Wzrastające zapotrzebowanie na energię elektryczną centrów przetwarzania danych, a także wzrost cen prądu i opłat przesyłowych już dzisiaj zmuszają przedsiębiorstwa do podjęcia działań ograniczających jej zużycie.

Głównym elementem składowym całkowitego kosztu utrzymania centrum przetwarzania danych są koszty energii elektrycznej generowane przez systemy zasilania i chłodzenia, które często charakteryzują się niską sprawnością. Aby zwiększyć sprawność energetyczną swoich centrów przetwarzania danych, firmy modernizują i przebudowują więc te już istniejące. Nowo budowane są natomiast projektowane i wyposażane w infrastrukturę zapewniającą wysoką sprawność energetyczną.

Jak przewiduje Gartner, w bardzo niedalekiej przyszłości, bo już w 2008 r. centra staną wobec widma kryzysu energetycznego, gdyż jedynie połowa z nich będzie dysponowała systemami chłodzenia i zasilania o odpowiedniej wydajności. Zgodnie z prognozami, wzrost skali oraz gęstości upakowania serwerów w 2011 r. będzie przekładał się na zwiększenie poboru mocy pojedynczej szafy (rack) do ok. 50 kWh (obecnie ok. 12 kWh). Tak duże zwiększenie konsumpcji energii (ok. czterokrotne) oznacza drastyczny wzrost wymagań stawianych przed systemami zasilania i chłodzenia. Inną ważną kwestią jest ochrona środowiska naturalnego, jak bowiem wiadomo, produkcja energii elektrycznej jest zwykle związana z jego zanieczyszczaniem.

Energia elektryczna zużywana przez systemy teleinformatyczne tak jak inne odbiorniki musi być wyprodukowana i przesłana. Niestety każdy z tych etapów wiąże się ze stratami, wzrost zużycia energii przekłada się więc na konieczność znacznie większego poziomu jej wytwarzania.

Zużycie energii elektrycznej w typowym centrum danych

Energię elektryczną określa się zwykle w jednostkach kWh, przy czym 1 kWh oznacza moc 1 kW zużytą w czasie 1 h. Cena 1 kWh kształtuje się obecnie w naszym kraju na poziomie ok. 0,50 zł brutto (opłata za energię plus opłata dystrybucyjna) - różnice wynikają z zastosowanej taryfy i lokalizacji. W związku z koniecznością dużych nakładów inwestycyjnych na modernizację energetyki ceny energii elektrycznej w Polsce najprawdopodobniej będą wzrastać mimo wprowadzonej w lipcu tego roku liberalizacji krajowego rynku energii.

Relacja pomiędzy poziomem mocy centrum danych a płaconymi rachunkami jest niezwykle istotna z punktu widzenia analizy zużycia energii. Centra danych oraz serwerownie pracują bowiem w trybie ciągłym, tj. 24 h dziennie siedem dni w tygodniu, tak więc moc zainstalowanych urządzeń ma decydujący wpływ na płacone rachunki za energię elektryczną.

Wyniki badań firmy Gartner pokazują, że całkowite koszty energii elektrycznej poniesione na funkcjonowanie centrów przetwarzania danych w 2005 r. w USA przekroczyły 6 mld USD. Dla porównania warto przytoczyć, iż całe nakłady poniesione przez firmy na sprzęt teleinformatyczny wyniosły ok. 20 mld USD.

Sprawność centrum danych jest określona jako stosunek całkowitej energii pobieranej przez system teleinformatyczny oraz infrastrukturę fizyczną do mocy zużywanej przez system IT. Ponad 50% energii dostarczonej do typowego centrum przetwarzania danych nie jest zużywane przez sprzęt teleinformatyczny, ale infrastrukturę fizyczną (głównie systemy zasilania i chłodzenia). Tak więc sprawność energetyczna typowego centrum danych kształtuje się na poziomie poniżej 50%, co oznacza, że ponad połowa energii jest marnotrawiona. Należy zauważyć, iż sprawność ta jest jeszcze mniejsza w przypadku, gdy obciążenie jest dużo niższe od wartości znamionowej.

Systemy zasilania

W największym stopniu na całkowity koszt utrzymania centrum przetwarzania danych wpływają koszty energii elektrycznej generowane przez systemy zasilania. Sprawność bowiem, czyli stosunek mocy wejściowej do użytecznej, w większości zasilaczy serwerów nie przekracza 75%. To znaczy, że aż 25% energii elektrycznej jest tracone i ulega przemianie w ciepło, w dodatku którego odprowadzenie słono kosztuje.

Oczywiście straty są również generowane przez systemy zasilania gwarantowanego i dystrybucji (głównie zasilacze UPS), których sprawność zależy ponadto od poziomu obciążenia i spada, gdy urządzenia nie są obciążone mocą znamionową. Sprawność zasilacza UPS określa się dla obciążenia znamionowego wg wzoru:

Jednocześnie należy zauważyć, że zużycie energii elektrycznej przez centra przetwarzania danych ma wyraźną tendencję wzrostową. Szybkość procesora wzrastająca średnio dwukrotnie na rok przekłada się bowiem na wzrost zużywanej przez nie energii. Dziesięć lat temu, kiedy procesor pobierał ok. 8 W (zamiast 4 W, pobieranych przez jego poprzednika), z zapewnieniem zasilania oraz chłodzenia nie było większego problemu. Teraz gdy procesory pobierają nierzadko od 90 do 100 W, co przekłada się na wydzielanie dużych ilości ciepła, mamy do czynienia z poważnymi problemami technicznymi, dotyczącymi nie tylko zasilania, ale i chłodzenia. Dodatkowo sytuację zarówno w zakresie zasilania, jak i chłodzenia pogarsza coraz częstsze stosowanie serwerów kasetowych, mniejszych i szybszych przełączników sieciowych oraz innych urządzeń elektronicznych, które zajmują coraz mniejszą przestrzeń. W efekcie sprzęt, który niegdyś zajmował całe pomieszczenie, teraz może mieścić się nawet w pojedynczej szafie, co w efekcie oznacza znaczące zwiększenie gęstości mocy.