Ketenmaatregelen in de ICT branche Case 3: Datacenters

Transcriptie

1 Ketenmaatregelen in de ICT branche Case 3: Datacenters Status: Defintief Betrokkenen: Frerik van de Pas Michiel Cuijpers Lieke van Rossum Joost van Capellen Agentschap NL ICT Office BECO BECO BECO Rotterdam, augustus/september 2010

2

3 1. Ketenprojecten in de MJA en de datacenter case Binnen MJA3 wordt een project waarbij energie wordt bespaart in de keten een ketenproject genoemd. Maatregelen waarbij energie wordt bespaard binnen het bedrijf zelf worden procesefficiencymaatregelen genoemd. De voorliggende case gaat over het berekenen van de energiewinst die wordt behaald door het gebruik van capaciteit/processen in een datacenter. Het totale energiegebruik van de referentiesituatie (een server geplaatst bij de gebruiker in een bezemkast ) min het totale energiegebruik van de nieuwe situatie (een server geplaatst bij een datacenter) moet de energiewinst binnen het ketenproject bepalen. 2. Keten van de server Het verschil tussen een server in de bezemkast of in een datacenter zit met name in de gebruiksfase. In een datacenter bevindt zich andere apparatuur (de server zelf, maar ook bijvoorbeeld koeling). Daardoor kan, in verhouding, minder energie gebruikt worden door het datacenter. Koeling van de serverruimte (datacenter of bezemkast ) is in deze keten opgenomen omdat het een belangrijke rol speelt bij de energiebesparing (zie 3 voor verdere uitleg). Een ander verschil is dat bij plaatsing in een datacenter datatraffic plaatsvindt: de informatie moet van de server naar de gebruiker getransporteerd worden. BEZEMKAST DATACENTER Productie server Productie server Transport en plaatsen (in bezemkast ) Transport en plaatsen (in datacenter) Koeling Gebruik capaciteit / processen Koeling Data-traffic Gebruik capaciteit / processen Bezemkast vs. Datacenter Afdanking server Afdanking server) Vindt plaats bij gebruiker Vindt plaats bij datacenter Fig. 1: de keten van een server BECO 1

4 Hierbij wordt opgemerkt dat het energiegebruik door datatraffic verwaarloosbaar is vergeleken met het energiegebruik van een server [3],[4]. Datatraffic wordt daarom verder niet meegenomen. Aangenomen is dat ook het verschil energiegebruik van stroomkabels in beide situaties verwaarloosbaar is. 3. Verschillende situaties in datacenters De situatie waarin een server in een datacenter is geplaatst, kan verschillen. Er zijn drie verschillende opties: housing, hosting en cloud. Onderstaande figuur geeft het verschil in energiegebruik tussen de bezemkast en de drie opties binnen een datacenter weer, waar de bezemkast het meeste energie gebruikt en de cloud het minste. 1. Bezemkast 2. Housing 3. Hosting 4. Cloud koeling server (afname koeling) (toename benutting server) (afname koeling) 1. Bezemkast In de bezemkast van een bedrijf, is een server met een bepaalde capaciteit geplaatst met een aparte airconditioner, open raam of ventilatoren om de ruimte koel genoeg te houden. 2. Housing Bij de optie housing wordt eenzelfde soort server gehuurd in een datacenter. Er kan niet van uitgegaan worden dat de serverapparatuur in een datacenter energiezuiniger is dan in de bezemkast [3], [4], [5]. Wel kan aangenomen worden dat de ruimtekoeling efficiënter is. Dit zorgt voor een energiebesparing. 3. Hosting In het geval van hosting vindt virtualisatie plaats in de servers van het datacenter: doordat bedrijven niet de fysieke apparatuur, maar een functie (het gebruik van de server) afnemen, kan de server beter benut worden. Servers nemen ongeacht de benuttingsgraad een vrij constant vermogen af [1], [3]. Door betere benutting is dus minder energie per functie nodig. 4. Cloud Bij de optie cloud worden door klanten alleen maar functies afgenomen. Hierdoor kunnen de servers overal op de wereld geplaatst zijn. Dit geeft het datacenter de mogelijkheid om de server te gebruiken op een locatie waar de temperatuur laag is. Zo kan naast de betere benutting, nog meer op koeling bespaard worden. 2 BECO

5 Bij de bovenstaande beschrijvingen zijn de volgende opmerkingen te maken: In de bezemkast kan de apparatuur net zo efficiënt of efficiënter zijn dan in een datacenter. Bij een kleine server kan het daarnaast ook zo zijn dat in de bezemkast situatie geen of weinig koeling nodig is, terwijl deze in het datacenter wel altijd aan staat. Om vast te stellen of de koeling (en in mindere mate evt. andere energiegebruikers zoals noodstroom, zogenoemde facilities ) in het datacenter gemiddeld efficiënter zijn dan in de bezemkast, kan de PUE 1 gebruikt worden. De PUE is het totale energiegebruik (server + facilities) gedeeld door het energiegebruik van de server. Hoe lager de PUE, hoe efficiënter de facilities (bij gelijksoortige apparatuur). Cloud wordt momenteel alleen nog voor en door zeer grote bedrijven toegepast. Cloud toepassingen voor de servercapaciteit van kleinere bedrijven komt nog niet voor. Daarnaast kan het in de praktijk zo zijn dat er meer servers geplaatst zijn, en ook aan staan, dan nodig is [4]. 4. Energiebesparing Uit het bovenstaande onderdeel kunnen kan geconcludeerd worden dat er twee soorten besparingsmaatregelen uit te rekenen zijn: 1. Efficiëntere facilities. Voor het berekenen van de energiewinst door efficiëntere facilities, (in de stap bezemkast housing of hosting cloud) kan de PUE gebruikt worden. De PUE van de bezemkast en het datacenter dienen vergeleken te worden. 2. Virtualisatie (hogere benuttingsgraad). Voor het berekenen van de energiewinst door virtualisatie (in de sstap housing hosting) dient de benuttingsgraad van de server en het opgenomen vermogen bekend te zijn. Efficiëntere facilities Om te bepalen hoeveel energie bespaard wordt op facilities, moet de PUE van een gemiddeld datacenter en een gemiddelde bezemkast bekend zijn. Over de gemiddelde PUE in een datacenter zijn verschillende bronnen geraadpleegd met uiteenlopende resultaten: De gemiddelde PUE van een datacenter is 2,5 [7] De PUE voor een onzuinig datacenter is 1,8 en van een zuinig datacenter 1,25 [6] De PUE is standaard 1,9. Wanneer er besparingsmaatregelen genomen worden, kan hij van 1,7 ( verbeterd ) tot 1,2 ( state of the art ) zijn. [8] De PUE in een datacenter is 1,8 tot 1,3 [5] Bij de vergelijking blijkt dus dat er verschillende gemiddelden worden genoemd. Daarnaast geven veel bronnen aan dat er een flink verschil zit tussen een energiezuinig en een energie onzuinig datacenter. Dé goede standaardwaarde voor de PUE kan dus niet gegeven worden. Het is goed mogelijk een berekening te maken waarin het datacenter zelf zijn individuele PUE invult. Er moet dan echter wel een standaard waarde voor het energiegebruik van facilities in de bezemkast situatie beschikbaar zijn, om mee te vergelijken. De bezemkast -situaties zijn zeer 1 Binnen de MJA wordt voor de definitie van de PUE aangesloten bij die van Green Grid (Power Usage Efficiency (PUE) = Total Facility Power / IT Equipment Power; Deze definitie wordt ook gebruikt in de Nederlandse praktijkrichtlijn voor Datacenters van de NEN. BECO 3

6 uiteenlopende situaties qua energiegebruik. Er kan dan ook geen standaard waarde gegeven worden. Zie ook onderstaand citaat uit een onderzoek naar ICT van CE: Echter organisaties met veel computers zoals universiteiten, banken en verzekeraars beschikken ook over grote serverruimtes waarin koeling nodig is. Wat precies de mogelijkheden zijn en hoeveel energie daarmee bespaard kan worden is zeer afhankelijk van de situatie. Het is daarom lastig om de besparing aan de hand van concrete voorbeelden inzichtelijk te maken. Precieze gegevens ontbreken daarvoor ook. [13] Wanneer de efficiëntere facilities als maatregel worden opgevoerd, moet men dus zelf beide PUE s die vergeleken worden achterhalen. Er valt geen gemiddelde energiebesparing te geven. Virtualisatie Het is voor virtualisatie mogelijk om een voorbeeld van de haalbare besparing te laten zien. Onderstaande tabel geeft de benuttingsgraad van de server weer voor en na het virtualiseren. Benutting housing Benutting hosting Bron 5-15 % % [11] 5 % % [4] 10% 60-70% [14] De tabel laat zien dat bij housing de benutting hoogstens 15% is, en bij hosting minstens 60%. Van deze cijfers gaan we uit bij de berekening. Zo zal de werkelijke besparing in ieder geval niet lager zijn dan de berekende besparing. Wanneer we aan het energiegebruik willen rekenen, moeten we een eenheid kiezen om het gebruik van een server in uit te drukken. Het is lastig te bepalen wat de juiste eenheid is voor functionaliteit. Ook binnen de ICT branche is hier discussie over. In het rekenvoorbeeld is 1% benutting als 1 functie gezien. Daarnaast houden we er rekening mee dat een server die minder rekent, ook minder energie gebruikt. Een lagere benutting zorgt dus wel voor een (iets) lager energiegebruik. Een server die niet rekent, gebruikt 60% van het totale vermogen [10]. We gaan voor de housing situatie (voor de zekerheid) uit van een server die niet rekent. Zichtbaar is dat er een grote energiebesparing is als gevolg van virtualisatie. 4 BECO

7 Stel, een server gebruikt in een housing-situatie 1 kw (dit is dan 60% van het energiegebruik bij volle benutting). Deze server is 15% benut, dus verwerkt tegelijk 15 functies. Dit komt neer op een energiegebruik van 1000/15 = 67 W / functie. Wanneer deze server wordt gevirtualiseerd, zal hij 1,67 kw gaan gebruiken (100% van het energiegebruik). Hij is nu 60% benut en kan wel 60 functies tegelijk verwerken. Dit komt neer op een energiegebruik van 1667/60 = 28 W / functie. De energiebesparing is dan 67-28=39 W / functie. Dit is een energiebesparing van 58%. 5. Maatregelen opvoeren binnen de MJA Binnen de MJA wordt onderscheid gemaakt tussen ketenmaatregelen en procesmaatregelen. Indien een bedrijf de energiebesparing op de eigen energierekening terug ziet, gaat het niet om een ketenmaatregel, maar om een procesefficiency maatregel. Dit komt bij deze case voor. Efficiëntere facilities Een datacenter kan de energiewinst door efficiëntere facilities (lagere PUE dan de bezemkast ) opvoeren als ketenmaatregel. Deze energiewinst kan het datacenter namelijk niet terug zien op de eigen energierekening 2. Deze energiewinst dient gedeeld te worden met de bedrijven die bewust gekozen hebben voor housing binnen een datacenter, zij mogen de maatregel ook opvoeren. Wanneer het datacenter zijn eigen facilities verbeterd (bijvoorbeeld intern de stap naar cloud maakt), is dit een procesefficiency maatregel. Virtualisatie Wanneer een datacenter ervoor kiest om over te stappen van housing naar hosting/cloud, dan ziet hij de energiebesparing terug op zijn eigen energierekening, als directe besparing [2]. Hosting/cloud kan dan binnen de MJA opgevoerd worden als procesefficiency maatregel door een datacenter, en niet als ketenmaatregel. Het opvoeren van hosting/cloud als procesmaatregel in plaats van een ketenmaatregel heeft een aantal voordelen: o Het datacenter hoeft de energiewinst door virtualisatie niet te delen met de afnemers/gebruikers van data (voor de afnemers/gebruikers is dit een nadeel: zij kunnen hun keuze voor virtualisatie niet opvoeren). o De directe, gemeten, energiebesparing opvoeren geeft altijd een correcter beeld van de werkelijkheid dan de indirect, berekende besparing. De hogere benuttingsgraad bij virtualisatie vertaalt zich ook in energiebesparing bij opslagen netwerkapparatuur, niet alleen in verwerkingsapparatuur. Ook dit kan als procesefficiency-maatregel binnen de MJA opgevoerd worden. 2 Bij deze overwegingen is uitgegaan van de situatie van MJA3 zoals dat de afgelopen jaren en ook dit jaar is gehanteerd. Het kan zijn dat er in de nieuwe Handreiking van Agentschap NL anders wordt omgegaan met het onderscheid tussen keten en procesefficiency. BECO is hiervan nu niet op de hoogte. BECO 5

8 6. Conclusie Deze case blijkt twee maatregelen te behelzen: efficiëntere facilities en virtualisatie. Het is niet mogelijk om binnen dit onderzoek standaard data te vinden voor energiebesparing door efficiëntere facilities (met name koeling). De situaties die met elkaar vergeleken worden (datacenter en bezemkast) kunnen zeer uiteenlopend zijn. De beschreven bezemkast situatie kent diverse varianten binnen bedrijven. De maatregel kan in principe als ketenmaatregel opgevoerd worden, door zowel het datacenter als haar klanten. De PUE van zowel de klant als het datacenter dient echter achterhaald te worden, om zo een correcte inschatting van de besparing te geven. Van de energiebesparing door virtualisatie kan berekening gemaakt worden. BECO is echter van mening dat de virtualisatie stap binnen een datacenter als procesefficiency maatregel binnen de MJA 3 opgevoerd dient te worden. Dit is gebaseerd op de manier waarop Agentschap NL tot nu toe is omgegaan met het onderscheid tussen keten en procesmaatregelen. De klanten van een datacenter kunnen, indien ze bewust hebben gekozen voor het virtualiseren van hun server, dit wel als ketenmaatregel opvoeren. Voor deze situatie is een voorbeeldberekening gemaakt. 6 BECO

9 Bronnen [1] Opdrachtbeschrijving E- MJA Case 3, Energie-efficiëntie van verhuizen server van eigen kantoor naar datacenter, Agentschap NL en ICT Office, 2010 [2] Handreiking Verbredingsthema s deel 2, kwantificeren in detail, SenterNovem, 2007 [3] Telefonisch interview met Colt, 2010 [4] Telefonisch interview met Mansystems, 2010 [5] Telefonisch interview met IBM, 2010 [6] VV+ Magazine, editie juli/augustus 2010 [7] Uptime Institute, via 1,00.html, 2010 [8] Google, [9] VM Ware, [10] Energy Efficient Infrastructures for Datacenters, a joint white paper from Fujitsu Siemens and Knürr, juli 2007 [11] Innosys, [12] Green Grid Datacenter Power Efficiency Metrics: PUE and DCIE, Microsoft, Christian Belady, [13] Zuinig ICT, Rendabel idee!, Theoretische basis voor een energiebesparingscampagne, CE Delft, B.L. (Benno) Schepers, M.I. (Margret) Groot, [14] Optimizing IT, betere benuttingsgraad, minder beheersinspanningen en grip op energiekosten, IBM, BECO 7