Энергоэффективность в профессии оператора компьютерных технологий

Размещено на http://allbest.ru

Реферат

Энергоэффективность в профессии оператора компьютерных технологий

Энергоэффективность - целая научная отрасль, находящаяся на рубеже инженерных, экономических, юридических, а также социологических знаний.

Для справки: понятие «энергосбережение» заключается в уменьшении энергопотребления, тогда как «энергоэффективность» представляет собой его полезное использование за счёт использования нового, менее энергоемкого оборудования, оптимизации существующих систем, установки приборов учета, рационального использования энергоресурсов. В конечном счете, для потребителей - происходит существенное сокращение расходов на коммунальные услуги; для государства - экономия бюджета и увеличение производительности труда; для экологии - уменьшение отрицательного воздействия парникового эффекта; для энерго-компаний - сокращение издержек, снижение производственной себестоимости.

Для экономии электроэнергии достаточно принять простые меры по рациональному расходованию электричества:

1. Установлено семь классов энергоэффективности приборов: от наибольшей (А) до наименьшей (G). Классы А, В и С указывают на экономичность, касс D называют промежуточным, а вот классы Е, F и G считаются неэкономичными. Энергосберегающие модели стоят дороже, но их использование позволяет сэкономить 2/3 потребляемой энергии. Поэтому они окупаются за 3-4 года, а дальше приносят вам чистую прибыль в виде сэкономленной энергии. В целях экономии старайтесь использовать технику класса A и выше (недавно появились классы A+ и A++).

2. Не оставляйте оборудование в режиме stand by (ожидания) - используйте кнопки включить/выключить на самом оборудовании или выключайте из розетки. Выключение неиспользуемых приборов из сети: телевизора, компьютера, музыкального центра, позволит снизить потребление электроэнергии в среднем до 300 кВт * ч.

3. Не оставляйте зарядное устройство для мобильного телефона, фотоаппарата, плеера, ноутбука и т.п. включенным в розетку, когда там нет заряжаемого аппарата. Зарядное устройство при этом все равно потребляет электрическую энергию, но использует ее не на зарядку, а для нагрева. Когда зарядное устройство подключено к розетке постоянно, до 95% потребляемой энергии расходуется впустую.

4. Помимо того что необходимо выбирать модель, как можно более экономно расходующую электроэнергию, нужно также придерживаться ряда простых правил. Без необходимости не стоит включать и выключать компьютер, поскольку у него сокращается срок службы. Если в течение какого-то времени компьютер вам не понадобится (но не менее часа), можно выключить монитор, так как он потребляет 70% энергии, необходимой для работы компьютера.

Энергоэффективность ПК (1976-2009гг) улучшается каждые 1,5 года. Другими словами, если экстраполировать энергоэффективность систем 20-летней давности на современный MacBook Air, то встроенного аккумулятора 50Втч хватило бы примерно на 2,5секунды работы MacBook Air. Несмотря на такой впечатляющий прогресс, совокупное энергопотребление компьютеров в мире постоянно растёт.

Выбор экономичного оборудования - персонального компьютера, мониторов, небольших серверов, копировальных аппаратов, принтеров широкополосных модемов, роутеров, дисплеев - и выключение устройств, когда они не используются, может привести к значительной экономии энергии. Большинство устройств, включая ПК, мониторы, небольшие серверы, принтеры, обладают встроенными функциями экономии энергии - убедитесь, что они включены.

Современное оборудование может работать в нескольких режимах энергосбережения, включая их автоматически. Если раньше некоторые устройства имели простую одноступенчатую кнопку «режим ожидания», то с современным оборудованием все не так. Сегодня процессор, используемый в большинстве устройств, запускает программу управления потреблением энергии, которая позволяет выключать или замедлять работу компонентов устройства в определенные периоды бездействия, снижая потребление электроэнергии. Она же определяет метод включения устройства при наступлении определенного события «пробуждения». Режим ожидания (сна) обычно означает потребление электроэнергии, когда устройство неактивно и не работает, но готово начать работу в любой момент. Режим бездействия (гибернации) - это второй режим сна и на практике мало отличается от потребления электроэнергии в «выключенном» режиме. Многие устройства до сих пор используют электроэнергию в состоянии сна или выключенном состоянии из-за утечки электричества через подключенные источники тока или из-за небольшого количества энергии, необходимого для сетевых возможностей. Режим сна - это режим низкого энергопотребления, в котором большинство компьютерных подсистем выключается. Режиму сна требуется электроэнергия для питания памяти и включения компьютера для выполнения запланированных задач. В среднем же в режиме сна компьютеры потребляют меньше электроэнергии, чем бездействующий включенный компьютер. Энергопотребление ноутбуков в режиме сна составляет от 1 до 4 ватт, настольных компьютеров - от 1 до 5 ватт. При выполнении обычных компьютерных задач под нагрузкой потребление электроэнергии в ноутбуках варьируется от 19 ватт до 58 ватт, настольными компьютерами, включая монитор - от 100 ватт до 260 ватт.

Бесперебойный источник питания (UPS) - это «умный» специальный комплект аккумуляторов для защиты компьютера от скачков и перебоев электроснабжения. Его емкость достаточна для правильного выключения ПК. Даже маленький UPS постоянно использует от 8 до 25 ватт (8760 ч/год) - в зависимости от модели/спецификации.

Практически все типы современного оборудования потребляют энергию даже будучи выключенными. Единственный способ этого избежать - выключение их из сети или использование выключателя на разветвителе. Чтобы сэкономить больше электроэнергии на ноутбуке, подключайте его к сетевому адаптеру на разветвителе, который можно выключить с помощью выключателя; трансформер во внешнем модуле питания постоянно потребляет энергию, даже когда ноутбук не подключен к блоку питания.

Простой круглосуточный таймер (механический или электронный) или более сложный (с резервом питания, если частые перебои энергоснабжения) 7-дневный программируемый таймер для оборудования общего пользования: принтеров, копировальных аппаратов, сканеров, кофейных аппаратов, нагревателей и охладителей воды; позаботится о том, чтобы техника не осталась включенной на ночь или во время вашего отсутствия. Такое устройство может сэкономить до 70% энергии, потребляемой домашним оборудованием в режиме ожидания.

Исследователи считают, что дальнейшее развитие экономичных процессоров позволит создавать сети интеллектуальных беспроводных датчиков, получающих всю необходимую для работы энергию из альтернативных источников (от солнца, ветра и механических колебаний). Наблюдение за состоянием мостов и строительных конструкций, сбор метеорологических данных, диагностика инженерных сетей - все эти направления деятельности человека смогут шагнуть вперед с появлением микросхем нового поколения.

Энергоэффективность серверных помещений

Серверное оборудование -- дорогостоящий элемент компьютерной системы, чаще всего работающий в режиме 365 дней в году, 24 часа в сутки. При этом серверы потребляют много электроэнергии. К тому же, надо обеспечить каждодневную бесперебойную работу серверов, и на это тоже нужна электроэнергия. Проблема зашла так далеко, что в крупных городах России -- Москве, Санкт-Петербурге -- расширение деятельности крупных предприятий иногда ограничивается той электрической мощностью, которую энергоснабжающая организация может «выдать» на серверное хозяйство.

Серверное помещение -- это, где размещается сложный инженерно-технический комплекс, состоящий из множества различных систем и устройств, работающих вместе и обеспечивающих хранение, обработку и передачу информации. Этот комплекс также включает инженерные системы и технические средства, необходимые для обеспечения правильной работы всего серверного и телекоммуникационного оборудования.

Инженерные системы: структурированная кабельная система, обеспечивающая связь телекоммуникационных и сетевых устройств ЦОД; система кондиционирования, которая поддерживает определенный уровень температуры и влажности в компьютерном помещении; система пожаротушения; система электроснабжения; система физической безопасности, телевизионного видеонаблюдения, оповещения и другие системы.

Система информационной безопасности: антивирусная защита; спам-фильтр от нежелательной информации; система защиты от вторжений, которая обеспечивает защиту от хакерских атак.

Дата-центр (от англ. data center) -- серверное помещение больших масштабов или целое здание, изначально спроектированное и построенное для поддержки работы большого количества серверного и телекоммуникационного оборудования.

Энергопотребление серверной комнаты

По данным аналитического департамента компании АРС, структура потребления электроэнергии современного дата-центра выглядит следующим образом: системы охлаждения (чиллеры, прецизионные кондиционеры, системы вентиляции) потребляют 50 %, собственно компьютерное оборудование -- 36 %, источники бесперебойного питания (ИБП) -- 11 %, освещение, пожарная сигнализация -- 3 %.

Для оценки эффективности энергопотребления серверной комнаты применяется такой параметр как PUE (Power Usage Effectiveness) -- показатель использования электроэнергии. PUE определяется как отношение суммарной потребляемой серверным помещением за год мощности к той ее части, которая расходуется на работу информационной инфраструктуры и служит наиболее полной интегральной характеристикой эффективности технологических и административных решений, принятых в серверном помещении. Хорошее значение показателя, к которому стремятся передовые разработчики -- 1,3. То есть, PUE=1,3 означает, что 30% электроэнергии в год расходуется исключительно на поддержание работоспособности серверного помещения. Лучшие мировые дата-центры имеют приблизительно PUE=1,1. В России для большинства серверных помещений характерен, как правило, показатель PUE=2. Это значит, что в «воздух» утекает ровно половина всей электроэнергии, расходуемой на работу серверного помещения.

Лучшие крупнейшие дата-центры в России имеют PUE =1,5 и ставят своей задачей снизить этот показатель до значений 1,3. Достаточно часто энергопотребление серверной комнаты оценивают усреднено в расчете на стандартный телекоммуникационный шкаф типоразмера 19” (на «стойку»). Энергопотребление одной компьютерной стойки может варьироваться в зависимости от установленного оборудования от 2 кВт до 40 кВт.

Даже если принять, что в небольшом серверном помещении установлено 2 маломощные «стойки» по 5кВт, -- чистое энергопотребление стоек будет 10кВт. И при коэффициенте PUE=2 общее энергопотребление серверного помещения составит 20кВт.

Где происходят потери электроэнергии в серверном помещении? Первый источник -- потери на пути от поставщика энергии до вычислительной нагрузки. Как правило, они определяются потерями на трансформаторах, на источниках бесперебойного питания (ИБП) и в сети распределения электропитания. Обычно их доля невелика, однако для мощных мегаваттных дата-центров и единицы процентов в абсолютном денежном исчислении хорошо ощутимы. Например, многие относительно дешевые ИБП имеют КПД 85-87%. Это и значит, что 15-13% уже на этом этапе теряется безвозвратно. Современные «продвинутые» ИБП имеют КПД до 96%, что снижает потери энергопотребления до 4%.

15% потерь на ИБП означает, что это тепло идёт в воздух. И это избыточное тепло тоже куда-то надо отвести. Чем? Кондиционированием воздуха, в свою очередь. Но кондиционирование воздуха тоже энергоемкая задача.

Cерверное оборудование требует достаточно жестких климатических условий по эксплуатации для продолжительной бесперебойной работы. Согласно стандарту ASHRAE “Thermal Guidelines for Data Processing Enviroments” 2004 года, рекомендуемая температура 20-25° С при рекомендуемой относительной влажности 40-55%. Кроме того, стандартами нормируется скорость изменения температуры и влажности воздуха в серверном помещении. Скорость изменения температуры в серверном помещении не должна превышать 5° за 1 час. Изменение влажности не должно превышать 20% за 1 час.

Современное серверное оборудование может работать и при более высоких температурах. Слабое место серверов и систем хранения данных -- жесткие диски (хранители информации). При повышении температуры воздуха выше 30° С частота отказов жестких дисков лавинообразно нарастает. А вместе с отказом жесткого диска теряется и самое ценное, ради чего строится серверное помещение -- информация.

Разница температур воздуха на входе и выходе современного серверного оборудования может составлять 30° С , а в нагруженных режимах до 40° С. Это значит, что при температуре воздуха на входе в сервер 20°С на выходе будет 50°С. И этот уже горячий воздух снова поступает на вход серверного оборудования.

Обеспечить в таких условиях необходимые климатические режимы в серверном помещении 24 часа в сутки, 365 дней в году непросто! Бытовые сплит-системы для этого не подходят. Система кондиционирования воздуха должна обеспечивать требуемые стандартами параметры вне зависимости от температуры окружающего воздуха. А ведь в Кировской области летом на улице может быть и +35°, а зимой и -35°.

В таких условиях на систему кондиционирования воздуха приходится в среднем около 40% всей электроэнергии, потребляемой инженерным оборудованием серверного помещения. Способов снизить расходы на охлаждение воздуха серверной на сегодняшний день придумано много, есть среди них весьма экзотические -- охлаждение морской/речной водой, адиабатная технология (испарение), технологии естественного охлаждения, использование отводимого тепла для отопления соседних зданий и т. д.

Еще один способ снизить энергопотребление серверного помещения -- эффективная загрузка серверного оборудования. Технология повышения загрузки серверного оборудования называется виртуализация. По статистике, установленное серверное оборудование, особенно старое, чаще всего загружено на 5-30%. При этом каждый сервер потребляет 500-1000Вт. Редкие серверы бывают загружены на 50-60%. А ведь каждый сервер при этом потребляет электроэнергию. Новые современные энергоэффективные серверы позволяют на одной аппаратной платформе запустить множество программных серверов и довести тем самым загрузку сервера до 70-80%. А старые серверы при этом утилизируются.

Таким образом, в среднем по статистике, один новый энергоэффективный сервер, оснащенный технологией виртуализации, потребляющий 500Вт, способен заменить 5 старых серверов, каждый из которых потребляет 1000Вт. Помимо экономии электроэнергии за счет снижения количества аппаратных серверов есть и другие преимущества -- серверы занимают меньше места в стойках, меньшему количеству серверов требуется меньше мощности на охлаждение. Выгоды виртуализации столь очевидны, что это стало причиной победного шествия технологии виртуализации для всех серверных комнат.

Совокупность мер по увеличению энергоэффективности существующих серверных помещений может привести к суммарному снижению потребления серверного помещения в районе 5-10%. Если рассмотреть серверную с суммарным потреблением 400кВт, то экономия электричества в 20-40кВт/ч при нынешней стоимости электричества в течение года может составить 600 000 - 1 200 000 рублей.

Энергопотребление центров обработки данных может быть снижено на 50%, если в процессе проектирования использованы верные решения. Резервы экономии электроэнергии кроются в следующих направлениях: до 40% -- при использовании методов виртуализации серверных мощностей, до 15% -- при выборе эффективной архитектуры кондиционирования помещения, до 12% -- при правильной планировке фальшпола, до 10% -- при выборе эффективного оборудования электропитания.

Литература

энергоэффективность серверный компьютер

1. Журнал «ЭКО-ТЕК», №1(42), февраль 2012 г.

2. «Энергосбережение для начинающих»

3. Данилов Н.И., Щелоков Я.М. Екатеринбург: Уралэнерго-Пресс. 2004 г. - 80 с.

4. Государственная информационная система в области энергосбережения и повышения энергетической эффективности.

5. Данилов Н.И., Щелоков Я.М., Екатеринбург: Энерго-Пресс. 2003 г. - 132 с.

6. «Основы энергосбережения» Арутюнян А.А., 2007 г., 600 с.

7. Портянкин А.Б. Кому считать деньги за энергоресурсы в ЖКХ // Энергосбережение. - 2012. - № 8.

Размещено на Allbest.ru