بهینه سازی سرورها برای کاهش هزینه های عملیاتی

در سطح جهانی، مراکز داده حداقل دویست تراوات ساعت (TWh) برق در سال مصرف می کنند (حدود 2٪ از مصرف جهانی انرژی). کاهش مصرف برق در مرکز داده منجر به اثرات زیست محیطی کمتر و هزینه های کمتر از طریق کاهش OPEX (هزینه های عملیاتی) می شود.

https://www.drhp.ir/hpserverfan/1687--hpe-high-performance-dl380-g10.html

سرور اچ پی صرفجو چیست ؟

در حالی که تقاضا برای خدمات دیجیتال با نرخ بسیار بالاتری نسبت به مصرف برق مرکز داده در حال افزایش است، به دلیل افزایش کارایی سرور، اپراتورها و طراحان مراکز داده نیاز به اجرای شیوه‌هایی دارند که تقاضای انرژی را کاهش می‌دهند تا به دولت‌ها و کسب‌وکارها در رسیدن به اهداف زیست‌محیطی خود کمک کنند.(هزینه های عملیاتی) می شود.

انتخاب سرور مناسب که برای برآورده کردن کارآمد نیازهای بار کاری در یک مرکز داده طراحی شده است، می تواند بر مصرف انرژی کلی تأثیر بگذارد. سیستم های سرور برای انجام بارهای کاری خاص نیاز به بهینه سازی دارند، که باعث کاهش قدرت پردازش اضافی می شود که مورد نیاز نیست. علاوه بر این، برخی از سرورها به دلیل طراحی، با استفاده از برخی از اجزای مشترک، نسبت به سایرین کارآمدتر هستند. آخرین نسل از سیستم ها به طور قابل توجهی کار بیشتری را در هر وات انجام می دهند که مصرف برق را کاهش می دهد.

مطابقت با نیازهای حجم کاری شما با سیستم اندازه مناسب

هنگام راه‌اندازی سرور، گزینه‌های بسیاری از اجزا و گزینه‌های پیکربندی وجود دارد. سرورهای همه منظوره سنتی به گونه ای طراحی شده اند که برای هر حجم کاری معمولی کار کنند، که منجر به تامین بیش از حد منابع می شود تا اطمینان حاصل شود که سیستم برای طیف وسیعی از برنامه ها کار می کند. یک سیستم بهینه‌سازی حجم کار، انتخاب‌های اجزا و گزینه‌های پیکربندی را برای مطابقت با الزامات یک مجموعه هدف از بارهای کاری، پیش می‌برد. این بهینه‌سازی‌ها عملکرد غیرضروری را کاهش می‌دهند که هزینه را کاهش می‌دهد، اما مصرف برق و تولید گرما را نیز کاهش می‌دهد. این صرفه جویی زمانی قابل توجه است که شما در نظر بگیرید که سیستم به صدها، هزاران یا حتی ده ها هزار سیستم مقیاس می شود.

انواع مختلف سیستم سرور برای بارهای کاری مختلف طراحی شده اند، به عنوان مثال، سرورهایی با CPU بیشتر، ظرفیت خنک کننده، ظرفیت حافظه، ظرفیت ورودی/خروجی یا عملکرد شبکه. برای مثال، برنامه‌های HPC به CPUهای سریع نیاز دارند، در حالی که شبکه‌های تحویل محتوا به قابلیت‌های I/O عظیم نیاز دارند. استفاده از نوع سروری که برای حجم کاری طراحی شده است باعث کاهش ظرفیت اضافی و در نتیجه کاهش هزینه می شود.

نشان دادن اینکه چگونه بارهای کاری مختلف به مقادیر متفاوتی از قابلیت و مقیاس پذیری نیاز دارند

بهبود کارایی چند گره و تیغه

سیستم های سرور را می توان برای به اشتراک گذاشتن منابع طراحی کرد که می تواند منجر به کارایی کلی بهتر شود. به عنوان مثال، اشتراک منابع تغذیه یا فن ها در میان چندین گره، نیاز به تکرار این اجزا را برای هر گره کاهش می دهد. سیستم‌های چند گره می‌توانند منابع تغذیه و فن‌ها را به اشتراک بگذارند و مزیت کارایی را ارائه دهند. نتیجه این است که می توان از فن های بزرگتر و منابع تغذیه کارآمدتر استفاده کرد و مصرف برق را زمانی که همه گره ها در حال اجرا هستند کاهش داد.

مثال دیگری از صرفه جویی در منابع، استفاده از سیستمی است که در آن چندین سرور مستقل می توانند علاوه بر منابع تغذیه و فن ها، شبکه را به اشتراک بگذارند. با محاسبات با چگالی بالاتر و سوئیچ های یکپارچه با منابع تغذیه مشترک، فضای رک مورد نیاز را می توان علاوه بر مقدار قابل توجهی کابل کاهش داد.

روش دیگری که مصرف انرژی را هنگام خنک کردن هوای سرور کاهش می دهد، آگاهی از مشکلات کابل کشی و کاهش آن است. کابل های برق و شبکه ای که جریان هوا را مسدود می کنند، نیاز دارند که فن ها با سرعت بیشتری در دقیقه کار کنند و برق بیشتری مصرف کنند. قرار دادن دقیق این کابل ها در داخل شاسی و خارج از شاسی این موضوع احتمالی را کاهش می دهد. علاوه بر این، سروری که از تیغه‌هایی با سوئیچینگ یکپارچه تشکیل شده است، معمولاً کابل‌های کمتری برای اتصال سیستم‌ها خواهد داشت، زیرا این کار از طریق یک backplane انجام می‌شود.

با مقایسه 20 سرور rackmount 1U با یک سیستم تیغه مدرن در یک شاسی 8U با 20 پره، کاهش 95٪ در تعداد کابل ها وجود دارد که می تواند به بهبود جریان هوا و مصرف برق کمتر توسط سیستم از نظر سرعت فن کمک کند.

انتخاب و بهینه سازی اجزای کلیدی سیستم سرور

هنگام خرید سخت افزار سرور جدید می توان تصمیمات مختلفی گرفت. با پیشرفت‌ها در طراحی CPU و GPU، انتخاب‌ها فقط این نیست که کدام سخت‌افزار را خریداری کنیم، بلکه برای تطبیق حجم کار و SLAها با مدل خاص گسترش خواهند یافت. این همچنین باعث کاهش مصرف انرژی در هنگام اجرای برنامه ها می شود.https://www.drhp.ir/hp-server/1994-dl380-26sff-g9.html

عملکرد/وات

همانطور که فناوری CPU دائماً بهبود می‌یابد، یکی از مهم‌ترین دستاوردها این است که کار بیشتری در هر وات با هر نسل از CPU و GPU انجام می‌شود. جدیدترین پیشنهادات اینتل و AMD از نظر کار تولید شده در هر وات مصرفی تا سه برابر عملکرد بیشتری دارند. این شگفت‌انگیز فن‌آوری مزایای بسیار زیادی برای مراکز داده‌ای دارد که مایلند خدمات بیشتری با نیازهای برق ثابت یا کاهش‌یافته ارائه دهند.

تفاوت های CPU

CPU ها برای سرورها و ایستگاه های کاری در پیکربندی های مختلف در دسترس هستند. تعداد هسته‌ها در هر CPU، نرخ کلاک پردازنده، مصرف انرژی، سرعت کلاک افزایش و مقدار حافظه نهان معمولاً CPUها را دسته‌بندی می‌کنند. تعداد هسته ها و نرخ کلاک به طور کلی با مقدار برق مصرفی مرتبط است. تعداد هسته‌ها و نرخ‌های ساعت بیشتر معمولاً به برق بیشتری نیاز دارند و داغ‌تر می‌شوند. برعکس، تعداد هسته‌ها و نرخ ساعت کمتر، انرژی کمتری مصرف می‌کنند و خنک‌تر عمل می‌کنند.

برای مثال، فرض کنید حجم کاری لازم نیست در مدت زمان مشخصی تکمیل شود. هنگامی که SLA ممکن است سخت‌گیرانه‌تر باشد، می‌توان از یک سرور با CPUهای کم‌مصرف (به طور کلی مربوط به عملکرد) در مقایسه با یک سیستم با قدرت بالاتر استفاده کرد. سرور ایمیل یکی از این نمونه ها خواهد بود. زمان پاسخ برای مشاهده یا دانلود ایمیل‌ها در دستگاه مشتری باید تعاملی باشد، اما می‌توان از یک CPU کندتر و کم مصرف‌تر استفاده کرد زیرا گلوگاه‌ها ذخیره‌سازی و شبکه است.

از سوی دیگر، یک CPU با عملکرد بالاتر و انرژی بالاتر برای یک محیط پایگاه داده که ممکن است نیاز به تجزیه و تحلیل سریع داده ها داشته باشد، مناسب است. در حالی که قرار دادن یک سرور ایمیل بر روی یک سیستم با عملکرد بالا آسیبی نخواهد داشت، سیستم برای هدف مورد نظر خود استفاده نخواهد شد.

1. شتاب دهنده ها

محیط های محاسباتی امروزی ناهمگن تر می شوند. شتاب دهنده ها برای افزایش عملکرد وظایف خاص در دسترس هستند، حتی در حالی که عملکرد CPU در چند سال گذشته به طور تصاعدی افزایش یافته است. نظرسنجی اخیر Supermicro از بیش از 400 متخصص فناوری اطلاعات و مدیران مراکز داده نشان داد که امروزه تعداد زیادی از اپراتورها از GPU استفاده می کنند، که وقتی برای الگوریتم های موازی بسیار استفاده می شود، می تواند زمان اجرا را به میزان قابل توجهی کاهش دهد و هزینه کلی انرژی را کاهش دهد.

 SSD در مقابل HDD

هارد دیسک (HDD) بیش از 50 سال است که روش اصلی ذخیره سازی بوده است. در حالی که ظرفیت HDD ها در سال های اخیر به طور چشمگیری افزایش یافته است، زمان دسترسی نسبتا ثابت باقی مانده است. توان عملیاتی در طول زمان افزایش یافته است، همانطور که ظرفیت هارد دیسک ها نیز افزایش یافته است. با این حال، درایوهای حالت جامد (SDD) برای بازیابی اطلاعات سریع‌تر هستند و از انرژی کمتری نسبت به HDD استفاده می‌کنند، اگرچه HDD‌ها برای ذخیره‌سازی طولانی‌مدت در یک سازمان مناسب هستند. درایوهای M.2 NVMe و SSD در حال حاضر حدود 3 گیگابایت در ثانیه را انتقال می دهند، که می تواند زمان مورد نیاز برای تکمیل یک برنامه I/O شدید را به میزان قابل توجهی کاهش دهد. به طور کلی، این عملکرد در مقایسه با سایر فناوری‌های ورودی/خروجی منجر به مصرف انرژی کمتری برای زمان انجام یک کار می‌شود.

1. تقویت چرخه های به روز رسانی اجزای سیستم سرور

اجزای اصلی سرورها از نظر قیمت و عملکرد به طور مداوم در حال بهبود هستند. از آنجایی که برنامه‌ها همچنان از داده‌های بیشتری استفاده می‌کنند، چه برای آموزش هوش مصنوعی، وضوح افزایش یافته یا ورودی/خروجی بیشتر (مانند شبکه‌های تحویل محتوا)، ممکن است به جدیدترین سرورهایی که حاوی پیشرفته‌ترین CPU، حافظه، شتاب‌دهنده‌ها و شبکه هستند، نیاز باشد.

با این حال، هر یک از سیستم های فرعی با سرعت متفاوتی تکامل می یابند. طبق برخی برآوردها، با کاهش چرخه‌های به‌روزرسانی از پنج و سه سال، کل سرورها نیازی به دور انداختن ندارند و این امر به ضایعات الکترونیکی کمک می‌کند. با رویکرد تفکیک‌شده، اجزا یا زیرسیستم‌های یک سرور را می‌توان در صورت استقرار فناوری جدیدتر جایگزین کرد. یک شاسی خوب طراحی شده می تواند تعدادی از چرخه های فناوری قطعات الکترونیکی را در خود جای دهد که امکان تعویض قطعات را فراهم می کند. با طراحی یک شاسی برای افزایش توان مورد نیاز در آینده برای CPU یا GPU، با در دسترس قرار گرفتن CPUهای جدید، شاسی نباید کنار گذاشته شود.

سرورها را می توان به گونه ای طراحی کرد که طیف وسیعی از CPU و GPU را بپذیرد. با طراحی های خاص سرور، اجزای جدید را می توان جایگزین کرد و ضایعات الکترونیکی مربوط به ارسال کل سرور به محل دفن زباله یا حتی به یک متخصص بازیافت تایید شده را کاهش داد.
در نهایت راه های مختلفی برای کاهش مصرف برق در سطح سرور وجود دارد. مصرف انرژی را می توان با جستجوی بهینه ترین سرورها با فناوری مورد نیاز برای انجام بارهای کاری خاص کاهش داد. استفاده از سرورهای چند نود یا تیغه ای که برخی از اجزای مشترک را به اشتراک می گذارند نیز می تواند قدرت را کاهش دهد استفاده درک فناوری سیستم و یادگیری سیستم مناسب برای شغل مناسب بسیار مهم است.