Настольная книга эксплуататора. Всё, что вы хотели знать о повседневной жизни датацентров, но боялись спросить - Алексей Жумыкин

1. Перераспределение доступной электрической мощности

Энергопотребление вентилятора находится в кубической зависимости от его производительности, то есть система охлаждения, работающая на скорости вращения 50 % от максимальной, потребляет всего 12,5 % от максимальной потребляемой мощности. Поэтому уменьшение скорости вращения может существенно снизить потребление вентустановок. При переводе в киловатты это может быть вполне заметная величина. Использовать это знание можно следующим образом. Если система вентиляции запитана от того же источника, что и основное IT-оборудование, то можно компенсировать повышенное потребление одного из потребителей за счет другого

Для большей наглядности давайте разберем пример. Допустим, у нас есть датацентр с выделенной электрической мощностью 1100 кВт, из которых 1000 кВт отдается IT-оборудованию, а 100 кВт – системе охлаждения (на вентиляторах). Проектная стойка, устанавливаемая в этот датацентр, имела потребление воздуха в 2500 м3/ч, что в сумме на весь модуль дает 250 000 м3/ч. То есть в проекте вентустановки производительностью 250 000 м3/ч будут потреблять по проекту 100 кВт·ч. При реальном заполнении зала были установлены 99 стоек с максимальным потреблением каждой 10 кВт·ч и 2000 м3/ч. Таким образом, максимальное потребление воздуха не превысит 198 000 м3/ч. Это будет выглядеть на графике управления ресурсами следующим образом (для простоты объяснения мы уберем из рассмотрения концепцию целевого значения и не будем показывать реальные значения):

Этот график показывает, что ресурсы системы охлаждения у нас загружены лишь на 80 %, в то время как ресурсы электроснабжения используются полностью. Но, зная, что установленное количество стоек не будет потреблять больше чем 200 000 м/ч, мы можем сознательно снизить максимальное потребление воздуха в зале, например на 80 % – до 210 000 м3/ч.

В этом случае производительность вентиляторов составит (210/250) × 100 % = 84 %, а электропотребление вентустановок не будет превышать (84 %)3= 59,2 %. Таким образом, из зарезервированных 100 кВт мощности мы со спокойной душой можем отдать 40,8 кВт на другие цели. Например, на питание тех же стоек. В этом случае итоговое заполнение по воздуху составит 198/210 = 94 %, а по электричеству – 990/1041 = 95 %. Согласитесь, намного лучше, чем исходные 80 и 99 %. К тому же в результате такого перераспределения у нас появилась возможность поставить дополнительные четыре стойки.

Конечно, следует помнить, что добавление четырех стоек также поднимет и потребление воздуха, и придется делать еще одну итерацию для нахождения баланса максимальных потреблений, но это уже чисто техническая задача, и решается она на уровне Excel.

Поняв принцип такого перераспределения, нетрудно написать алгоритм оптимизации по какой-то выбранной величине, как в примере выше, и добавить его в мониторинг ресурсов с соответствующей корректировкой уведомлений. В этом случае по мониторингу можно будет более точно оценить текущую ситуацию и более актуально контролировать аварии.

2. Корректировка токов заряда ИБП

В тот момент, когда происходит переключение с основного источника электропитания на резервное и наоборот, ИБП обеспечивает снабжение нагрузки энергией на все время переключения. После этого ИБП требуется дополнительное количество энергии от источника, чтобы не только продолжать передавать номинальную мощность в нагрузку, но и тратить какое-то количество ампер для собственных нужд. В остальное время эти потенциальные амперы остаются в резерве и не используются. Для IT-нагрузки это означает соответствующее уменьшение доступной мощности, которую можно было потратить с большей пользой.

Если проанализировать характеристики ИБП, то можно увидеть, что многие из них позволяют выбирать скорость заряда в зависимости от того, какой мощностью мы обладаем для этих целей. А значит, небольшим усовершенствованием системы мы можем получить дополнительную степень свободы в планировании дополнительной мощности. Например, выставив минимальную скорость заряда, мы можем высвободить некоторое количество полезной мощности в те промежутки времени, которые считаем стабильными и спокойными, предполагая, что одного срабатывания ИБП нам должно быть достаточно. И наоборот, в турбулентные времена, например в сезон майских гроз, когда отказы по основному питающему вводу могут идти один за одним, будет иметь смысл подстраховаться и поставить более высокую скорость заряда ИБП, пожертвовав на это время доступной для IT электрической мощностью.

3. Корректировка по температуре воздуха

Этот способ автоматизации реализуется уже труднее, но может помочь сделать планирование заполнения модулей более гибким в среднесрочной (в течение года) перспективе. В отличие от предыдущего метода, мы будем работать не с характеристиками датацентра, а с аллокацией IT-оборудования.

Вводными данными для рассуждений будет тот факт, что потребление холода напрямую зависит от температуры воздуха, подаваемого на вход стойки (подробнее об этом рассказано в главе «Легенды и мифы датацентров»). Во время проведения экспериментов можно построить семейство зависимостей энергопотребления и холодопотребления серверного оборудования с учетом температуры воздуха в холодном коридоре. Если ограничиться максимальным значением загрузки процессора, то получится кривая, по которой можно отслеживать, как изменяется аллокация в зависимости от условий внешней работы. Эти данные можно получить и по энергопотреблению, и по холодопотреблению.

Следующим шагом можно спрогнозировать температуру воздуха в холодном коридоре на протяжении года. Например, в зимнее время условимся подавать воздух температурой +20 ℃ в режиме рециркуляции, а в летнее – ориентироваться на среднее значение за месяц ±5 ℃. Из такого прогноза и полученных экспериментальных кривых можно завести в систему управления ресурсами то, как будет изменяться аллокация в зависимости от времени года. Так мы получим дополнительные мощности как по электричеству, так и по воздуху в более холодное время года. Практическая польза в этом зимнем запасе может быть в случае, когда как раз в зимнее время не будет хватать мощностей для размещения десятка-другого стоек из-за неготовности следующего датацентра, запуск которого назначен только на март.

И еще одним интересным решением на основании тех же экспериментальных кривых, более оперативным, будет возможность моделирования ситуации изменения емкости датацентра при изменении температуры холодного коридора. В качестве реального примера можно представить случай, когда мы превышаем целевое значение всего на несколько десятков киловатт, и при переводе какого-либо оборудования в обслуживания мы сможем «захолаживанием» приточного воздуха вернуться из режима работы без резервирования в режим с резервированием.

4. Корректировка по сигналам из CMMS и системы мониторинга

Еще один интересный способ автоматизации, к тому же сравнительно легко реализуемый, состоит в объединении функционала нескольких информационных систем службы эксплуатации в единый инструмент. А именно мы говорим о двух случаях. Во-первых, можно синхронизировать состояние оборудования в CMMS с максимальным и целевым значениями ресурсов. Например, если мы планируем долгосрочное выведение из эксплуатации одного из пяти ДРИБП[34], скажем для проведения капитального ремонта, мы создаем в CMMS наряд, где будет указано плановое время отключения (недоступности) этой единицы оборудования, что приведет к снижению линии максимально доступной и целевой электрической мощности. Понятно, что для кратковременных, выполняемых в течение дня-двух нарядов это может быть излишним, но для работ длительностью от недели такая корректировка может оказаться полезной.

Аналогичный функционал может помочь в случае, например, когда для охлаждения используются системы, работающие в двух режимах: с фрикулингом и без него. Тогда в разных сезонах система охлаждения может иметь различную производительность, что можно также отразить на графике Capacity Planning путем создания в плане точек переключения между режимами такого оборудования. Оба перечисленных варианта могут пригодиться при среднесрочном планировании работ в датацентре как со стороны эксплуатации, так и со стороны владельцев IT-оборудования.

Во-вторых, данные об отключении оборудования могут браться не только из CMMS как инструмента планирования, но и из системы постоянного мониторинга. Так, если мы получаем сигнал о том, что один из пяти ДРИБП отключился, Capacity Planning может автоматически снизить максимальное и целевое значения электрической мощности. Технически функционал идентичен уже описанному раньше. Основная разница в том, что такая информация важна не для стратегического планирования, а для сиюминутных задач дежурной смены и команды эксплуатации, так как помогает точнее оценить риски, существующие в конкретный момент времени.

Глава 16

Бюджетирование

Под бюджетированием мы будем понимать ответ на вопросы о том,