Energie optimiertes Datacenter (EoD) Planungssoftware für Energie- und Kostenoptimierung Ein Werkzeug für Entscheidungsträger

Transkript

1 Energie optimiertes Datacenter (EoD) Planungssoftware für Energie- und Kostenoptimierung Ein Werkzeug für Entscheidungsträger KTI-Projekt am Institut für Mobile und Verteilte Systeme Christoph Meier BSc. Computer Science FH Student MSc. in Engineering ICT Advisor P. Gysel In Zusammenarbeit mit

2 Projektpartner Elektro- und Gebäudetechnik-Engineering Datacenter Gesamtplanungen 80 Personen an 10 Niederlassungen Internetdienstleister für KMU, nationale und internationale Grosskunden sowie Privatpersonen 2

3 Agenda 1. Einstieg / Ziel des Projekts 2. Modellierung Kühlgeräte 3. Modellierung ICT Geräte 4. Software (EoD Designer) 5. Ergebnisse und Ausblick 3

4 Ziel des Projekts Datenaufnahme 4

5 Stromverbrauch von Servern und Rechenzentren in Deutschland Quelle: Umweltbundesamt

6 Datacenter: Gebäude für den sicheren Betrieb von Datacom Equipment Quelle: green.ch 6

7 Datacenter: Datacom Equipment in Racks 7

8 Datacenter: Systeme Quelle: The Green Grid 8

9 Realisierung der Modelle - Anforderungen Aufnahme der relevanten Systeme innerhalb weniger Stunden Berechnung des Stromverbrauchs der Systeme Grafische Darstellung des Stromverbrauchs 9

10 Realisierung der Modelle - Gesamtmodell P max 10

11 Modellierung Kühlsysteme Mathematische und physikalische Grundlagen für die Modelle Umluftkühlgeräte (ULK) Kältemaschine inkl. Rückkühler 11

12 Basis: physikalische Grundgleichung für den Wärmetransport 12

13 Basis: Näherung für die Kältemaschine nach SIA Quelle: SIA Merkblatt

14 El. Leistung [W] Einstieg/Ziel Modellierung Kühlung Modellierung ICT EoD Designer Ausblick Beispiel: Rückkühler (In-Row RC APC ARC102) Messreihe Modellierte Werte Luftstrom [m³/s] 14

15 Energieverbrauch Einstieg/Ziel Modellierung Kühlung Modellierung ICT EoD Designer Ausblick Beispiel Kältemaschine: Gemessene Werte für den Stromverbrauch 14,6MWh Aussentemperatur Zeit: 1 Woche im September 15

16 Energieverbrauch Einstieg/Ziel Modellierung Kühlung Modellierung ICT EoD Designer Ausblick Beispiel Kältemaschine: Berechnete Werte für den Stromverbrauch Aussentemperatur Zeit: Selbe Woche + 3 weitere Wochen (= 1 Monat) 16

17 Modellierung Datacom Equipment (ICT) Basis / Grundlagen für die Modelle Server Switch Storage 17

18 Basis: Literatur IEEE und ACM Publikationen Zeitraum von 2005 bis 2011 Full System Power Analysis and Modeling for Server Environments, Economou et al. (2006) Energy Aware Network Operations, Mahadevan et al. (2009) Informationen von Organisationen ASHRAE 1 The Green Grid 2 White Papers von Herstellern HP, IBM, Intel Cisco

19 Basis: Messungen Messgeräte (Energie und Temp) HP Bladesystem Supermicro und HP Server Cisco Switches Ergebnisse von SPEC und SPC 19

20 Modellierung: Server Chassis Mainboard Grafik LAN CPU: Grundbedarf und Lastabhängigkeit Lüfter: Einfluss der Inlet Temperatur Festplatten RAM: Grundbedarf und Lastabhängigkeit 20

21 Energieverbrauch [W] Einstieg/Ziel Modellierung Kühlung Modellierung ICT EoD Designer Ausblick Modellierung: Server 350 Supermicro ESX Server X7DWA Messung Modell idle 13% CPU / 28% RAM 28% CPU / 20% RAM 58% CPU / 28% RAM 75% CPU / 28% RAM Auslastung 21

22 Modellierung: Switch Chassis: Grundbedarf ohne aktive Ports Bedarf der aktiven Ports (abhängig von der Bandbreite i) 22

23 Energieverbrauch [W] Einstieg/Ziel Modellierung Kühlung Modellierung ICT EoD Designer Ausblick Modellierung: Switch 50 Cisco Catalyst 2960G (100Mbps) Messung Modell idle 8 ports 16 ports 24 ports Anzahl aktive Ports 23

24 Modellierung: Storage Chassis: Grundbedarf ohne Festplatten Bedarf in Abhängigkeit der Last (bei R/W Operationen) Grundbedarf der Festplatten (im Idle Modus) 24

25 Energieverbrauch [W] Einstieg/Ziel Modellierung Kühlung Modellierung ICT EoD Designer Ausblick Modellierung: Storage 3000 NetApp FAS3270A (120HDDs) Messung Modell idle 50% 100% Auslastung der Festplatten 25

26 Übersicht / Aufbau EoD Designer Video Demonstration Statistiken / Reports Software EoD Designer 26

27 27

28 Demo Video Neues Projekt erstellen Variante 1: konventionelle Lösung ohne Einhausung (Vorgehen: neue Variante erstellen) Variante 2: Lösung mit Warmgang und Freecooling (Vorgehen: Variante 1 klonen und danach anpassen ) Demo Video starten 28

29 Reports: Jahr 29

30 Reports: Monat 30

31 Teilsystem Berechneter Energiebedarf in einem Jahr bei aktuellem Betrieb Optimierter Betrieb Datacom-Equipment kwh kwh Kälteanlage kwh kwh 58,2% Lüftungsanlage kwh kwh ULK kwh kwh 62,6% USV kwh kwh Restliche Gebäudetechnik kwh kwh Einstieg/Ziel Modellierung Kühlung Modellierung ICT EoD Designer Ausblick Bsp. Datacenter Effizienzsteigerung Total kwh kwh 15,2% 31

32 Ergebnisse Es konnte ein Gesamtmodell für die Berechnung des Energieverbrauchs eines Datacenters erstellt werden. Kühlsysteme Datacom Equipment (Server, Switches, Storage) Das Modell wurde bereits weitestgehend in einer Software implementiert Die Software verfügt über eine Plug-in Schnittstelle R+B Engineering AG setzt die Software bereits ein 32

33 Ausblick Nächste Schritte Verfeinerung der Modelle für die ICT Geräte (v.a. Server) Fertigstellen der Software (Implementieren der ICT Geräte) Ausblick - Herausforderung Software Wartung 33

34 Danke für die Aufmerksamkeit 34