Informatica ecocompatibile

Riduzione dell'impatto ecologico dei datacenter

Dave Ohara

Panoramica:

• Sistemi per il controllo dei consumi energetici
• I tratti essenziali di un datacenter ecocompatibile
• Gli effetti della H.R. 5646
• Procedure consigliate per avviare un progetto di riduzione dell'impatto ecologico

L'ecologia è un argomento molto sentito in questi giorni che inizia a sortire degli effetti sul modo in cui si pensa ai datacenter. Aziende di tutto il mondo annunciano nuovi modi per risparmiare energia e ridurre

i costi acquistando nuovi hardware e servizi. È tuttavia necessario prendere in considerazione alcuni aspetti del problema prima di intraprendere delle azioni per controllare i costi dell'energia. In passato l'elettricità è stata trattata come un costo operativo, allo stesso modo dello spazio occupato. Ma con l'aumento dei costi dell'energia e l'aggravarsi dei problemi di affidabilità, approvvigionamento e capacità, ora è necessario adottare strategie specifiche per l'elettricità.

I progetti per l'ottimizzazione delle prestazioni e la riduzione dei costi fanno parte delle procedure consigliate quotidiane in quasi tutti i settori. Perché, quindi, non trattare i costi per l'energia allo stesso modo?

I professionisti dell'IT prendono decisioni sulla configurazione e installazione di server, sulle specifiche dei dispositivi acquistati dalle organizzazioni di appartenenza e sui requisiti per la creazione e l'aggiornamento dei datacenter. Forniscono addirittura indicazioni nella fase di progettazione dello sviluppo delle applicazioni. Progetti di questo tipo rappresentano, ovviamente, opportunità irripetibili per incidere sull'efficienza energetica di qualsiasi datacenter.

Il primo passo di una qualsivoglia strategia consiste nell'acquisire i dati del consumo energetico attuale. È necessario sapere dove viene utilizzata l'energia e da quale specifica apparecchiatura, oltre a individuare gli utilizzi efficienti e gli sprechi all'interno del datacenter. Purtroppo, sono rari i casi in cui sia già stato implementato un sistema di misurazione del consumo di energia in grado di fornire dati disaggregati in cui leggere i risultati delle azioni intraprese. Nella maggior parte delle organizzazioni le informazioni disponibili sono limitate a una fattura mensile o bimestrale che riepiloga i consumi globali dell'organizzazione in un unico totale. L'incentivo al risparmio energetico in questo caso è minimo, poiché i responsabili e gli addetti non possono mai apprezzare l'impatto delle proprie decisioni e non è possibile provare in alcun modo che le modifiche apportate hanno consentito di risparmiare energia.

Uno dei primi problemi da affrontare è la disponibilità di supporto esecutivo nella realizzazione di un'iniziativa di datacenter ecocompatibile. Ai fini dell'articolo, si presupporrà che la risposta a questa domanda sia "non ancora". Il supporto esecutivo richiede un impegno serio, che garantisca risorse e budget per l'iniziativa. Se da un lato si parla molto di datacenter ecocompatibili, dall'altro spesso manca un supporto serio a livello esecutivo. Chi ha già ottenuto un supporto esecutivo, ha di certo già realizzato un progetto di datacenter ecocompatibile.

Tuttavia, anche in assenza del supporto necessario, è possibile intraprendere una grande varietà di iniziative per affermare l'idea di un datacenter ecocompatibile. Come si possono quindi individuare delle azioni efficaci da intraprendere per conseguire questo scopo? Per fortuna, l'efficienza energetica non è un concetto nuovo e i professionisti IT hanno molto da imparare dagli altri settori.

Una valutazione oggettiva dei consumi energetici

Il problema tipico da risolvere quando si scrive su questo argomento consiste nell'interpretare in modo corretto l'ampia gamma dei dati forniti da fonti diverse. Alcuni studi suggeriscono che nei datacenter si utilizza tra 1,2 e 2,0% dell'elettricità consumata negli Stati Uniti. Secondo alcune stime, se si considerano i datacenter come un settore di attività a se stante, negli Stati Uniti il settore dei datacenter si colloca a ridosso delle prime 5 industrie del paese per consumi energetici. Inoltre, nel datacenter di un'impresa degli Stati Uniti l'elettricità può rappresentare una quota compresa tra 15 e 20% dei costi operativi.

Uno studio dei Lawrence Berkeley National Laboratories, svolto su incarico dell'American Council for an Energy-Efficient Economy, ha evidenziato che i datacenter possono far registrare consumi energetici fino a 40 volte maggiori rispetto ad altri edifici adibiti a uffici convenzionali. Nello studio si analizzano nel dettaglio le possibili azioni da intraprendere per migliorare l'efficienza energetica dal punto di vista degli edifici (vedere eetd.lbl.gov/emills/PUBS/PDF/ACEEE-datacenters.pdf). Una buona base di partenza è determinare fino a che punto nel proprio datacenter si applicano le procedure consigliate proposte in questo studio.

Esistono, senza dubbio, molti punti di vista, molti studi e molti dati relativi al consumo di energia. Un tema che resta costante, tuttavia, è che gli sprechi pesano molto sulle bollette energetiche. Basta pensare a quanti server sono stati acquistati con l'intento di ottenere il massimo delle prestazioni per l'investimento sopportato. Questo significa che si è sempre acquistato il massimo consentito dal budget in termini di potenza di calcolo, memoria, archiviazione e gruppi di continuità ridondanti. Negli ultimi 3 - 5 anni molti di quei server hanno continuato a funzionare al 10 - 15% delle potenzialità. Molti si concentrano sui processori, ma anche gli altri componenti assumono un ruolo importante in questo caso: memoria, dischi e interfacce di rete vengono tutti alimentati e, considerati nel complesso, consumano più del processore.

La capacità in eccesso dell'hardware, dai processori ai gruppi di continuità ridondanti, può produrre uno spreco significativo. Data l'avversione culturale al rischio coltivata nella maggior parte dei reparti IT, l'eccesso di capacità è la norma. La decisione che offre maggiori garanzie consiste nel mettere a disposizione del datacenter capacità hardware in eccesso, anche quando non è la migliore opzione finanziaria possibile. Sebbene sia un fattore chiave, l'energia viene in genere trascurata durante il calcolo dei costi del ciclo di vita. Purtroppo, non sono previsti incentivi per l'acquisto di soluzioni efficienti, come non esistono benefici in termini di costo per i decisori dopo la messa in opera.

Esiste tuttavia un valore medio da raggiungere. I responsabili tendono a vedere le cose in altro modo quando capiscono quanto sia poco sfruttata la capacità dell'hardware dei datacenter e a considerare il consolidamento dei server come un modo per ridurre i costi. È molto più facile acquistare fin da subito server dimensionati in modo corretto piuttosto che tentare di consolidare in un secondo momento dei server già operativi.

La maggiore maturità del settore IT impone di considerare prioritaria l'ottimizzazione con la riduzione dei costi. Il consumo di energia è un indicatore che i responsabili possono utilizzare per valutare l'efficacia delle decisioni prese sul ciclo di vita dell'hardware informatico. AMD, Intel e gli OEM di server e componenti fanno tutti riferimento a valori di "prestazioni per watt" delle piattaforme proposte. È possibile utilizzare i valori di prestazioni per watt per calcolare un costo operativo utilizzando la formula inversa: watt per unità di prestazione. Considerata l'ampia gamma di persone coinvolte nello sviluppo di soluzioni IT (gestione delle sedi, sviluppo di applicazioni, architetti, operazioni e business unit), i valori delle prestazioni per watt rispondono alla domanda "cosa si ottiene in cambio" e consentono di mettere a confronto le soluzioni in termini di efficienza energetica.

Perché è pratica comune ignorare i costi energetici e trascurare le decisioni che influiscono su costi operativi e di gestione delle sedi? Quanti datacenter esistono che hanno già raggiunto la capacità massima a causa delle limitazioni in termini di alimentazione e raffreddamento? Un tempo il problema principale era poter disporre di spazio fisico sufficiente per il datacenter. Oggi, invece, il problema è la disponibilità di capacità sufficiente ad alimentare e raffreddare tutti i dispositivi e quando tale capacità diventerà insufficiente.

Importanza dei sistemi di controllo dei consumi energetici

Non è facile misurare con precisione il consumo di energia. Come già anticipato, la maggior parte delle aziende tende ad aggregare tutti i dati relativi ai costi dell'energia in un totale complessivo piuttosto che a suddividere i consumi tra le diverse unità. Questo modo di trattare il consumo di energia come un costo operativo induce la percezione che tali costi siano indipendenti dalla volontà e dal controllo della business unit. Ovviamente si tratta di una percezione errata.

Un datacenter può consumare quantità di energia per metro quadrato superiori anche di decine di volte rispetto a un ufficio convenzionale, quindi nei datacenter anche recuperi di efficienza di minore entità possono condurre a risparmi notevoli. Non sorprende che la ragione primaria a spingere i datacenter a implementare programmi di risparmio energetico sia la riduzione dei costi. In genere viene implementato proprio il metodo dal costo più basso per la fatturazione del consumo energetico che prevede l'aggregazione dei costi dell'intera sede su base mensile o bimestrale. I costi vengono quindi allocati ai gruppi in base allo spazio che occupano e/o alla connessione. Un approccio molto lontano dal livello di dettaglio necessario per valutare quanto costa, in termini di consumi energetici, far funzionare un singolo dispositivo del datacenter.

Sono rare le organizzazioni che hanno adottato una soluzione di misurazione che consenta di valutare il consumo reale dei singoli dispositivi del datacenter. Ciò dipende in larga misura dal fatto che l'installazione di un sistema di misurazione dei consumi energetici richiede un investimento significativo nell'immediato. Tuttavia, un investimento di questo tipo può produrre risparmi importanti in tempi ragionevoli.

Un sistema di monitoraggio del consumo non è certo sufficiente. È necessario pianificare l'utilizzo che si intende fare dei dati raccolti, per gestire nel migliore dei modi il consumo di energia e ottenere in definitiva un ritorno sull'investimento sostenuto. Si consideri il caso dell'azienda canadese Abitibi Consolidated, il maggior produttore del mondo di giornali e carta. Nel 2001, quando il mercato della corrente elettrica in Ontario stava per essere liberalizzato, l'Abitibi Consolidated era esposta alle fluttuazioni del mercato in termini di prezzi e disponibilità. Per ottimizzare gli acquisti di energia, l'azienda ha implementato un sistema di controllo e misurazione. I costi sostenuti per il nuovo sistema sono stati recuperati nel giro di pochi mesi, grazie a un risparmio pari al 1% realizzato con il semplice acquisto efficiente dell'energia.

Quanta energia si deve risparmiare per giustificare l'investimento in un sistema di monitoraggio dei consumi di un datacenter? Bill Laing, General Manager per lo sviluppo di Windows Server® 2008 in Microsoft, ha affermato in una recente intervista che la nuova versione di Windows Server con le impostazioni di risparmio energetico predefinite attivate consente di ridurre il consumo energetico fino al 20%, un risparmio notevole. Nella Figura 1 sono illustrate alcune delle Opzioni risparmio energia disponibili nella versione beta 3 di Windows Server 2008. È opportuno sottolineare, tuttavia, che i risparmi non possono essere calcolati come riduzione diretta del costo dell'energia utilizzata. I fattori da considerare per il calcolo del risparmio sono molti, come i costi per la creazione di un nuovo datacenter e il numero di altri sistemi che attualmente supportano configurazioni meno efficienti.

Figura 1** Opzioni risparmio energia della versione beta 3 di Windows Server 2008 **(Fare clic sull'immagine per ingrandirla)

Già adesso è possibile scegliere l'opzione Energia processore e prestazioni bilanciate server in Windows Server 2003 SP1. Senza l'adozione un sistema di misurazione, non sarà possibile quantificare i risparmi o qualunque altro fattore coinvolto a supporto di questa modifica.

È anche importante sottolineare che, per molti datacenter, il consumo di energia fluttua in genere solo di un 4% durante qualunque periodo di 24 ore, a dimostrare che il consumo di energia non dipende dai carichi di lavoro. Le recenti innovazioni dei produttori di hardware consentono di modificare questi risultati per i nuovi dispositivi, con consumi ridotti nei momenti di minore carico.

Definizione di datacenter ecocompatibile

Si potrebbe continuare per intere pagine a elencare i criteri o i tratti distintivi di un datacenter ecocompatibile. Lo spazio dedicato a questo articolo impedisce di esaminarne tutti gli aspetti, ma è opportuno evidenziare alcune caratteristiche principali di cui tenere conto quando si intende implementare un datacenter ecocompatibile. L'elenco può essere utilizzato anche nella fase di pianificazione, per determinare il posizionamento corrente del proprio datacenter:

1. Per ripartire l'uso di energia al livello dei singoli componenti (come un server 2U, un server 4U, uno switch, una SAN e un gruppo di continuità) e individuare le business unit a cui addebitare l'energia consumata da tali componenti, si devono utilizzare delle misurazioni.
2. Per determinare i picchi e i punti più bassi della richiesta di energia, l'uso di energia deve essere continuamente monitorato.
3. Le capacità di energia devono essere monitorate dal livello complessivo dell'intero datacenter fino ai singoli circuiti, per accertarsi che tutti i circuiti siano entro limiti accettabili.
4. Il piano di risparmio energetico deve essere documentato e prevedere delle ricompense.
5. Il piano di risparmio energetico deve essere riesaminato a scadenze regolari e devono essere intraprese azioni correttive per risolvere gli eventuali problemi.
6. Per modellare i comportamenti, incoraggiando il risparmio di energia fra business unit indipendenti, è necessario determinare come vengono addebitati i costi alle business unit. Questo punto deve essere gestito a livello dirigenziale.
7. È necessario attivare le funzionalità di rallentamento della CPU sui server e in un laboratorio delle prestazioni deve essere misurata la gamma dei consumi energetici sotto varie condizioni di carico.
8. È necessario individuare i punti caldi e di raffreddamento eccessivo definendo i profili termici del datacenter.
9. Tra i criteri di valutazione delle prestazioni dell'IT deve essere inclusa l'efficienza nei consumi energetici.
10. Le singole organizzazioni devono poter accedere ai propri dati per reagire in modo immediato e appropriato (California ISO giunge a rendere disponibili i dati in tempo reale al pubblico sul proprio sito Web, come illustrato nella Figura 2).

Figura 2** Il sito Web di California ISO fornisce delle snapshot con la domanda corrente e il livello di risparmio richiesto ai clienti **(Fare clic sull'immagine per ingrandirla)

Maggiore è il numero di queste misure già adottate, minore è la distanza che separa dalla costituzione di un sistema di controllo avanzato del consumo di energia. È incluso uno schema (vedere la Figura 3) con otto domande che è possibile porsi per valutare il livello raggiunto dal proprio datacenter: base, medio o avanzato.

Figure 3 Quanto è ecocompatibile il datacenter?

Sapere è potere

Un altro problema da affrontare è la standardizzazione all'interno dell'organizzazione. Per un cambiamento come quello descritto nell'articolo (con nuovi paradigmi per la misurazione del consumo di energia e la partecipazione delle business unit in ogni parte dell'organizzazione) è necessario l'allineamento tra i gruppi di più datacenter che interagiscono con un gruppo ancora più ampio di organizzazioni IT. Problemi organizzativi di queste proporzioni rappresentano i principali ostacoli sulla strada della realizzazione di un programma di risparmio energetico.

È importante incaricare una sola persona o un singolo team di definire e comprendere le caratteristiche del consumo energetico nei diversi datacenter. Questo centro di conoscenza (assente nella maggior parte delle aziende per quanto riguarda il consumo di energia) è essenziale. È inoltre importante che gli strumenti utilizzati raccolgano i dati dalle diverse sedi in modo uniforme e producano risultati coerenti per tutte le business unit (nella Figura 4 si illustra un pannello di esempio per i dati da raccogliere).

Figura 4** Pannello di esempio per il monitoraggio dei dati globali (fornito da OSIsoft) **(Fare clic sull'immagine per ingrandirla)

Senza gli strumenti giusti, non si riuscirà a ottenere informazioni sull'efficacia della azioni intraprese a livello centrale e le singole business unit non potranno apprezzare i risultati dei propri sforzi. Per incidere davvero sui comportamenti delle persone, è necessario fornire agli utenti informazioni in tempo reale con le tendenze e i dati cronologici, in modo che si possano visualizzare i risultati delle proprie azioni. Non è possibile ricompensare in modo efficace i gruppi per il conseguimento di una maggiore efficienza energetica se ciascuna business unit utilizza per i propri risultati un sistema diverso, con una serie di strumenti diversa e unità di misura diverse.

La forza del sistema

Non è il caso di sentirsi soli sulla difficile strada dell'ecocompatibilità. Le aziende leader di altri mercati, da Boeing e Toyota agli enti pubblici come lo Stato della California, operano investimenti seri in operazioni e prodotti per un utilizzo più efficiente dell'energia.

Quanto al mondo dell'IT, nel 2006 il parlamento degli Stati Uniti ha emanato una norma (H.R. 5646, ora legge 109-431) con cui si richiede alla EPA (Environmental Protection Agency) di raccogliere dati sui costi energetici e sul consumo di elettricità dei server e dei datacenter e sui potenziali effetti del passaggio a sistemi più efficienti. Lo studio, eseguito dalla ENERGY STAR, un programma della EPA, ha prodotto una proiezione dell'aumento dei consumi a breve termine dei server e dei datacenter negli Stati Uniti, una valutazione dei costi e dei benefici potenziali ottenibili con i risparmi conseguenti all'adozione nei datacenter di sistemi più efficienti e una valutazione dei potenziali incentivi e programmi volontari per promuovere server e datacenter più efficienti sul piano dei consumi energetici. I risultati finali dello studio sono stati presentati al Congresso nell'agosto 2007. È possibile ottenere ulteriori informazioni sullo studio visitando il sito energystar.gov.

Sono inoltre stati sviluppati nuovi standard di costruzione per gli edifici ecocompatibili. Questi standard utilizzano criteri come funzionalità di misurazione orarie per i circuiti che dipendono da scopo e consumo di energia, adozione di strumenti di misurazione che comunichino i dati di consumo energetico a un sistema di gestione dei dati di misurazione e sistemi di gestione dei dati di misurazione con cui memorizzare i dati e produrre report per gli utenti in cui si illustri il consumo di energia calcolato per ora, giorno, mese e anno per ciascun parametro preso in considerazione. Molti di questi criteri sono obbligatori per la conformità dei sistemi quando si aderisce a dei programmi di risparmio di energia in cui è richiesto di provare che le modifiche apportate hanno prodotto risultati apprezzabili (ad esempio, i crediti di energia rinnovabile, i crediti di biossido di carbonio e i programmi di riduzione dei consumi).

Alcuni utenti hanno richiesto dei test per le specifiche, ma è difficile rappresentare l'intero spettro di utilizzi possibili. Sono in corso dei tentativi per la standardizzazione dei test, ma questi ultimi, come la maggior parte dei test delle prestazioni, possono essere utilizzati per ottimizzare i risultati "percepiti", che non rappresentano l'utilizzo effettivo. Si può prendere ad esempio la misurazione dei chilometri al litro. Ai fini delle valutazioni degli organi competenti, si stimano i chilometri che un automobilista tipico dovrebbe percorrere per ogni litro di carburante sotto condizioni standard di guida in città e in autostrada. Tuttavia, la maggior parte degli automobilisti e degli ambienti in cui si guida non sono tipici né standard e i fattori che influiscono sull'efficienza del carburante possono variare in modo considerevole. Lo stesso ragionamento può essere applicato ai risparmi di energia nei datacenter. I soli risultati validi per la propria organizzazione si ottengono misurando i risparmi di energia all'interno dell'organizzazione.

Definizione di risparmio

È necessario tenere conto di molti fattori quando si intende determinare il risparmio energetico. Si conoscono i costi che comporta l'aggiunta di ulteriore energia in una determinata area? Si è stabilita una strategia per minimizzare le limitazioni di energia erogata? È possibile risolvere il problema trasferendo i datacenter in un luogo in cui l'energia costa meno? È preferibile concentrarsi sul miglioramento dei sistemi attuali?

Per alcune aziende, il modo migliore per ridurre i costi può consistere nel trasferire i datacenter in aree in cui l'energia costa meno. La virtualizzazione dei server è un ulteriore approccio alla riduzione del consumo di energia. Infatti, alcune aziende che operano nel campo della fornitura energetica (PG&E, SoCal Edison e SDG&E, per citarne solo qualcuna) offrono incentivi finanziari ai clienti che adottano progetti di virtualizzazione dei server che comportino una riduzione dei dispositivi server fisici.

Ma è possibile operare in modo più semplice e meno drastico. Nella maggior parte dei reparti IT semplicemente si ignorano i consumi dei sistemi utilizzati e questo significa che esistono opportunità di risparmio energetico enormi. Una prima fase potrebbe consistere nell'analizzare il consumo di energia associato ai singoli dispositivi e apportare delle modifiche in relazione al singolo dispositivo. Tante piccole modifiche possono produrre risparmi sostanziali.

Come paragone, è possibile pensare a un'abitazione tipica il cui proprietario non ha idea di quanta energia consumi ciascun elettrodomestico utilizzato, limitandosi a pagare il totale della bolletta bimestrale. È possibile acquistare un dispositivo semplice e poco costoso, come un Kill A Watt, per misurare il consumo di energia dei singoli dispositivi. Quanto si spende per tenere acceso il forno a microonde anche quando non lo si utilizza? Quanta corrente si consuma quando si dimentica il caricabatterie del telefono inserito nella presa? Con questo stesso approccio, si possono aggiungere dei misuratori ai rack e raccogliere dati dai vari dispositivi. È possibile utilizzare degli strumenti di gestione per raccogliere i dati direttamente da alcuni server con trap SNMP per il consumo di energia.

Per iniziare

Nella Figura 5 è riportato uno schema con le procedure consigliate che è possibile applicare per avviare un progetto di risparmio energetico. È importante comprendere che in questa fase la scelta non è limitata tra i due estremi. Si può optare per un approccio più bilanciato, probabilmente anche più realistico. Avviare un'opera di selezione, per identificare i colleghi all'interno dell'azienda che mostrano maggior interesse alle tematiche del risparmio energetico. Iniziare a misurare i consumi di alcuni dispositivi in una business unit, per garantire visibilità all'operazione. Può giovare all'adozione del piano il supporto che si ottiene quando si illustrano dei risultati concreti e quantificabili dell'investimento aziendale nell'ecocompatibilità.

Figure 5 Chiavi per l'adozione di un progetto di risparmio energetico

Chi sono le persone incaricate di rendere l'azienda più efficiente dal punto di vista energetico? Sono dirigenti di alto livello, quadri intermedi o persone che hanno semplicemente a cuore l'impatto che l'azienda ha sull'ambiente. In tutte le aziende è possibile trovare degli entusiasti. Una delle prime decisioni da prendere riguarda il possibile coinvolgimento delle persone selezionate in base a questo criterio.

In definitiva, qualunque sia la direzione scelta, la progettazione di un programma per la maggiore efficienza energetica del proprio datacenter richiede la collaborazione di tutti i gruppi dell'IT. Fino a poco tempo fa, l'approccio tipico alla pianificazione delle soluzioni IT non teneva in alcun conto i costi energetici durante la fase di progettazione, concentrando piuttosto l'attenzione sull'hardware e sul software da acquistare e sui costi di personale e dislocazione della soluzione. Quando i consumi energetici sono nascosti nei costi operativi delle soluzioni adottate per un datacenter, all'efficienza energetica viene attribuita una priorità molto bassa. L'esposizione dei consumi effettivi delle soluzioni è la fase fondamentale per avviare un cambiamento nei comportamenti dell'organizzazione.

Dave Ohara ha accumulato 26 anni di esperienza in ambito tecnologico, lavorando per aziende come Microsoft, Apple e Hewlett-Packard. In questi anni si è occupato di sviluppo del prodotto, marketing, divulgazione tecnologica, architettura delle infrastrutture, ingegnerizzazione dei processi, affidabilità degli apparati tecnologici e logistica della distribuzione. Ora Dave collabora con molte aziende implementando iniziative ecologiche

© 2008 Microsoft Corporation e CMP Media, LLC. Tutti i diritti riservati. È vietata la riproduzione completa o parziale senza autorizzazione.