GREEN IT и Энергоэффективность

Зеленые компьютерные вычисления или Зеленые Информационные технологии (ИТ) обращают наше внимание на проблему влияния работающих компьютеров и ИТ на окружающую среду. Зеленые ИТ - это знание и практика дизайна, производства, пользования и утилизации компьютерных (вычислительных) устройств и сопутствующих им подсистем, таких как мониторы, принтеры, устройства хранения данных, сетевые и коммуникационные системы – с тем, чтобы они работали продуктивно и эффективно с минимальным или нулевым  воздействием на окружающую среду.

Любой, кто считает, что экспоненциальный рост может продолжаться вечно в конечном мире, тот либо сумасшедший, либо экономист. /Кеннет Боулинг/

По исследованиям лаборатории Alex Wissner-Gross при реализации поискового запроса Google в среднем выделяется 7 грамм CO2. Сами Google при этом утверждают другую оценку – 0.2 грамма CO2 на запрос.

Современные компьютерные системы - это сложная взаимосвязь людей, сетей и аппаратуры, и потому инициатива Зеленых вычислений должна иметь системный характер. Решение в этой области является компромиссом между экономическими интересами компании, ожиданиями потребителей и требованиями Зеленых стандартов. Необходима реорганизация производства и использования ИТ с целью повышения производительности их работы и возврата инвестиций в модернизацию. Компании, в деятельности которых важна передача, обработка и хранение информации, должны своевременно реагировать на новые подходы и технологии и придерживаться политики социальной и экологической ответственности.

Цели у Зеленых ИТ те же, что и у Зеленой химии:

• максимизировать энергоэффективность на протяжении всего жизненного цикла продукта,
• сократить использование вредных (опасных) материалов,
• поощрять развитие технологий возврата продукта, переработки материалов и их повторного использования (recover-reuse-recycle) – для этого необходимо понимание полного жизненного цикла продукта, стоимости не только производства и распространения, но и переработки, уничтожения.

Касательно персональных компьютеров и маломощных устройств, действуют известные общие подходы экологического потребления:

• открытая информации о количестве парниковых газов, выделяемых за жизненный цикл изделия;
• энергоэффективность и управление мощностью (энергопотреблением, спящий режим),
• эффективность использования первичных материалов,
• отсутствие вредных (токсичных) веществ в продукте,
• утилизация, повторное использование
• эргономичность устройства,
• покупка только необходимого оборудования,
• соответствие требованиям Зеленых стандартов, эко-маркировка.

Потребности в вычислительных мощностях растут – удовлетворить их позволяет подход виртуализации вычислений, предполагающий концентрацию вычислительных ресурсов и распределение их мощностей между приложениями. Задачи решаются не компьютером пользователя, а корпоративными серверами обработки и хранения данных или сторонними, коммерческими серверами. В этом случае компьютер конечного пользователя может быть маломощным и предназначается только для отображения результата удаленных вычислений.  Сервер может выполнять одновременно множество вычислительных задач, параллельно могут работать сотни приложений (программ). Связь с ним осуществляется по сети Интернет.

Некоторые применения серверных технологий:

• хранение базы данных клиентов компании и работа программы по выдаче затребованных данных из этой базы,
• хранение документов по деятельности компании и командным проектам (договора, распоряжения, чертежи, расписания, видео, спецификации и т.д.),
• сетевые вычисления при 3d-визуализации
• размещение интернет-сайтов, и много другое.

В строительстве серверные технологии востребованы для управления сложными инженерными системами зданий (электросетью, отоплением, освещением, вентиляцией, кондиционированием) – согласно концепции умной сети (smart grid).

Но сервер – это сущность из теории информационных систем, в реальности же – это помещения, в которых устанавливается компьютерное и сетевое оборудование, создаются условия для непрерывной и надежной работы этого оборудования, а также систем хранения данных. Единый вычислительный центр выполняет задачи, которые ранее возлагались на малые сервера – мы начинаем работать с Центром Обработки Данных (ЦОД).

Почему мы обращаем внимание на ЦОД? Потому, что они являются одним из крупнейших потребителей электроэнергии в индустрии ИТ и предоставляют много возможностей применения Зеленых подходов.  В современных высотных зданиях, в офисных центрах целые этажи отводят под ЦОД, что включает их грамотное проектирование в комплексный подход к созданию энергоэффективных и экологичных зданий.

В опубликованном недавно исследовании IDC утверждается, что расход энергии и охлаждение ЦОД представляют основной предмет забот ИТ-руководителей, из которых 21,8% назвали это своей первоочередной проблемой. 

Повышение Энергоэффективности технических систем – это часть стратегии снижения антропогенного воздействия на окружающую среду. Ведь потребляя меньше энергии, мы сжигаем меньше ископаемого топлива, а следовательно, снижаются и выбросы СО2.

Для оценки энергозатрат в ЦОД используют показатель PUE (Power usage effectiveness, Эффективность использования энергии), численное значение которого вычисляется как отношение общего количества энергии, потребляемой ЦОД, к количеству энергии, потребляемой собственно ИТ оборудованием. Этот показатель используется наряду с показателем DCiE, которые были предложены объединением ИТ компаний - Зеленой Сетью (The Green Grid) - в качестве метода оценки эффективности ИТ. Действенность мер по повышению энергоэффективности ЦОД видна по повышению этого показателя.

Для адекватной оценки функционирования ЦОД можно определить также значение следующих показателей энергозатрат: 

• Ватт/ГФлоп (энергия на вычисления)
• Ватт/ГБайт (энергия на хранение данных)
• Ватт/Гбит/сек (энергия на передачу данных)

Серьезной задачей является отвод большого количества тепла, выделяемого компьютерным оборудованием. И это количество нарастает по мере увеличения мощности компьютерных систем и плотности их компоновки. При проектировании систем охлаждения и вентиляции можно реализовать Зеленые подходы, нестандартные решения, которые позволят и сэкономить, и снизить влияние на окружающую среду.

Актуальность решения этих задач заключается в том, что модернизация ЦОД обходится значительно дешевле, нежели его перестройка.  

Свои варианты организации центра обработки данных представляют все ведущие производители компьютерного и коммуникационного оборудования, а также программного обеспечения, которое организует функционирование и управление информационными системами.

1. Дизайн (планировка) Центров Обработки Данных с применением подходов Зеленого строительства:

естественная (пассивная) вентиляция; воздушное и прямое водяное охлаждение с применением возобновляемых источников энергии, отказ от системы охлаждения дисковых массивов. Например, ЦОД IBM в г. Покипси, шт. Нью-Йорк, зимой использует в своей системе охлаждения воду из протекающей неподалеку реки Хадсон. электроснабжение постоянным током с использованием альтернативных источников энергии. Питание постоянным током означает, что не нужно преобразование в переменный ток, как приходится делать во многих установках источники получения альтернативной энергии. Корпорация Sprint получила грант на использование аккумуляторов на водородном топливе в качестве резервного источника питания. А компания Power Loft, которая строит современные, эффективно использующие энергию ЦОДы и управляет ими, получила грант на установку солнечных панелей на одном из своих объектов; использование математического моделирования для расчета тепловых режимов ЦОД (метод CFD, алгоритмы «вычислительной гидродинамики»); “Зеленое” пожаротушение;  щадящая застройка территорий.

2. Внедрение практики консультации экспертами по возможным мерам.

3. Учет потребления энергоресурсов, поиск, оценка и ликвидация потерь (метрика PUE, DCiE). Отключение неиспользуемых приложений и обслуживающих их серверов.

4. Управление энергоснабжением. Стандарт ACPI. Специальное программное обеспечение - например, ПО IBM Systems Director Active Energy Management обеспечивает оператору ЦОДа расширенные возможности управления энергопотреблением. Технология позволяет снизить расходы на администрирование и энергопотребление в типичном ЦОДе вплоть до 30%.

5. Избавление от сбоев энергоснабжения. Качественное и стабильное питание влияет на срок эксплуатации и функционирование защищаемого оборудования. Поэтому современные ИБП — это не только защита от перебоев энергоснабжения, но и инструмент реальной экономии. Целесообразно применение источника бесперебойного питания с экономичным режимом работы по расписанию.

6. Использование наиболее эффективного оборудования (c сертификатом Energy Star);

7. Использование новейших протоколов связи. Передача голоса по сети Интернет (VoIP), позволила городу Гонолулу избавиться от 14 АТС различной конструкции и сократить расходы на телефонию на 250 тыс. долл.

8. Пересмотр структуры ЦОД. Например, использование технологии экономичного выделения пространства хранения (thin provisioning), при котором на энергоемких быстро работающих устройствах первого уровня хранятся только часто используемые данные. Редко используемые данные переносятся на более дешевые устройства, потребляющие меньше электричества.

9. Пересмотр требований к климатическому режиму ЦОД. Дуглас Уошбёрн, аналитик из компании Forrester Research, сообщает, что когда ИТ-менеджеры корпорации KPMG увеличили температуру в ЦОДе с 21 ºС до 23,3 ºС, расход электроэнергии снизился на 12,7%. Изменение относительной влажности тоже может дать эффект. Те же ИТ-менеджеры обнаружили, что ее снижение с 50 до 40% позволило сэкономить 15% энергии.

10. Проблема вместимости помещений: оптимизация размеров устройств, концентрация оборудования (1500 Вт/unit);

11. Энергоэффективные вычисления, повышение производительности систем.

12. Зеленые измерения, утилиты оценки нагрузки на окружающую среду;

13. Ответственное уничтожение и переработка отслужившего оборудования;14. Содействие управляющих организаций;15. Снижение экологических рисков;16. Отчетность и прозрачность деятельности компаний по реализации программ социально и экологической ответственности (United Nations Global Compact, Electronic Industry Code of Conduct, Global Reporting Initiative, Carbon Disclosure Project, CERES, CSR Reporting, ISO 14001);17. Продление жизненного цикла изделий, так как  согласно исследованиям (Gartner) более 70% природных ресурсов, потребляемых за жизненный цикл компьютерных изделий, расходуется при производстве.

Energy Star

www.energystar.gov

Термин «Зеленые компьютерные вычисления» вошел в оборот в 1992 году, после старта Energy Star – программы добровольной маркировки, поощряющей энергоэффективность мониторов, разработку устройств климатического контроля и других технологий. Одним из результатов этой программы, который ныне понятен каждому пользователю компьютеров – это практика перевода компьютера в спящий режим, если он не используется определенное время.

Самый старший по возрасту логотип Energy Star используется ассоциацией EPA, чтобы идентифицировать и продвигать энергетически эффективные продукты с целью уменьшения выбросов газов, способствующих парниковому эффекту. Чаще всего его можно увидеть на бытовых электроприборах, таких как холодильники и кондиционеры. Но если внимательно наблюдать за процессом загрузки ПК, то можно заметить, как логотип мигнет на экране загрузки BIOS. Актуальная версия стандарта - 5.0, была издана в 2009 году.

TCO

www.tcodevelopment.com

Другим стандартом, стоявшим у истоков Зеленых ИТ, является шведская программа сертификации TCO, поощрявшая снижение магнитного и электрического излучения  от CRT-мониторов (с электронно-лучевой трубкой).

Сейчас это группа стандартов добровольной сертификации на эргономичность и безопасность электронной продукции. Разработаны комитетом TCO Development (входит в состав Шведской конфедерации профсоюзов). Стандарты регулярно пересматриваются и обновляются, на сегодня имеется TCO-92, TCO-95, TCO-99, TCO-01, TCO-03, TCO-04, TCO-05 и TCO-07. Изначально был ориентирован на мониторы, определяя предельные значения низкочастотного электромагнитного излучения, электростатического поля, управление режимами электропитания для мониторов и др., впоследствии был распространен на принтеры, факсимильные аппараты, МФУ, ноутбуки.

Управление мощностью регламентируется стандартом Advanced Configuration and Power Interface (ACPI). Операционная система автоматически управляет режимом энергопитания устройств компьютера (отключение монитора и накопителей данных по истечению периода неактивности, спящий режим, управление напряжением питания процессора).

PLUS

www.80plus.org

Стандарт 80 PLUS определяет источники питания, коэффициент полезного действия которых не менее 80%. Логотип можно встретить на автономных источниках питания и корпусах некоторых ПК. Недавно в продаже появились сертифицированные устройства и ПК от таких известных компаний, как Antec, CoolerMaster, Dell, HP, SeaSonic и Ultra Products.

EPEAT

www.epeat.net

Сертификат EPEAT (Electronic Products Environmental Assessment Tool — средство экологической оценки электронных продуктов) ориентирован больше на «предприятия общественного и частного секторов», нежели на индивидуальных потребителей, но его наличие свидетельствует о важных достоинствах ПК. С его помощью покупатели могут оценивать, сравнивать и выбирать товары руководствуясь экологическими показателями, такими как пригодность к переработке, количество потребляемой энергии и способ проектирования и изготовления. Требования EPEAT гораздо строже, чем у всех других сертификатов. Существует три уровня оценки, самый высокий, EPEAT Gold требует соответствия 23 обязательным критериями и не менее чем 75% факультативным. The Green Electronics Council использует утилиту EPEAT для оценки экологичности продуктов ИТ.

RoHS

www.rohs.gov.uk

Директива RoHS (Restriction of Hazardous Substances — ограничение содержания опасных веществ) запрещает продажу на рынке ЕС любого нового электрического и электронного оборудования, в котором содержание свинца, кадмия, ртути, шестивалентного хрома и двух ­замедлителей возгорания превышает установленный уровень. ­Директива RoHS распространяется на все компоненты компьютера, за исключением батарей, поскольку требования к ним сформулированы отдельно.

Green Mark

http://greenmark.epa.gov.tw/english/index.asp

Тайваньский логотип Green Mark обозначает продукты, которые экономят энергию, мало загрязняют окружающую среду и пригодны для утилизации. На Web-узле содержится мало информации на английском языке, но изложены цели: «Помочь потребителям в выборе экологичных продуктов и дать изготовителям стимул проектировать и поставлять экологически чистые продукты».

PC Magazine Green Tech Approved

www.pcmag.com

Набор эталонных тестов для оценки экологической безопасности электронных устройств, разработанный американской тестовой лабораторией PC Magazine. Каждый, тестируемый в лаборатории, ПК проходит проверку на соответствие требованиям экологических стандартов, в частности, Energy Star 4.0, EPEAT, также учитывается европейская директива RoHS. При определении общего экологического рейтинга принимается во внимание наличие экологических сертификатов, результаты эталонных тестов производительности, программы повторной переработки и утилизации, предлагаемые изготовителем, а также ряд экспертных оценок. Компьютеры, удостоенные награды PC Magazine GreenTech Approved эффективно используют энергию, имеют необходимые сертификаты, а их изготовитель располагает программой утилизации. В этой технологической гонке важны не только характеристики продукта, но и действия компании. Даже если компьютер рекламируется как «экологичный», компания должна доказать, что ею предприняты дополнительные усилия, чтобы заслужить отличие PC Magazine GreenTech Approved.

Green500 – список суперкомпьютеров по их энергоэффективности (в миллионах вычислительных операций за секунду при расходе 1 Ватт, мегафлопс/Вт)

http://en.wikipedia.org/wiki/Green_computing

http://www.pcmagazine.ru/solutions/detail.php?ID=38254

http://www.pcweek.ru/themes/detail.php?ID=120891

Копирайтер: Юрий Бубнов