‌چگونه میزان توان مصرفی یک مرکز داده را بر مبنای تعداد رک‌ها محاسبه کنیم؟ (بخش چهارم)

‌چگونه میزان توان مصرفی یک مرکز داده را بر مبنای تعداد رک‌ها محاسبه کنیم؟ (بخش چهارم)

پاسخ کوتاه: برای محاسبه دقیق توان مصرفی هر ردیف از رک سرور، باید نسبت «اوج مصرف به میانگین توان» هر رک را در نظر بگیرید؛ این نسبت همیشه عددی مساوی یا بزرگ‌تر از 1 است. طراحی بر مبنای اوج مصرف ایمن‌تر اما پرهزینه‌تر است، طراحی بر مبنای میانگین توان مقرون‌به‌صرفه‌تر اما با ریسک کمبود ظرفیت همراه است. انتخاب درست بین این دو روش به تنوع تجهیزات، برنامه توسعه آینده و بودجه سازمان بستگی دارد.

اگر همه رک‌ها توان مصرفی یکسانی داشته باشند، تعیین ظرفیت به سادگی امکان‌پذیر است. با این‌حال، یک چنین شرایط ایده‌آلی به ندرت به وجود می‌آید و همواره رک‌هایی با توان مصرفی مختلف در مراکز داده نصب می‌شوند. به عبارت دیگر، ظرفیت رک‌ها از حالت صفر (پچ‌پنل‌ها) تا 30 کیلوات (سرورهای تیغه‌ای با ظرفیت بالا) متفاوت از یکدیگر هستند. همین موضوع تعیین ظرفیت موثر را به سختی امکان‌پذیر می‌کند.

به عنوان یک قاعده کلی به این نکته توجه داشته باشید در ردیفی که رک‌ها توان متغیر دارند، میانگین توان رک از اوج مصرف کمتر است و به همین دلیل اوج مصرف به متوسط واقعی توان رک همواره مقداری مساوی 1 یا بزرگ‌تر است. به همین دلیل کارشناسان پیشنهاد می‌کنند در زمان طراحی ردیف‌ها از روش‌های جایگزین مختلف برای تعیین توان مصرف استفاده شود تا اگر رک‌هایی با توان مختلف در ردیف‌ها قرار گرفتند امکان محاسبه توان مصرفی امکان‌پذیر شود. از جمله این روش‌ها به مورد زیر می‌توان اشاره کرد:

طراحی تمامی رک‌‌ها در حالت ردیفی برای اوج مصرف (Design all racks in row to peak):
در روش فوق، ظرفیت برق و سرمایش هر ردیف فراتر از مصرف حداکثری رک محاسبه می‌شود. در این حالت ظرفیت بر مبنای این فرضیه محاسبه می‌شود که مصرف برق تمامی رک‌ها در یک ردیف همواره در حالت حداکثری قرار دارد و به همین دلیل ظرفیت را فراتر از حالت حداکثری محاسبه می‌کنند. روش فوق یک مشکل بزرگ دارد که هزینه‌های پیاده‌سازی عملیاتی و مصرفی را افزایش می‌دهد و بهره‌وری برق را کاهش می‌دهد. در روش فوق اگر نسبت مقدار اوج مصرف هر رک بر میانگین توان مصرف برابر 1 شود، هدررفت جبران شده و سازمان هزینه‌های بیهوده‌ای پرداخت نمی‌کند، اما اگر مقدار فوق در هر ردیف 1.5 برابر یا بیشتر افزایش پیدا کند، هدررفت محسوسی به وجود می‌آید. عیب دیگر روش فوق این است که تعیین توان متناسب با مصرف حداکثری باعث پیچیده‌ترین شدن سناریوهای طراحی می‌شود، زیرا سازمان ممکن است در آینده به دنبال پیاده‌سازی ناحیه پرظرفیت درون مرکز داده فعلی باشد، اما با محدودیت‌های توان مصرفی و سرمایشی روبرو شود. در نتیجه شیوه فوق چندان بهینه و مطلوب نیست، مگر در شرایطی که مقدار اوج مصرف به میانگین توان مصرفی رک‌ها مقداری نزدیک به 1 باشد که در عمل دستیابی به چنین شرایط آرمانی به سختی امکان‌پذیر است.

طراحی تمامی رک‌ها در حالت ردیفی برای (دستیابی به) میانگین توان (Design all racks in row to average):
در روش فوق تمامی رک‌ها با مصرف توان متوسط پیاده‌سازی می‌شوند. راهکار فوق ساده است، اما همانند روش قبل خالی از ایراد نیست. در روش فوق، رک‌هایی که توان مصرفی آن‌ها فراتر از توان متوسط است کنار گذاشته می‌شوند تا مصرف تمامی رک‌ها برابر یا کمتر از مقدار متوسط تعیین شده شود. روش فوق ایراد بزرگ دیگری نیز دارد. در زمان طراحی با رک‌هایی روبرو می‌شویم که ظرفیت واقعی آن‌ها کمتر از مقدار مشخص شده در طراحی است که همین مسئله مشکل افزایش ظرفیت بدون استفاده برق و سرمایش را به وجود می‌آورد که امکان به‌کارگیری این ظرفیت اضافی در رک‌های دیگر فراهم نیست، زیرا هر ردیف به شکلی طراحی شده که برق و سرمایش را به مقدار متوسط رک‌ها تامین کند. برخی از سرپرستان شبکه این سناریو را مطرح می‌کنند که این امکان وجود دارد تا یک شاسی تیغه‌ای 4 کیلواتی را در ردیفی نصب کرد که برای توان 2 کیلووات طراحی شده و در ادامه از 2 کیلوات توان بلااستفاده رک دیگری از طریق یک انشعاب برق استفاده کرد تا برق موردنیاز شاسی تیغه‌ای تامین شود، اما پیاده‌سازی مکانیزم سرمایشی برای یک شاسی 4 کیلوواتی کار ساده‌ی نیست، زیرا سیستم سرمایش برای خنک‌کردن رک‌های با توان فراتر از 2 کیلووات طراحی نشده است.
دو راهکاری که به آن‌ها پرداخته شد به وضوح نشان می‌دهند نسبت اوج مصرف بر میانگین توان هر رک در یک ردیف باید به شکل دقیق محاسبه شده و مقدار آن بزرگ‌تر از یک (ratio of peak to average rack power in a row should be specified and it should be greater than one) باشد. انتخاب صحیح این مقدار به تنوع رک‌ها وابسته است. شکل زیر تاثیر نسبت اوج مصرف بر میانگین توان رک را بر مبنای هزینه تمام شده برق و سرمایش با توجه به پارامترهایی همچون سطوح گوناگون و تنوع ظرفیت میان رک‌ها به ازای هر کیلووات مصرفی تجهیزات فناوری‌اطلاعات نشان می‌دهد.

‌چگونه میزان توان مصرفی یک مرکز داده را بر مبنای تعداد رک‌ها محاسبه کنیم؟ (بخش چهارم)

در شکل بالا مشاهده می‌کند هر زمان برق مصرفی تمامی رک‌ها یکسان باشد، آن‌گاه نسبت اوج مصرف بر میانگین توان رک‌ها برابر با 1 خواهد بود. در این حالت هزینه تمام شده در شرایط ایده‌آل قرار دارد.

چگونه نسبت اوج مصرف به میانگین توان را در عمل کاهش دهیم؟

در عمل رسیدن به نسبت دقیقاً برابر با 1 تقریباً غیرممکن است، اما با چند اقدام عملی می‌توان این نسبت را به مقدار قابل قبولی نزدیک کرد و از هدررفت سرمایه جلوگیری کرد:

۱. گروه‌بندی رک‌ها بر مبنای پروفایل توان مصرفی

به‌جای پراکنده کردن رک‌های پرمصرف در میان رک‌های کم‌مصرف، آن‌ها را در ردیف‌های اختصاصی با ظرفیت برق و سرمایش متناسب قرار دهید. این کار باعث می‌شود هر ردیف پروفایل مصرف یکنواخت‌تری داشته باشد و نسبت اوج به میانگین کاهش پیدا کند.

۲. استفاده از رک‌های با ظرفیت متغیر و PDU هوشمند

به‌کارگیری واحدهای توزیع برق قابل‌پایش (PDU هوشمند) اجازه می‌دهد مصرف واقعی هر رک به‌صورت لحظه‌ای رصد شود. این داده‌ها به تیم زیرساخت کمک می‌کند تصمیمات دقیق‌تری درباره جابه‌جایی یا اضافه کردن تجهیزات بگیرند و از تخصیص ظرفیت بر مبنای حدس و گمان پرهیز کنند.

۳. برنامه‌ریزی برای رشد تدریجی به‌جای طراحی یک‌باره

همان‌طور که در بخش سوم این مجموعه توضیح داده شد، پیاده‌سازی محاسبه گام‌به‌گام توان مصرفی مرکز داده اجازه می‌دهد ظرفیت متناسب با نیاز واقعی سازمان تعریف شود، نه بر مبنای پیش‌بینی‌های آرمانی که در عمل محقق نمی‌شوند.

مثال ساده برای درک بهتر محاسبه ظرفیت ردیف

فرض کنید یک ردیف شامل ۱۰ رک است. اگر بیشتر رک‌ها مصرفی نزدیک به میانگین داشته باشند و تنها یک یا دو رک اوج مصرف بسیار بالاتری نسبت به بقیه داشته باشند، طراحی بر مبنای اوج مصرف باعث می‌شود ظرفیت برق و سرمایش کل ردیف بر مبنای همان یک یا دو رک استثنایی تعیین شود؛ این یعنی هزینه اضافی برای رک‌هایی که هرگز به آن ظرفیت نیاز ندارند. در مقابل، اگر همان یک یا دو رک پرمصرف را در ردیف جداگانه‌ای با پیاده‌سازی و نصب اختصاصی رک سرور قرار دهیم، می‌توان برای بقیه ردیف از ظرفیت میانگین استفاده کرد و در کل هزینه زیرساخت را کاهش داد.

اشتباهات رایج در تعیین ظرفیت توان ردیف رک‌ها

سوالات متداول

نسبت اوج مصرف به میانگین توان دقیقاً چه چیزی را نشان می‌دهد؟

این نسبت میزان فاصله بین حداکثر مصرف لحظه‌ای یک رک و میانگین مصرف واقعی آن در طول زمان را نشان می‌دهد. هرچه این عدد به ۱ نزدیک‌تر باشد، طراحی ظرفیت برق و سرمایش بهینه‌تر است.

کدام روش طراحی برای مراکز داده کوچک مناسب‌تر است؟

در مراکز داده کوچک که تنوع تجهیزات کمتر است، معمولاً طراحی بر مبنای میانگین توان با کمی حاشیه اطمینان انتخاب مناسب‌تری است، اما اگر یکی دو دستگاه پرمصرف وجود دارد بهتر است آن‌ها را در ردیف جداگانه قرار داد.

آیا افزایش نسبت اوج به میانگین همیشه بد است؟

نه لزوماً؛ در برخی موارد پذیرفتن نسبت بالاتر برای انعطاف‌پذیری در برابر رشد آینده یک تصمیم آگاهانه است، اما باید این هزینه اضافه از ابتدا در بودجه‌بندی پروژه لحاظ شود.

چگونه می‌توان مصرف واقعی رک‌ها را برای این محاسبات اندازه‌گیری کرد؟

استفاده از PDUهای هوشمند و نرم‌افزارهای مدیریت زیرساخت مرکز داده (DCIM) رایج‌ترین روش برای ثبت مصرف لحظه‌ای و میانگین توان هر رک است.

جمع‌بندی

تعیین ظرفیت توان ردیف‌های رک، تعادلی است میان اطمینان (طراحی بر مبنای اوج مصرف) و بهینه‌سازی هزینه (طراحی بر مبنای میانگین توان). بهترین رویکرد معمولاً ترکیبی است: گروه‌بندی رک‌های همسان در یک ردیف، پایش مستمر مصرف واقعی و برنامه‌ریزی گام‌به‌گام برای توسعه. برای مرور کامل مراحل قبلی این محاسبات، مطالعه بخش سوم همین مجموعه درباره پیاده‌سازی گام‌به‌گام ظرفیت مرکز داده توصیه می‌شود. برای آشنایی با استانداردهای بین‌المللی سرمایش و توان مراکز داده نیز می‌توانید به منابع فنی ASHRAE مراجعه کنید.