energy Efficiency - U.S. Enviroment Protection Agency, all'interno del programma Energy Star
Guida Europea Gruppi Statici di Continuità - CEMEP, ANIE, ASSOAUTOMAZIONE