データセンターの使用効率を高める方法は？

過去数か月にHabrを注意深く読むと、エネルギー効率、資源保護、および「代替エネルギー源」のトピックがここで頻繁に取り上げられていることに気付かずにはいられません（たとえば、 1回または2回 ）。 ITの「グリーン」テクノロジーは、「地球温暖化」に反対する夏に「地球の冷却」と冬に戦う「 愚かなアメリカ人 」の一種であり、このすべては「私たちにとっては、「それなしでうまくいくでしょう。



しかし、間違いなく重要な「環境への配慮」に加えて、省エネ技術へのこのような大きな関心の主な役割は、主に単純で非常に明白な、商業的で実用的な考慮事項によって行われます。 データセンターでの節電が単なる「生態学者の愚か者」であるように思える場合、あなたはまだ大きなプロジェクトや大きな電気料金に出会っていないか、データセンターの電力制限が止まっているという事実に直面していないITインフラストラクチャの成長、そしてその結果としての会社の利益。

たとえば、2008年の終わりに、 Facebookはデータセンターの電気料金のみで月に約100万ドルを支払いました。



データセンターでのエネルギー効率のより高い基準への移行と、リソース、特に電源と冷却の節約により、企業はコストを大幅に節約できます。

NetAppは、ITで効果的なソリューションを見つけるための研究に長年にわたって成功しており、独自のデータセンターの開発にこれらのソリューションを使用して「それ自体で再構築を開始しました」。

これが今日の記事の目的です。

データセンターの使用効率を高める方法は？

投稿者：Dave Robbins、NetApp



2005年以降、IT機器（サーバー、ストレージシステム、ネットワークインフラストラクチャ）で消費される電力量は1,000ドルごとに平均6から8倍に増加し、データセンターのいわゆる「隠れた」コストが劇的に増加し、多くの場合、重大な問題を引き起こしています。 その結果、多くの企業データセンターは、エネルギー消費量とストレージボリュームやサーバーリソースなどの既存資産の使用率の観点から、より効率的になる新しい方法を模索することを余儀なくされています。



使用の効率を心配することなく、最新のITソリューションとテクノロジーをインストールして使用する場合、前年に比べて予想外に大量の電力（会社にかなりのコストがかかる可能性があります）のリスクがあります。 。 しかし、さらに重要なことは、機器の効率と使用度を上げないと、収容する予定のデータセンターが必要な量の電力と冷却を提供できなくなる可能性があることです。 実際には、ヨーロッパと米国のすべてのデータセンターの42〜43％が既に電力制限の条件下で稼働しています。



この記事では、この問題をより詳細に説明し、データセンターの使用効率を向上させるために必要なツールを検討するとともに、効率を向上させるためのITプラクティスをいくつか説明し、ストレージ管理者にとっての多くの結果について説明します。

ITの隠れたコスト

ティア2データセンターに安価なサーバーを設置する場合、当社の推定によると、年間の電源と冷却の直接コストは約8000ドルになります。 データセンターの関連取引費用は、依然として年間約1000〜1300ドルです。



ほとんどのIT部門は、これらのコストを新しいサーバーをインストールするためのビジネスプランに含めません。 ほとんどの場合、データセンターがエネルギー会社によって設定された制限に達するまで、ほとんどのIT組織は電気代を請求しません。 このため、彼らはそのような「隠されたコスト」が存在することを単に知らないことがよくあります。

これらのコストは「目に見えない」ため（ほとんどの場合、すべてが「その他の費用」の列にまとめられます）、データセンターの管理にはそれらを管理する方法と方法がありません。



米国および欧州連合の多くの企業の調査では、次のことが示されました。

• 47％はサーバーの負荷を監視していません。
• データセンター管理者の55％は、電気料金の金額を遵守していません。
• 欧州連合のデータセンターの43％は、エネルギー消費の制限の条件で運用されています。
• 米国の既存のデータセンターの42％は、現在の成長率で、今後18〜24か月で電力制限に達しました。

「隠れたコスト」を管理するだけでなく、将来のデータセンターの準備を整える鍵は、エネルギー効率を高め、利用可能なリソースの使用度を高めて、企業の成長率を維持し、広範なインフラストラクチャ拡張のコストを抑えることです。

これはいくつかの方法で実現できます。

• より高い「エネルギー密度」をサポートするデータセンター
• システムの現在の最新化または新しい効果的な「ネットワークコア」の開発
• サーバーとストレージの仮想化。これにより、アプリケーションのスケーリングと移動が容易になります。

過去数年にわたり、NetAppでは、効率を向上させるこれら3つの側面すべてで膨大な経験を積んでおり、社内のITニーズに合わせて独自のデータセンターを作成しています。

効率と密度を高めるためのデータセンターの再設計

データセンターのパフォーマンスと密度のインジケータを改善するために、私たちはそれらの構築に対する多くの古くて馴染みのあるアプローチを変更する必要があることを発見しました。 ここでは、効率を向上させるために変更した点からいくつかのポイントを示します。

• データセンターの機器管理とメンテナンスのプロセスおよび会社の一般的なIT戦略は通常「個別の機能」ですが、それらの調整された作業により、より重要な結果を達成し、より効果的なソリューションを得ることができました。
• データセンターの上げ床は、メインフレーム時代の遺物です。 「コールド」および「ホット」ゾーンとチャネル（ ホット/コールドアイル ）は、上からの冷却（および電力）供給を提供し、これはよりエネルギー効率が良いです。
• ハイテクのタスクは、ローテクのソリューションを使用して解決できる場合があります。 シンプルなビニールカーテンは、空気の動きの「冷たい」廊下と「熱い」廊下の間の物理的な障壁として機能し、不要な混合を防ぎ、年間100万キロワット以上を節約します。
• データセンターは寒すぎる必要はありません。 （ この点については、別の記事、ノートトラックで既に Habréで書きました ）冷却装置に供給される空気の温度を徐々に21ºCに上げ、「ホットコリドー」の空気の流れの温度は35ºCでした。その結果、通常の「外部」空気と「外部」空気を使用して、年間65％まで冷却し、冷却期間を延長しました。

NetAppの顧客の1つであるBritish Telecomのデータセンター。 「コールド」ゾーンと「ホット」ゾーンを分離し、異なる温度での気流の制御されない混合を防ぐ透明なプラスチックカーテンでできた構造がはっきりと見えます。



データセンターの効率性の最も重要な指標の1つは、 電力使用効率 （PUE）パラメーター、つまりデータセンターが消費する総電力とIT機器のみが消費する電力の比率です。 データセンターで消費される可能性のある電力を下の図1に示します。





図1）データセンターの電力消費者。



現在、適切に設計されたデータセンターの現在のPUEは約2.0です。他のデータセンター機器は、すべてのIT機器と同程度の電力を消費します。

その他の重要なデータセンターのパフォーマンスパラメータには次のものがあります。

• キャビネットに供給される電力。 現在、ほとんどのデータセンターで受け入れられている一般的な値は3kWです。 つまり、キャビネットに収容された機器は、最大3kWの電力を消費します。
• キャビネットに割り当てられるスペース。 機器配置キャビネットは、2.6平方メートルの面積を占有します。

上記と同様の手法を使用して、NetAppは、データセンター内のPUEを業界標準のPUE = 2.0より低くすることができます。また、キャビネットのエネルギー密度を高め、占有スペースを大幅に削減します。



たとえば、第2世代のデータセンターでは、「コールド」チャネルにエアフローレギュレーターと特別な制御ダンパーを使用して、冷却速度を調整し、過剰を防ぎ、この機器の負荷に絶対に必要な冷却量を保持して、PUEインジケーターを1 、801個のキャビネットに40個、3.5KWをキャビネットに供給します。 これにより、標準2.0と同等のPUEで動作する同じデータセンターと比較して、会社は年間平均170万ドルを節約できます。





図2）第2世代のNetAppデータセンターの気流分布図。



第3世代のデータセンターのプロジェクトは、PUEパラメータが1.30で8 kW /キャビネットを消費する720キャビネットのデータセンターに実装されており、PUE 2.0の「標準データセンター」に比べて年間430万ドル節約できます。 現在、統合データセンター（ITサービスとエンジニアリング部門のタスク用）を展開しています。このデータセンターには、入力電力12kW /キャビネット、推定PUE 1.2の1800キャビネットが収容されます。 このデータセンターからの熱気は、冬の間、オフィスを暖めます。

ご注意 追跡：これは非常に高いレートです。 以前に、太陽電池パネルからの電力と夜間のバッテリー電力で自律的に電力を供給しているホスティング会社AISOについて投稿しました。それらによって作成されたホスティングデータセンターのPUEインジケーターは、1.14の非常に厳格な省エネモードで達成され、記録の一種であり、最大の達成可能なパフォーマンスに近いと考えられます今日。

つまり、冷却、無停電電源装置、換気、照明、およびその他のシステムを含むすべての非ITサービスは、データセンター機器の実際のIT部分の消費から約0.14だけを消費します。

図3）NetAppデータセンターの第3世代設計の図。



Tech OnTapの記事と公開されているホワイトペーパーで使用されているパフォーマンス戦略の詳細をご覧ください。





Research Triangle Park（RTP）の第3世代NetAppデータセンター。 プラスチック製のカーテンが見え、「ラックの前面からの」空気移動の「冷たい」チャンネルと「背面からの」「熱い」チャンネルを分離し、望ましくない混合や上からのケーブルの進入を防ぎます。



データセンターでの配置の効率と密度を高めるだけでは不十分です。 また、必要に応じてネットワークインフラストラクチャを再設計し、リソースの最大数を統合し、サーバーとストレージシステムの両方を仮想化することにより、データセンターに既に展開されているIT資産の「使用率」を高める必要があります。 この記事では、Cisco Unified Compute System（UCS）サーバーシステムとNetAppユニバーサルストレージの組み合わせを使用して、仮想化されたデータセンターを構築する1つのアプローチについて説明しています。

ネットワークコアの再設計

データセンターのコアネットワークの再設計プロジェクトでは、2つの目標がありました。

• 「ユニバーサルネットワークファクトリ」を標準化します。
• 孤立した「アプリケーションアイランド」を排除することにより、ネットワークインフラストラクチャとトポロジを再設計する

コンバージドネットワークアダプター（CNA）とファイバーチャネルオーバーイーサネット（FCoE）プロトコルの出現により、既存のファイバーチャネルデバイスをすべて単一のネットワークファクトリーに統合することが可能になりました。 ストレージネットワークのネットワークインフラストラクチャをいくつかの技術的に互換性のないセグメントに分割することで、データセンターのエネルギー消費を削減することができました。 1本のケーブルで、あらゆるネットワーク（SAN、LAN、またはHPC）に接続できます。これにより、新しいアプリケーションとサービスを迅速に展開および起動できます。



現在のほとんどのネットワークは、従来理解されているセキュリティとパフォーマンスの考慮事項からビジネスアプリケーションを分離するように設計されています。 残念ながら、このような孤立したITリソースは、機器の使用を制限し、低下させます。 ネットワークは、ストレージを統合し、機器の使用率を高め、サーバーとストレージの完全な仮想化への道を開く能力を提供します。

仮想化

ネットワークコアの再設計は、サーバーインフラストラクチャとストレージインフラストラクチャの仮想化プロセスから大きな利点をもたらしました。 既存のリソースは完全に統合でき、リソースの共通プールはそれらを必要とするすべてのアプリケーションで利用可能になります。 アプリケーションはデータセンター内とデータセンター間を自由に移動できるため、サービスとアプリケーションが利用できなくなる時間が大幅に短縮されます。



NetAppは、データセンターの古いサーバーの仮想マシンへの転送とストレージの統合に積極的に取り組んでいます。 たとえば、エンジニアリング研究所のサーバーファームの分析では、約4,600のx86サーバーを仮想マシンに転送できることが示されました。 このキッチン全体は、電力と冷却のためだけに年間約140万ドルを消費し、データセンターの190のキャビネットを占有しました。 20：1の係数を使用した物理サーバーから仮想サーバーへの移行により、これらすべてのサーバーが仮想マシンの230台のホストサーバーに移行され、電気と冷却に年間70,000ドルしか費やされず、キャビネットは10個しかありません。 これらの企業プロジェクトの1つであるインドのバンガロールのエンジニアリングラボでの初期段階は、 最近のTech OnTapの記事で取り上げられています 。



Tech OnTapの別の記事では、エンタープライズデータセンターの1つでのストレージ統合に対するNetAppのアプローチに焦点を当てています。 作業の結果は次のとおりです。

• ストレージ使用率が平均60％増加
• 保管スペースを24.83キャビネットから5.48に削減
• 50のストレージシステムを10に置き換えました
• エネルギー消費を月あたり41184 kWhに削減
• 容量とパフォーマンスが大幅に向上

一般的なアプローチは、ホワイトペーパー「 ストレージ効率による電力消費の削減」で説明されています。



多くのNetAppユーザーと顧客は、データセンターでも同様の結果を得ることができます。 たとえば、大規模な通信事業者（ BT 、約Track ）は、3,103台の物理サーバーを134台の仮想マシンホスト（23：1）に統合し、ストレージ使用率を25％から70％に増やしながら、225万ドルの電力を節約して解放しました660個のキャビネットと8500個のネットワークポート。 その結果、投資回収期間は8か月で、ITサービスによって注文された新しいサーバーは同日以内（3〜5日前）に開始され、バックアップ時間は96時間から30分未満に短縮されました。





British Telecomのデータセンターは 、仮想サーバー環境への移行中に冗長になった75トンの機器からデータセンターを解放しています。

ストレージ管理者の観点からの結果

共有リソースと仮想化されたエコシステムに移行すると、ストレージ管理者に多くの重要な結果がもたらされます。 サーバーとストレージシステムのリソースは、データセンター自体の外部からのソースを含め、どこからでもアクセスできるようになったため、アクセスと作業を整理する通常の方法は変化しています。

NetApp IT部門のストレージ責任者であるJessica Yu氏は、自分の経験に基づいたメリットについて説明しています。



共有リソースの利点は次のとおりです。

• 省スペース。 リソースの割り当ての柔軟性、組織全体でリソースをより効率的に分散する機能、スペース消費計画を簡素化し、ストレージスペース要件を大幅に削減できます。
• 管理のしやすさ。 注意と物理的なメンテナンスを必要とする物理サーバーが少なくなると、インフラストラクチャ全体が簡素化され、メンテナンスのコストが削減されます。 シンプルなアーキテクチャは、標準化の向上と、より優れた自動化されたプロセスの可能性につながります。
• 耐障害性。 共有データストレージには、ハードウェアコンポーネントに障害が発生しても機能し続けることができる冗長性ツールがあります。
• ストレージ効率の改善。 ストレージの仮想化により、すべてのアプリケーションにシンプロビジョニングテクノロジーを使用できます。 また、標準化により、より多くの重複排除データが中央に保存され、重複排除プロセスによって処理され、空きスペースを解放する効果が大きくなるため、より高いパフォーマンスインジケーターで重複排除を使用できるようになりました。

共有ストレージを使用すると、すべてが標準化されます。 その結果、データウェアハウスを使用して、機器の計画、購入、およびプロジェクトの実装がはるかに簡単になりました。 以前は、さまざまなストレージシステムの多数の「動物園」を使用していました。 同時に、計画と成長のプロセスは真の悪夢となり、データセンターのリソースと管理者の時間の両方を浪費しました。

• 以前は、プロセスを調整および円滑化してストレージ容量を拡張するのに数週間かかりました。 これで、月例会議の一環として、ストレージスペースの割り当てを計画する際のすべての質問を解決できます。
• 以前はプロジェクトチームとストレージ構造の問題について議論するために何日も費やしていましたが、今では要件の策定とソリューションテンプレートの開発のすべてのタスクが数時間で収まります。
• これまで、さまざまなストレージシステムでタスクに適したスペースを見つけるタスクには数時間かかりました。 このプロセスは数分に短縮されました
• 仮想化されたITシステムにより、ほとんどのタスクを簡単に実行できるようになったため、高価なレベル3のサポートでこれまで行われていた作業がレベル2のスタッフによって解決されました。
• VMwareシステムにSnapManager for Virtual Infrastructure（SMVI）製品を導入したことで、以前はストレージ管理者の注意と参加が必要だったタスクの一部を、データのスナップショットの作成や復元などのタスクを実行できるサーバー管理者のレベルに委任することができましたそれらからのデータ。

これにより、何週間もの工数が節約され、人員の力をより効率的に使用することができ、より大きな利益が得られました。

結論

今日のデータセンターは、IT予算の停止（および場合によっては削減）に直面してビジネスの要件を満たすために、機器とリソースの効率を高める緊急の必要性に直面しましたが、同時に、新しいIT機器の電力消費と発熱の継続的な成長もありました。 この記事では、電源リソースの使用とデータセンターの冷却の効率を改善し、ITリソースの使用度を高めることができるいくつかの手順を概説しました。





デイブ・ロビンス

ITの最高技術責任者

Netapp



1979年以来ITで働いていたデイブは、ITの世界における多くの技術的進化を見て参加し、データセンターと将来のクラウドテクノロジーの有効性に関する理解を深めました。

NetAppでは、新しいITテクノロジーの特定と選択、および会社のIT部門のさらなる開発計画の開発を担当しています。



PS。 この記事の翻訳中、記事で言及された2009年に開始されたResearch Triangle Park（RTP）の「Third Generation Data Center 」は、省エネ技術の実装の成功とEPA Energy Starの最初の名誉ある賞を受賞したと報告されました。 EPAによって承認された方法論に従って、評価で100のポイントのうち99を獲得し、高いエネルギー効率。

このデータセンターは、12,000平方メートル以上のスペースを占有し、2160台のキャビネットと機器を備え、エネルギー効率が80％向上し、「業界平均」データセンターよりも作成コストが3分の1低くなります。