Правильное определение размера нагрузки, переход на серверы современного поколения и управление энергопотреблением могут помочь компаниям достичь целей устойчивого развития центров обработки данных.
Серверы могут потреблять более половины энергии в современных дата-центрах, что делает эффективность серверов привлекательной для компаний, стремящихся достичь целей устойчивого развития с нулевым уровнем выбросов углерода. Кроме того, уменьшение энергопотребления экономит деньги.
Мы покажем вам пять способов повысить эффективность работы серверов, согласно последним исследованиям Uptime Institute, которые сосредоточены на повышении производительности, эффективности и надежности критически важной для бизнеса инфраструктуры.
Переход на новое поколение серверов
На протяжении десятилетий энергоэффективность серверов неуклонно росла благодаря повышению производительности питающих их процессоров. Выбирайте серверы с высокой вычислительной производительностью, измеряемой количеством транзакций в секунду. Они являются наиболее энергоэффективными.
Выбирайте большое количество ядер. В целом, производительность растет с увеличением количества ядер, хотя на самых высоких уровнях производительность немного падает.
Обратите внимание, что хотя сервер может быть более энергоэффективным, его фактическое общее энергопотребление (ватт) может увеличиться, даже если его производительность (количество транзакций в секунду на ватт) возрастет.
Давайте воспользуемся возможностями управления питанием двумя способами: снизим напряжение и частоту ядра процессора по мере роста нагрузки и переведем ненужные ядра в режим ожидания.
Для своего анализа Uptime сосредоточился на серверах с процессорами AMD EPYC или Intel Xeon и рассмотрел поколения серверов 2017, 2019 и 2021 годов, используя данные из базы данных SERT The Green Grid (более подробную информацию о данных SERT можно найти в конце статьи).
Избавляемся от старых, энергоемких серверов
Старые серверы менее энергоэффективны, чем новые, утверждает Джей Дитрих, директор по исследованиям устойчивого развития Uptime Institute. Например, согласно недавнему отчету, который он написал в соавторстве, производительность серверов Intel улучшилась на 34% между 2017 и 2019 годами для процессоров, работающих с 50% загрузкой. В противоположность этому, серверы на базе процессоров AMD продемонстрировали улучшение на 140%. Обновление серверов на базе процессоров с 2019 по 2021 год увеличит производительность на 32% для серверов Intel и на 47% для серверов AMD. Улучшение производительности касается всех уровней использования.
Если сравнивать серверы AMD и Intel, то серверы Intel были более эффективными в 2017 году на всех уровнях использования процессора, но с 2019 года. AMD вырвалась вперед. В 2021 году, когда серверы работают с 50% загрузкой, средний сервер AMD на 74% эффективнее Intel.
Используйте серверы с умом
Подобно автомобилю, работающему на холостых оборотах, серверы, которые не работают на полную мощность, просто тратят энергию впустую.
Согласно опросу Uptime Institute по центрам обработки данных в 2022 году, только 47% компаний достигли 50% и выше использования серверов по сравнению с 36% в 2020 году. Эти цифры могут быть несколько завышенными, поскольку компании-респонденты могли сообщить только о своих эффективных серверах – например, тех, которые выполняют только пакетные задачи, что может повысить коэффициент использования до 80%, говорит Дитрих.
Однако общий коэффициент использования, вероятно, будет ниже, поскольку многие приложения работают не постоянно. Например, программное обеспечение для бизнеса и предприятий интенсивно используется в рабочее время, но гораздо меньше в нерабочее. Использование серверов можно повысить, если на серверах, где размещены бизнес-приложения, запускать менее чувствительные ко времени рабочие нагрузки в нерабочее время.
Усилия того стоят. Удвоение низкого уровня загрузки процессора (от 20% до 30%) до более высокого (от 40% до 60%) может значительно повысить среднюю производительность, утверждает Uptime. Для достижения максимального эффекта компаниям следует рассмотреть возможность увеличения загрузки при обновлении серверов до самых новых моделей. По данным Uptime, сочетая увеличение использования с обновлением серверов, производительность может вырасти более чем вдвое. Это означает увеличение на 100% или более рабочей нагрузки, обрабатываемой при том же самом количестве энергии. Если это сделать в больших масштабах, это может привести к значительной капитальной и операционной экономии, уменьшить потребности в энергии и улучшить показатели устойчивого развития. С другой стороны, прямая замена старого сервера на более мощный без одновременного увеличения существующей рабочей нагрузки фактически снижает коэффициент использования, говорит Дитрих, таким образом сводя на нет некоторые из преимуществ модернизации. Повышение уровня использования при модернизации оборудования требует дополнительного планирования, но результатом является не только лучшая производительность, но и, возможно, меньшее количество серверов, поскольку необходимое количество новых машин может быть меньше.
Приобретение более мощного оборудования
Покупка более мощного оборудования также может привести к повышению энергоэффективности. В частности, в случае серверов AMD, эффективность резко возрастает с увеличением производительности сервера. Модернизация с низкопроизводительного сервера с двумя миллионами SNP до высокопроизводительного сервера с более чем восемью миллионами SNP может удвоить производительность сервера. Для серверов Intel по-прежнему существуют преимущества в производительности, хотя они менее значительны, сообщает Uptime.
Увеличение количества ядер сервера
Еще один способ резко повысить производительность – увеличить количество ядер процессора. Для серверов AMD 2021 года, когда количество серверных ядер увеличивается с восьми до 64, производительность возрастает втрое, отмечает Uptime. Для Intel увеличение было меньшим, но все одно значительным для машин 2021 года.
Важно помнить, что не все рабочие нагрузки могут использовать все доступные ядра, сказал Дитрих. Некоторые рабочие нагрузки будут работать эффективнее всего, скажем, на 12-ядерном процессоре, поэтому важно согласовывать возможности процессоров с потребностями приложений, работающих на сервере, чтобы получить максимальную производительность.
В некоторых случаях для максимального использования можно использовать гипервизоры и виртуальные машины, но не все приложения подходят для таких сред.
Эффективное управление питанием
Согласно исследованию Uptime, функции управления питанием сервера могут улучшить уровень энергоэффективности, повысив производительность сервера как минимум на 10%. Это работает, позволяя повышать или понижать напряжение и частоту процессора, а неиспользуемые ядра переводить в режим ожидания с низким энергопотреблением. Однако многие организации не используют эти функции из-за проблем с производительностью или задержками.
Согласно отчету Uptime Institute, управление питанием может увеличить задержку на 20-80 микросекунд, что неприемлемо для определенных типов рабочих нагрузок, таких как финансовая торговля. "Есть также приложения, где вы можете отказаться от его использования, потому что это может вызвать проблемы с производительностью или временем отклика", – говорится в отчете. Однако есть и другие приложения, где задержки не повлияют на бизнес-операции. "Самая большая ошибка заключается в том, что некоторые операторы не склонны к риску. Они думают, что если они собираются сэкономить несколько сотен долларов, но рискуют нарушить SLA, что будет стоить им миллион долларов, они не будут включать [управление питанием]".
Дитрих рекомендует компаниям, которые покупают новые серверы и проводят тесты производительности, обязательно проверять, не влияет ли управление питанием негативно на работу приложений. "Если это их не беспокоит, вы можете использовать управление питанием, – говорит он. "Вы можете внедрить набор функций управления питанием, которые позволят вам экономить электроэнергию и при этом обеспечивать время отклика и производительность, которые ожидают ваши клиенты".
Как Uptime измеряет производительность серверов?
Uptime проанализировал производительность 429 серверных платформ, используя базу данных The Green Grid's Server Efficiency Rating Tool (SERT). The Green Grid – это консорциум, целью которого является разработка инструментов, предоставление технической экспертизы и содействие энерго- и ресурсоэффективности в средах центров обработки данных.
Пакет SERT является отраслевым стандартом для измерения производительности серверов; обязательные требования к производительности серверов Директивы ЕС по экодизайну и американской программы Energy Star предусматривают, что серверы должны предоставлять общий рейтинг производительности SERT.
Uptime проанализировал данные серверов AMD и Intel из базы данных SERT, отметив, что разные типы процессоров имеют преимущества и недостатки в зависимости от нагрузки. Uptime сосредоточился на серверах с процессорами AMD EPYC или Intel Xeon и проанализировал поколения серверов 2017, 2019 и 2021 годов.
Институт протестировал серверы с помощью имитированного корпоративного приложения для обработки онлайн-транзакций, которое нагружает процессоры и память. Эта симуляция является рабочим элементом SERT на стороне сервера Java (SSJ). Uptime говорит, что его выбрали частично потому, что данные SSJ доступны для восьми уровней (а не только четырех) загрузки сервера (12,5%, 25%, 37,5%, 50%, 62,5%, 75%, 87,5% и 100%), что позволяет провести более детальный анализ.
