Sähkökriisi tekee palvelinkeskuksista vihreitä
Samuli Kotilainen • Kuva: Timo Simpanen, Petri Rotsten
Sähkökriisi tekee palvelinkeskuksista vihreitä
Tietotekniikan ilmastovaikutus keskittyy palvelinkeskuksiin. Palvelinten hurja sähkönkulutus ja kuumeneminen syövät myös valtavasti rahaa. Muutamat perusvirheet voivat käydä erittäin kalliiksi, mutta uusilla tekniikoilla voi pudottaa sähkönkulutuksen puoleen.
Palvelimet ovat hurjia energiasyöppöjä. Yhdysvaltain energiaministeriö kertoo, että vuonna 2006 maan palvelinkeskukset kuluttivat virtaa 61 miljardia kilowattituntia – rahassa mitattuna useita miljardeja euroja. Tämä oli 1,5 prosenttia koko Yhdysvaltojen sähkönkulutuksesta, ja lähivuosina osuus saattaa nousta 4 prosenttiin.
Palvelimet vievät usein 30–40 prosenttia tyypillisen yrityksen sähkönkulutuksesta. Ja kyse ei siis ole pc-koneista, monitoreista ja tulostimista, vaan pelkästään konesaleissa olevista palvelimista.
Miten ihmeessä palvelimet voivat nousta näin merkittävään osaan? Selitys liittyy paljolti internetvallankumoukseen. Perinteinen paperinpyöritys siirtyy vauhdilla yritysten sisäisiksi tietokonepalveluiksi tai avoimeen internetiin.
Ikävä kyllä sähköpostin, internetin ja muiden palvelujen pyörittämiseen tarvitaan hämmästyttävän paljon konetehoa. Esimerkiksi yksi ainoa nettipalvelu, Facebook, ostaa vuoden aikana jopa kymmeniä tuhansia uusia palvelimia. Googlen arvioidaan pyörittävän mahdollisesti jopa miljoonaa palvelinkonetta kymmenissä jättimäisissä datakeskuksissaan ympäri maailmaa.
Palvelinkeskukset kriisissä
Palvelinten määrän kasvu on nostanut sähkölaskut pilviin. Lisäksi koneiden fyysinen muutos on ajanut palvelinkeskukset pahoihin ongelmiin. Perinteiset suuret palvelinkotelot ovat vaihtuneet ohuisiin ”pitsalaatikoihin” ja vielä tiiviimpiin korttipalvelimiin, ja kuitenkin virrankulutus on tehoprosessorien myötä noussut selvästi.
Muutama vuosi sitten kehikollinen palvelimia kulutti virtaa parisen kilowattia, eli auton sisälämmittimen verran. Tällä hetkellä yhden räkin virrankulutus on monissa tapauksissa 25 kilowattia tai ylikin. Yhdessä ainoassa kehikossa voi siis olla sähkö- ja lämmitysvoimaa neljän keskikokoisen saunankiukaan verran.
Koko palvelinkeskuksessa pyörii yhtä aikaa jopa kymmeniä ”kiukaita”, jotka kuumentavat ilmaa 24 tuntia vuorokaudessa ympäri vuoden. Ja kuitenkin ilman lämpötila pitäisi pitää alle 25 asteessa.
Syntyykö ongelmia? Aivan varmasti. Tällä hetkellä puhutaan jo palvelinkeskusten kriisistä. Suomessakin sähkön säästäminen on noussut konesalien ykköskysymykseksi. Onneksi keinoja on paljon.
Yhdistä, vähennä, keskitä
Paras ja tehokkain keino vähentää palvelinkeskusten sähkönkulutusta on vähentää koneiden määrää. Tähän on kaksi pääasiallista tapaa.
Suuressa mittakaavassa voidaan vähentää palvelinkeskusten määrää. Esimerkiksi HP yhdistää 85 eri puolilla maailmaa sijainnutta palvelinkeskusta kuuteen suureen datakeskukseen.
Tämä merkitsee turhien laitteiden poistumista, tehokkuuden kasvamista ja sähkön säästöä. HP arvioi muutoksen vähentävän sähkönkulutusta 350 miljoonaa kilowattituntia vuodessa, ja rahaa pitäisi säästyä yli 15 miljoonaa euroa.
Pienemmät yritykset voivat vähentää palvelimien määrää virtualisoinnilla. Esimerkiksi Vmwaren, Citrixin tai Microsoftin virtualisointiohjelmien avulla yhdessä koneessa voidaan ajaa 10–20 erillistä palvelinta yhtä aikaa. Virtualisointi vähentää dramaattisesti palvelinkoneiden määrää ja voi olla tehokkain yksittäinen tapa säästää energiaa.
Virtualisoinnin yhteydessä on hyvä tarkistaa, että kaikki turhat vanhat laitteet tosiaan lähtevät pois palvelinkeskuksesta. Myös tallennuslaitteissa olevaa tietoa voi järkeistää. Monissa tallennusjärjestelmissä pyörii vuosikausia vanhaa käyttämätöntä dataa, jota voisi siirtää vaikkapa varmistusnauhoille. Myös päällekkäistä tietoa pakkaavat deduplikointiohjelmat voivat vähentää tallennuslaitteiden tarvetta.
On myös syytä kiinnittää huomiota palvelinten virrankulutukseen. Palvelinvalmistajilta on saatavilla vähemmän kuluttavia malleja, joissa käytetään esimerkiksi fyysisesti pienempiä kiintolevyjä ja prosessoreiden vähävirtaisia malleja. Korttipalvelimet ovat yleensä vähävirtaisempia kuin perinteiset räkki- tai tornipalvelimet.
Jäähdytyksessä voi mokata…
Monille on yllätys, että palvelimet eivät olekaan suurin sähkösyöppö. Nykypalvelimet käyvät niin kuumina, että niiden jäähdyttäminen kaksin- tai jopa kolminkertaistaa sähkölaskun. Siksi suurimmat säästötkin löytyvät usein jäähdytyksestä. Tässä on ikävä kyllä myös tehty eniten virheitä.
Perinteisesti jäähdytys toimii niin, että suuret jäähdytyskoneet ovat huoneiden reunoilla, ja viileää ilmaa johdetaan korotetun lattian alle. Sieltä se nousee ritilöiden kautta palvelinten eteen niin sanotuille kylmille käytäville. Ilma kulkee palvelinten läpi, sitoo lämpöä, ja tulee ulos ”kuumalle käytävälle”. Sieltä se nousee huoneen yläosaan ja kiertää takaisin ilmastointikoneelle.
Periaatteessa helppoa, mutta käytännössä ei. Palvelimia on vuosien varrella lisäilty, eikä kukaan ole välttämättä miettinyt jäähdytystä. Jäähdytysilmaa tulee ylös mistä sattuu. Kaapelien sekamelskat estävät ilman kiertoa niin lattian ala- kuin yläpuolellakin. Palvelinten välistä puuttuu peitelevyjä, jolloin kuuma ilma karkaa palvelinten eteen. Eräässäkin konesalissa pelkkä peitelevyjen lisääminen laski lämpötilaa viidellä asteella.
Pahimmillaan koko kuumien ja kylmien käytävien malli on sekaisin, ja palvelimet ovat samansuuntaisesti. Huoneen toisesta päästä tuleva kylmä ilma kiertää kaikkien koneiden läpi, jolloin ilmastointia joudutaan ajamaan erittäin kylmällä, ja sähkölasku nousee jyrkästi. Yksittäiset kuumat pisteet – esimerkiksi korttipalvelimia täynnä oleva räkki – aiheuttavat samanlaisia ongelmia.
… tai säästää
Miten ongelmia voi korjata? Ensiksi kannattaa tarkistaa, että ilmankierto menee oikein ja ettei ilmastointi toimi liian voimakkaasti. IBM ja HP myyvät lisäksi palvelua, jossa palvelinkeskuksen ilmavirroista tehdään kolmiulotteinen ongelmakohdat selvittävä malli.
Yksittäisiä kuumia pisteitä voi poistaa esimerkiksi vesijäähdytteisillä räkeillä tai räkin taustalevyillä. Palvelimia voi myös jakaa tasaisemmin.
Uusissa konesaleissa toimet ovat radikaalimpia, ja monia perinteisiä malleja hylätään kokonaan. Yksi poistuva tekniikka on korotetun lattian jäähdytys. Sen jäähdytysteho alkaa loppua, kun räkkiin pannaan yli viiden kilowatin edestä laitteita. Moderneilla jäähdytysratkaisuilla räkkiin voisi periaatteessa kasata yli 50 kilowatin palvelimet. Yksi ratkaisu on siirtää jäähdytyslaitteet räkkien päälle. Malli on joustava ja säästää lattiatilaa.
APC taas panostaa malliin, jossa jäähdytyslaitteet ovat palvelinten seassa samassa räkkirivissä. Jäähdytyslaite ottaa kuuman ilman suoraan palvelinten takaa ja syöttää viileää ilmaa palvelinten eteen. Lämpötilaero on näin suurimmillaan, jolloin jäähdytys on kaikkein tehokkainta. Lisäksi jäähdytystä mitataan koko ajan, eikä sitä ajeta enempää kuin tarvitaan.
Ongelmat seinien taakse
Ratkaisu on vielä tehokkaampi, jos palvelinten takana oleva kuuma käytävä suljetaan katolla ja ovilla. Kuuma ilma ei karkaa muuhun palvelinkeskukseen, eikä koko tilaa tarvitse jäähdyttää.
IBM on myös kehittänyt käänteisen järjestelmän, jossa palvelinten etupuolen kylmät käytävät suljetaan, ja muun huoneen voi jättää huoletta kuumemmaksi.
Muitakin ratkaisuja on. HP myy järjestelmää, jossa perinteisen jäähdytyksen voi muuttaa automaattisesti säätyväksi. Myös palvelinten varavirrasta huolehtivia ups-laitteita voi vaihtaa tehokkaammiksi. Nykyään suositaan pieniä modulaarisia malleja, joiden tehokkuus on selvästi yli 90 prosenttia.
Palvelinten virrankulutuksen vähentämiseen käytetty työaika ei mene hukkaan. Valmistajat arvioivat, että eri keinojen hyötyjä yhdistelemällä sähkölaskussa voi säästää 50–60 prosenttia. Ympäristö on mielissään, ja rahallinen säästö voi aivan tavallisessakin yrityksessä olla tuhansia euroja.
Säästä sähköä ja rahaa konesalissa
Selvitä konesalin sähkölasku – voit yllättyä.
Käy läpi palvelinkeskuksen laitteet. Poista ylimääräiset tai vanhanaikaiset laitteet.
Osta mahdollisimman vähävirtaisia ja energiatehokkaita laitteita.
Käytä mahdollisimman paljon virtualisointia. Voit ajaa jopa kymmeniä palvelimia yhdessä fyysisessä laitteessa.
Tarkista ilmastoinnin tilanne. Onko palvelinsali liian kylmä? Puuttuuko peitelevyjä?
Poista kuumat pisteet hajauttamalla laitteet tai lisäämällä ongelmakohtiin erillistä jäähdytystä. Näin voit vähentää muun huoneen jäähdytystä.
Vaihda ilmastointijärjestelmät energiatehokkaampiin ja tuo jäähdytys palvelinten luo.
Palvelinkeskus kontissa
Palvelinkeskusten kriisi alkaa tuottaa myös aivan uudentyyppisiä ideoita. Jäähdytyksen ja energiansäästön vaikeuksia oiotaan esimerkiksi konttidatakeskuksilla. Palvelinkontti on tavallinen merikontti, jonka sisälle on rakennettu valmiiksi paikat palvelimille, verkkoyhteydet, vesijäähdytys ja sähkökalusto.
Konttiratkaisussa palvelinkeskuksen rakentaminen ei enää vie useita kuukausia. Kontin voi tilata suoraan valmistajalta, ja se on toimintavalmis sähkön ja veden kytkemisen jälkeen. Kontissa on tehokas vesijäähdytys ja muutenkin energiatehokkaat ratkaisut.
Suomessa ei konttikeskuksia ole juuri nähty, mutta maailmalla alkaa jo olla kyse arkisesta ratkaisusta. Esimerkiksi Microsoftin kerrotaan rakentavan Chicagoon Yhdysvaltoihin jopa parin sadan palvelinkontin jättikeskusta, jossa teoriassa voisi lopulta olla 300 000 palvelinta. Palvelinkontteja myyvät esimerkiksi IBM ja Sun Microsystems.
Myös perinteisiä datakeskuksia yritetään uudistaa. IBM suunnittelee keskuksia, joissa jäähdytykseen ei kuluisi juuri lainkaan sähköä, tai jotka muuttuisivat päinvastoin energiantuottajaksi. Tämä onnistuu lämmönvaihtimilla, jotka kuljettavat palvelinten lämmön muualle hyötykäyttöön. Lämpö voidaan käyttää kiinteistön lämmitykseen tai siitä voitaisiin jopa tehdä sähköä. Jäähdytyksen tehoa taas parannetaan vesijäähdytyksellä, jopa prosessoritasolla.
Myös itse sähköntuotannossa alkaa näkyä uutta ajattelua. Yhä useammin palvelinkeskus tuottaa itse osan sähköstään. Tähän voi käyttää esimerkiksi tuulivoimaa tai aurinkopaneeleita.
Datakeskus paketteina neuvotteluhuoneeseen
Palvelinhuoneen ei välttämättä tarvitse olla perinteinen suuri ja äänekäs energiasyöppö. Moderneilla ratkaisuilla sen voi paketoida jopa keskelle toimistoa. Näin tehtiin teollisuus- ja lääkekaasuista tunnetussa AGA:ssa.
AGA on globaaliin Linde Gasiin kuuluva yhtiö, ja pelkästään sen it-osastolla työskentelee maailmanlaajuisesti noin tuhat henkeä. Yhtiö on keskittänyt it-palvelut neljään suureen palvelinkeskukseen, joista lähin on Ruotsissa.
Paikallisesti tarvitaan kuitenkin pienempiä palvelinyksiköitä. Suomessa saatiin tilaisuus palvelinkeskuksen uudistamiseen muuton yhteydessä. Haaste oli se, että palvelimet piti saada entiseen neuvotteluhuoneeseen keskelle toimistoympäristöä.
Ratkaisu löytyi Rittalin jäähdytystekniikasta, jossa palvelimet ovat suljetun vesijäähdytteisen räkin sisällä. ”Tästä on se hyöty, että jäähdytys on kohdistettu laitteille, eikä koko tilaa tarvitse jäähdyttää. Tämä säästää energiaa”, kertoo Rainer Lygdman AGA:n Pohjois-Euroopan it-yksiköstä.
Toinen hyöty on se, että jäähdytystehoa voi lisätä pienin portain. ”Meidän ei tarvinnut rakentaa suurta jäähdytysjärjestelmää. Jäähdytystehoa lisätään räkki kerrallaan, eikä tehossa tarvitse mennä yli eikä ali. Uusia jäähdytysräkkejä voi liittää vanhojen perään”, Lygdman kertoo. Tämä tuo joustavuutta ja vähentää jäähdytyksen hukkakapasiteettia.
