ジェレミー・クック
データセンターは膨大な量の電力を消費します。その消費は、私たちが当たり前だと思っている現代の情報の利便性と引き換えに妥当なものです。しかし、国際的な不安定さとインフレによりエネルギー価格が急騰しているため、サーバー運営者は自社のシステムがどれだけの電力を消費しているかを注意深く監視しています。
最終的なコスト削減に加えて、エネルギー使用量の削減には、測定が難しいものの、それでも重要な評判上のメリットがあります。すると、「データセンターはどうすれば効率を高めることができるのか」という疑問が生じます。
これらのアイデアは、サーバーの効率をさらに高めるのに役立つかもしれません。
データセンター プロセッサ (x86とARM)
ARMプロセッサ は、歴史的にはサーバー用途では一般的ではありません。しかし、電力効率と物理的に統合された設計が高く評価されているARMアーキテクチャ (スマートフォン市場で主流) は、一般的なコンピューティングやサーバー用途で普及しつつあります。最も顕著な一般的なコンピューティングの例は、AppleのM1からM3プロセッサであり、これらは、今日より広く実装されている x86デバイス に比べて多くの利点をもたらします。
x86ARMは現在でもサーバーで使用されている主要なアーキテクチャですが、ARMでは緊密に統合されたハードウェア実装が可能になり、優れた電力対性能比が実現します。現在ARMを導入している企業には以下のものがあります。
- Ampere: 半導体設計企業のAmpereは、ARMアーキテクチャに基づく効率的で高性能なクラウド ソリューションに重点を置いています。2023年5月にリリースされた主力製品であるAmpereOneプロセッシング ラインは、最大192個のコンピューティング コアを備えており、非常に要求の厳しいアプリケーションを処理できます。AmpereのARMアーキテクチャ ベースのソリューションは、x86設計に比べてパフォーマンスが向上し、同時に電力とラック スペースの要件が削減されることが実証されています。
- NVIDIA: 2023年8月にリリースされるNVIDIAのARMアーキテクチャ ベースのGH200 Grace Hopperコンピューティング プラットフォームは、「より少ないリソースでより多くのことを実現するように設計されています」。2つのCPUダイに144個のARMコアを実装し、900 GB/秒のチップ間相互接続を備えています。このシステムは、データセンターに対する高まる需要を満たすと同時に、ワットあたりのコンピューティング性能を約2倍にします。
潜在的なパフォーマンスの向上は魅力的ですが、x86プロセッサよりもソフトウェア オプションが少ないなど、ARMアーキテクチャの使用には依然として欠点があります。X86は長年にわたって標準であり、多くのサーバーおよび一般的なコンピューティング アプリケーションがこのプラットフォーム向けに作成されています。x86パラダイムは依然として魅力的な選択肢ですが、エネルギー効率が最も重要である場合は、ARMアーキテクチャを新たに検討する価値があります。ニッチなサーバーオプションから、より主流なものへと成長する可能性があります。
電源効率
一般的な電源装置は、AC電源 (例: 120VAC) を受け取り、コンピューティングで使用するために12VDC、5VDC、および3.3VDCに反転/降圧します。この種の反転/変換には本質的にエネルギー損失が伴いますが、損失のレベルは電源の品質に依存します 。幸いなことに、電源は改善されました。その効率性は「80 Plus」評価で示されています。80 Plusという名称は、2004年にプログラムが開始された時点では80% 以上の変換効率を意味していました。供給が改善されるにつれて、この名称は80% よりもどれだけ優れているかを示すさまざまな色にまで拡張されました。
115ボルトからの変換/反転の場合、いくつかの80 Plus定格は次のとおりです。
- 80 Plus White (標準): 動作範囲全体で少なくとも80% の効率。
- 80 Plus Gold: 20% 負荷で少なくとも87% の効率、50% 負荷で90% の効率、100% 負荷で87% の効率。
- 80 Plus Titanium: 10% 負荷で少なくとも90% の効率、20% 負荷で92% の効率、50% 負荷で94% の効率、100% 負荷で90% の効率。
コストと利益の観点から、システム設計者は、どの供給効率が目的に最も適しているかを考慮する必要があります。たとえば、80 Plus Gold電源は50% の負荷で90% の効率で動作します。そのため、最適な効率で動作する大型のGold電源と、100% の負荷で90% の効率で動作する小型のTitanium電源のどちらかを選択する場合、Goldオプションの方が適している可能性があります。この場合、ゴールド オプションを選択すると、効率は低下する可能性がありますが、将来的にさらに多くの電力を適用できるようになります。
48VDCデータセンター電源管理オプション
前述のように、サーバーは従来、AC電源で駆動され、それを降圧して12VDCに変換し、プロセッサ、RAM、その他のコンピューティング要素に電力を供給します。システム設計者は長い間、使用するAC電源の種類 (120VACとより高い電圧など) を考慮してきましたが、新しい傾向としては、配電に48VDCを使用し、使用場所の近くで12VDCに降圧するというものがあります。48VDC方式は、120VACからの完全なステップダウン/反転よりもはるかに簡単な移行を提供し、電力とシステム密度の観点からより効率的です。
データセンターの冷却エネルギー効率を高める独創的なソリューション
サーバーは大量の熱を発生させるため、それを排出する必要があります。電源と48VDC配電により、発熱を抑える効率的なオプションが提供されます。1Uサーバー ラック構成と、より広々とした2U設計も検討できます。2U設計では、冷却のためのスペースが広くなり、コンポーネントの大型化や効率化が可能になりますが、実際の冷却と効率化のメリットがどの程度実現されるかは具体的な実装によって決まります。
地理も要因となる場合があります。寒冷な気候の場所にあるサーバーでは、冷却の必要性が低くなる場合があります。こうした環境のサーバーは、単に熱を排出するだけでなく、双方向の電気メーターによって住宅所有者が余剰電力を電力網に送ることができるのと同様に、都市の暖房網に熱風を送り込むこともできます。場所と利用可能なインフラによっては、この廃熱をエネルギー資源に変換して、エネルギー入力側の支出の一部を相殺できる可能性があります。
データセンターの効率化オプション
電気料金が上昇する一方で、48VDC配電や超高効率電源などの新しいソリューションが継続的に開発されています。新しいソリューションと実証済みのデータセンター エネルギーのベスト プラクティスには、通常、資本支出が必要です。それでも、エネルギー価格の上昇と環境への懸念により、新しい機器の導入はより容易に正当化され、企業の収益と評判にプラスの影響を与える可能性があります。
