Construir un CPD minimizando las emisiones de CO2
28 de marzo 2016
Los centros de datos típicos suelen utilizar más energía de la que necesitan, si bien existen oportunidades rentables a corto plazo para reducir el uso de energía de los CPD a la vez que cambiar el diseño de los nuevos data centers para hacerlos más eficientes.

Artículo escrito por Luis Lopes, Datacenter & IT Segment Sales Manager de Schneider Electric.

Históricamente, los centros de datos y sus operaciones se han diseñado poniendo el foco en su fiabilidad y capacidad. Por este motivo, los centros de datos no se han optimizado para la eficiencia energética. Recientes estudios han demostrado que el uso de la energía es un coste sustancial de las operaciones de TI, superando en algunos casos el coste del propio hardware. La presión de los costes, junto con el entendimiento de que los centros de datos pueden ser mucho más eficientes en el uso de la energía, ha hecho que aumenten las acciones para mejorar la gestión energética de los mismos y que sean hoy una prioridad.

Un proceso muy simple, con pocas mediciones y que cualquier persona puede poner en práctica de inmediato, proporcionará con suficiente exactitud un programa para gestionar la energía de forma eficaz.

En general hay tres objetivos diferentes sobre un sistema de evaluación de la eficiencia energética o del impacto de las emisiones de carbono:
 

  • 1.- Realizar una sola vez o de forma periódica una evaluación comparativa del desempeño.
     
  • 2.- Asignar la energía o emisiones de carbono a otros elementos.
     
  • 3.- Usar la información para reducir el uso de energía o el impacto del carbono en la infraestructura.
     

Una única o periódica evaluación comparativa de la eficiencia energética y el impacto de las emisiones de carbono puede ser útil para determinar si un programa de gestión de la energía en curso debe ser examinado o se puede iniciar. Si la evaluación comparativa revela que el rendimiento es comparable o mejor que centros de datos similares, todo el tema puede ser ignorado y no hará falta aplicar mejoras. Si por el contrario, el resultado de la comparación revela que el rendimiento es peor que centros de datos comparables, es probable que sea necesario aplicar un programa de gestión de la energía que garantice un buen rendimiento.

Algunos centros de datos actúan como un proveedor de servicios para otras organizaciones, proporcionando la infraestructura física del centro de datos o la infraestructura TI en función de las necesidades del negocio. En este caso, el objetivo es proporcionar un incentivo financiero o de otro tipo para que los clientes de los centros de datos quieran hacer los cambios de comportamiento necesarios para reducir su consumo de energía o emisiones de carbono, tales como apagar los servidores no utilizados, una gestión automatizada de la energía, gestionar el almacenamiento innecesario, o la virtualización de servidores. La oportunidad de ahorrar energía y reducir las emisiones de carbono en un centro de datos típico mediante la gestión eficiente de la infraestructura física y TI es enorme, ya que la reducción que se puede experimentar va desde el 10% al 80%.

Muchas de las posibles mejoras son muy baratas o se pueden asumir en fases muy económicas cuando se renueva la infraestructura TI. A través de los costes energéticos o emisiones de carbono se puede contribuir a un programa de la energía exitoso y rentable.

 

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En todos los centros de datos, la infraestructura física (energía, refrigeración, iluminación, controles, etcétera) consume mucha energía y genera muchas emisiones de carbono. En la mayoría de centros de datos, la potencia consumida por la infraestructura física es mayor que la energía utilizada por las cargas TI. Por lo tanto, la reducción del uso de energía en la infraestructura física, sobre una base porcentual, es casi tan importante como la reducción de la carga TI. El objetivo es proporcionar los datos necesarios para identificar y cuantificar las oportunidades para realizar cambios en el equipo, configuración o ajustes que reduzcan el consumo de energía sin un impacto adverso en la carga TI. La oportunidad de ahorrar energía y emisiones de carbono es grande,  pudiendo alcanzar desde un 10% a un 40% de reducción.

La reflexión anterior de los tres objetivos de eficiencia energética y de impacto de carbono, si le añadimos mediciones para centros de datos sugiere las siguientes observaciones clave:

  • Hay enormes oportunidades para reducir el consumo energético de los centros de datos típicos, en el orden de 20% a 90% de ahorro en energía y carbono, cuando ambos comportamientos de TI e infraestructura física se gestionan conjuntamente.
  • La comparativa, por sí misma, no mejora nada. No puede ser considerada como una parte central de un plan de eficiencia y reducción de carbono. Su uso es principalmente para ayudar a determinar la cantidad de recursos que se desplegarán en la gestión de la energía.
  • La asignación de energía y de carbono a los usuarios da las herramientas para tomar decisiones de ahorro energético racionales acerca de las implementaciones de TI.
  • Ambos (a) asignación de los costes de la energía, y ​​(b) la gestión de la energía de la infraestructura física usada, ofrecen oportunidades de ahorro sustanciales, pero la oportunidad supera la suma de las partes cuando se combinan los dos objetivos.

Si el objetivo es una reducción general en el uso de energía y el impacto de carbono, una combinación de ambos, con un menor énfasis en la evaluación comparativa, es la mejor estrategia.

Es necesario tener un modelo de cómo funciona el centro de datos antes de entender cómo se pueden utilizar las necesarias medidas para identificar y cuantificar las oportunidades de mejora.

Para eso es necesario tener modelos implícitos (conocimiento de expertos con experiencia) o modelos explícitos (herramientas de software). Un propósito clave de la medición de la eficiencia del centro de datos es obtener información que contribuya a la creación de un modelo preciso para ese centro de datos.

Mientras que un modelo perfecto de un centro de datos puede requerir una gran cantidad de programación personalizada y el mantenimiento de datos, un sorprendentemente buen modelo puede ser creado usando sólo una parte del inventario de los dispositivos de la infraestructura de TI, información sobre su configuración y un conocimiento básico de las características eléctricas de la TI y sus dispositivos de infraestructura.

El objetivo de un sistema de medición es utilizar el protocolo menos caro y  más simple que permita alcanzar el objetivo marcado de gestión eficiente de la energía.

Este análisis sugiere la siguiente estrategia de medición y modelización recomendado para un programa de gestión de la energía de un centro de datos:

  • Un sistema sin coste de la modelización de la energía basada en el recuento de servidores, lecturas de potencia de UPS e inventarios es suficiente para permitir la asignación de energía significativa para los usuarios de TI.
  • Las capacidades adicionales de bajo coste pueden ser añadidas con el tiempo para mejorar la gestión de la energía, incluyendo mejoras en el modelo de inventario detallado y en la clasificación del servidor, así como mejoras en la medición y  auditorías energéticas.
  • Una amplia medición de todos los subsistemas de infraestructura y dispositivos de TI agrega poco valor para un sistema de gestión de la energía, lo que genera un mal retorno de la inversión.

La capacidad de TI puede ser medida y asignada de varias maneras, incluyendo ciclos de cálculo, servidores, núcleos, terabytes, racks, metros cuadrados, servidores virtuales, etcétera. Un modelo ideal de uso podría incluir todos estos factores en los costes de la asignación de la energía o del carbono.

Comenzaremos con un modelo simple, la medición de la capacidad de TI en el número de servidores, que es una forma popular para medir la capacidad. Si a un usuario de TI se puede asignar un número de servidores, a continuación se le puede asignar también la energía y el carbono; por tanto,  todo lo que necesitamos hacer es asignar la energía a un servidor, por lo que el uso de la energía total corresponderá con el número de servidores multiplicado por la energía asignada a cada servidor.

Esto requiere que identifiquemos todos los usos de la energía en el centro de datos y asignarlos en una base PorServidor. La asignación total de energía de un servidor se convierte en una suma de la del propio servidor más las asignaciones de uso de la energía para el almacenamiento, redes, energía, refrigeración, iluminación, y cargas auxiliares.

El método de asignación de energía para un usuario de TI basado en unidades de servidor, usando un servidor como media, tiene una serie de inexactitudes, porque supone uniformar la utilización de los recursos asignados por servidor y asume que todos los servidores son iguales. La potencia total real asociada a un servidor específico variará dependiendo del tipo de servidor, su gestión de la energía característica y su utilización de otros recursos de TI.

Para los centros de datos que tienen un sistema de servidores relativamente uniforme, la asignación de un estándar de coste energético por servidor es una aproximación efectiva. Sin embargo, para los centros de datos que tienen una amplia gama de tipos de servidores, el uso de una "unidad de servidor" estándar para la asignación de energía no es eficaz.

Este problema podría, en principio, ser corregido mediante la medición de todos los dispositivos de TI y la asignación la energía basándose en esas mediciones a los usuarios de TI.

Sin embargo, ya se ha demostrado que esto es poco práctico porque la mayor parte del consumo proviene de equipos de energía, equipos de refrigeración, dispositivos de red, y otras cargas que no siempre pueden estar asociados directamente a un usuario de TI. Y, por otro lado, el coste del sistema de medición de todos los dispositivos, junto con el coste y la complejidad del sistema de software, es extrema.

Para resolver este problema de una manera simple y rentable, los servidores se pueden clasificar en una lista corta de los tipos estándar, cada uno con su propio perfil de consumo de energía. En lugar de tratar a todos los servidores como "unidad de servidor" estándar único, se puede crear una lista con las varias clasificaciones de servidores.

Una vez que hemos determinado el uso de energía de cargas informáticas o sistemas de infraestructura en los centros de datos, se les puede asignar también el impacto de carbono.

Tres fuentes de emisiones
Las emisiones de carbono de los centros de datos son indirectas, y suelen provenir de tres fuentes principales: En primer lugar, las emisiones de carbono creadas durante la fabricación de los centros de datos y su infraestructura (el llamado "carbono incrustado"). En segundo término, las emisiones de carbono locales de los sistemas de calefacción, generadores de emergencia, o los sistemas de  cogeneración. Y, por último, las emisiones de carbono creadas durante la creación de la energía eléctrica necesaria para hacer funcionar el centro de datos.

Directamente, los centros de datos no generan grandes cantidades de dióxido de carbono u otros gases contaminantes equivalentes al carbono. El funcionamiento de los generadores de emergencia por lo general representa menos del 0,01% del impacto total de carbono y puede no tenerse en cuenta. Los centros de datos funcionan a una alta potencia y densidad y casi nunca requieren calor adicional, por lo que el calentamiento relacionado carbono también puede ser ignorado. Muy pocos centros de datos han situado co-plantas de generación eléctrica por lo que este no es un factor en la mayoría de los casos.

Si se limitan las métricas de carbono a las asociadas con el suministro de energía eléctrica, representan más del 99% del impacto de carbono asociado con las operaciones.

Dada la energía eléctrica utilizada en el centro de datos, es posible estimar las emisiones de carbono creadas por el uso de la energía. El proveedor de electricidad puede proporcionar información sobre las emisiones de carbono por cada kilovatio-hora emitidos durante la generación de energía, en función de su fuente.

Los modelos simples, sin costes de uso de energía pueden utilizarse para asignar la energía y el carbono sobre la norma de base, las unidades promedio de la capacidad de TI, tales como una "unidad servidor" estándar. Tales modelos no son precisos, pero resultan suficientes para ser útiles en la elaboración de un sistema de gestión de la energía para centros de datos.

Un sistema simple se puede mejorar con el tiempo mediante la adición de medición y modelado adicional, proporcionando una precisión adicional y una visión del uso de la energía. Un bajo coste sorprendentemente eficaz y sistemático puede ser implementado con sólo un pequeño número de contadores de energía combinados con una especializada auditoría energética del centro de datos y un software simple.

Los operadores de centros de datos no deben asumir que los sistemas de medición complejos y extensos son necesarios para la aplicación de un sistema eficaz de gestión de la energía, o para asignar la energía y el carbono a los usuarios de TI. De hecho, los sistemas de instrumentación extremos tienen un mal rendimiento de la inversión, por ser demasiado complicados y costosos.

Cada vatio innecesario de potencia absorbida por un centro de datos representa una pérdida irrecuperable. Un sistema de gestión de la energía, tosco pero simple, implementado hoy es mucho más eficaz que un sistema ideal implementado más tarde, debido a que no importa cuán efectivo sea un sistema de gestión, ya que no se puede recuperar la energía ya perdida.