Por Jeremy Cook
Los centros de datos consumen una gran cantidad de electricidad. Ese consumo es una compensación razonable por las comodidades informáticas modernas que sencillamente damos por sentado. Sin embargo, una drástica subida de los precios de la energía debido a la inestabilidad internacional y la inflación ha provocado que los operadores de servidores observen de cerca el consumo de energía de sus sistemas.
Además de la reducción de los costos en el balance, reducir el consumo de energía tiene beneficios para la reputación que son más difíciles de medir, aunque aún son significativos. La pregunta entonces es: "¿cómo pueden los centros de datos aumentar su eficiencia?".
Estas ideas pueden ayudarle a lograr una mayor eficiencia con sus servidores.
Procesadores de centros de datos (x86 versus ARM)
Los procesadores ARM no son históricamente comunes en funciones de servidor. Pero la arquitectura ARM, apreciada por su eficiencia energética y su diseño físicamente integrado (dominante en el mercado de teléfonos inteligentes), es cada vez más frecuente en funciones informáticas y de servidor en general. Los ejemplos de informática general más prominentes son los procesadores M1 a M3 de Apple, los que permiten muchos beneficios por sobre los dispositivos x86, cuya implementación es más generalizada hoy en día.
Si bien x86ARM aún es la principal arquitectura que se usa en los servidores hoy en día, ARM permite implementaciones de hardware estrechamente integradas que logran una excelente relación potencia-rendimiento. Entre las empresas que implementan ARM en la actualidad se encuentran:
- Ampere: el diseñador de semiconductores Ampere se centra en soluciones de nube eficientes de alto rendimiento que se basan en la arquitectura ARM. Lanzada en mayo de 2023, su principal línea de procesamiento, AmpereOne, cuenta con hasta 192 núcleos de cómputo, lo que le permite manejar aplicaciones extremadamente exigentes. Se ha demostrado que las soluciones basadas en arquitectura ARM de Ampere aumentan el rendimiento en comparación con diseños x86, mientras disminuyen los requisitos de potencia y espacio en el gabinete.
- NVIDIA: lanzada en agosto de 2023, la plataforma informática GH200 Grace Hopper basada en arquitectura ARM de NVIDIA está “diseñada para hacer más con menos”. Implementa 144 núcleos ARM en dos microplaquetas de CPU e incluye una interconexión de 900 GB/s de chip a chip. El sistema satisface las crecientes demandas de centros de datos, mientras prácticamente duplica el rendimiento informático por watt.
Si bien las potenciales ganancias de rendimiento entusiasman, aún hay desventajas por usar la arquitectura ARM, lo que incluye menores opciones de software que para los procesadores x86. X86 ha sido el estándar durante años: muchas aplicaciones informáticas generales y de servidor están pensadas para él. Si bien el paradigma de x86 todavía presenta una opción atractiva, si la eficiencia energética es primordial, entonces vale la pena considerar nuevamente la arquitectura ARM. Puede que crezca de ser una opción de servidor de nicho a algo más popular.
Eficiencia del suministro de energía
Los suministros de energía típicos toman la alimentación de CA (p. ej, 120 V CA), y la invierten o reducen a 12 V CC, 5 V CC y 3,3 VCC para uso informático. Este tipo de inversión o conversión involucra inherentemente pérdida de energía, pero el nivel de pérdida depende de la calidad del suministro de energía. Afortunadamente, los suministros de energía han mejorado. Su eficiencia se indica con la calificación "80 Plus". El término 80 Plus significa un 80 % o más de eficiencia de conversión en el lanzamiento del programa en 2004. A medida que mejoraron los suministros, esto se extendió a diferentes colores que indicaban en cuánto superaban el 80 %.
Para una conversión o inversión de 115 voltios, varias clasificaciones 80 Plus son las siguientes:
- 80 Plus White (estándar): al menos 80 % de eficiencia en todo su rango de operación.
- 80 Plus Gold: al menos 87 % de eficiencia con 20 % de carga, 90 % de eficiencia con 50 % de carga, 87 % de eficiencia con 100 % de carga.
- 80 Plus Titanium: al menos 90 % de eficiencia con 10 % de carga, 92 % de eficiencia con 20 % de carga, 94 % de eficiencia con 50 % de carga, 90 % con 100 % de carga.
Desde un punto de vista de costo-beneficio, los diseñadores del sistema deben considerar cuál eficiencia de suministro funciona mejor para su propósito. Por ejemplo, un suministro 80 Plus Gold funciona con una eficiencia de 90 % a una carga de 50 %, por lo que si la elección es entre un suministro Gold más grande que funciona con una eficiencia óptima o un suministro Titanium más pequeño que funciona con un 90 % de eficiencia cuando está cargado al 100 %, la opción Gold sería preferible. En este caso, la opción Gold también permitiría más potencia que se podría aplicar en el futuro, aunque posiblemente con una menor eficiencia.
Opción de administración de potencia de centro de datos de 48 V CC
Como se mencionó, los servidores se alimentan tradicionalmente con energía de CA que se ha reducido e invertido a 12 V CC para alimentar procesadores, RAM y otros elementos informáticos. Los diseñadores de sistemas han considerado durante mucho tiempo el tipo de alimentación de CA que se usa (p. ej., 120 V CA versus tensiones más altas), pero una tendencia más reciente es usar 48 V CC para la distribución de energía, que luego se reducen a 12 V CC más cerca del lugar donde se usa. El método de 48 V CC brinda una transición mucho más simple que la reducción o inversión completa de 120 V CA, y puede ser más eficiente desde una perspectiva de energía eléctrica y densidad de los sistemas.
Soluciones creativas para la eficiencia energética del enfriamiento de centros de datos
Los servidores generan mucho calor que se debe extraer. Los suministros de energía y la distribución de 48 V CC presentan opciones de eficiencia que pueden significar una menor generación de calor. También se puede considerar una configuración de gabinete de servidores de 1U en comparación con el diseño más espacioso de 2U. El diseño de 2U permite más espacio para el enfriamiento, junto con componentes más grandes y potencialmente más eficientes; aunque la implementación específica determinará los beneficios reales de enfriamiento y eficiencia que se logren.
La geografía también puede ser un factor. Los servidores ubicados en un clima frío pueden necesitar menos enfriamiento. Además de simplemente expulsar el calor, los servidores en estos entornos pueden incluso bombear aire caliente a la red de calefacción de una ciudad, de manera similar a cómo la medición eléctrica bidireccional permite a los propietarios enviar el exceso de energía a la red eléctrica. Según la ubicación e infraestructura disponible, puede que sea posible convertir este calor residual en un recurso energético que compense algo del gasto en la entrada de energía.
Opciones de eficiencia para centros de datos
Mientras la electricidad sube de precio, constantemente se desarrollan nuevas soluciones, como la distribución de energía de 48 V CC y suministros de energía ultraeficientes. Las soluciones novedosas y las mejores prácticas energéticas comprobadas en centros de datos normalmente requieren un desembolso de capital. Aún así, con el aumento en los precios de la energía y las preocupaciones ambientales, puede que sea más fácil justificar los nuevos equipos, lo que contribuye de manera positiva a los resultados y la reputación de una empresa.
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