03 mei 2016Sluit venster
Case study: 20% energiebesparing dankzij simpele truc
Utrecht - Met Demand Based Switching zet een processor bij beperkt gebruik automatisch de kloksnelheid omlaag. Hierdoor bespaar je stroom, zonder dat het impact heeft op de performance. Diederik de Graaf deed onderzoek naar de servers van SURFdrive en ontdekte dat het energieverbruik omlaag kan met ongeveer 20%. Dit simpele trucje bestaat al een tijdje, maar wordt verrassend weinig gebruikt. Vooral bij kleinere data centers, waar Nederland er juist veel van heeft, wordt het nog weinig toegepast. Bij SURFsara staat duurzaamheid hoog in het vaandel. Er werden verschillende initiatieven gestart die een bijdrage leveren aan kennis en bewustwording op het gebied van duurzaam ondernemen en groene ICT. Stroomverbruik speelt hierbij een belangrijke rol. Door de enorme wereldwijde groei van het aantal data centers en servers, stijgt het stroomverbruik in een rap tempo. Adviesbureau CE Delft verwacht volgens een rapport uit 2016 een groei in stroomverbruik door datacenters van 80% in de periode 2013-2020. Nederland is bij uitstek een populair land voor data centers.

Hetzelfde onderzoek concludeert echter ook dat er per saldo een daling van 10 tot 20% wordt verwacht binnen de ICT-sector, met name door cloud-toepassingen en efficiency-verbeteringen. De case study bevestigt deze voorspelling.

SURFdrive is een dienst van SURF die cloudopslag aanbiedt aan onderwijs- en onderzoeksinstellingen. Het is de dienst bij SURF met verreweg het sterkst groeiende aantal gebruikers: momenteel gebruiken 16.000 docenten en studenten deze cloudopslag. SURFdrive beschikt nu over 60 servers. Voor het onderzoek werd een aantal servers gebruikt om de mogelijkheden van Power Management uit te testen in een productieomgeving.

Power Management kent meerdere definities, maar valt hier te definiëren als de mogelijkheden die computeronderdelen bieden om stroom te besparen. De methodes om stroom te besparen van de verschillende serverfabrikanten, zoals Dell of HP, varieren. Ook fabrikanten van losse onderdelen zetten in op energiebesparing, zoals Intel of AMD voor hun processoren. Een processor (of CPU) voert de berekeningen uit voor een computer. De processor verbruikt een groot deel van de stroom in een server, zelfs als hij maar 10% van de tijd aan het werk is, wat vaak het geval is.

Zelden hoeft een processor dus op volle capaciteit te werken. Iedereen die wel eens zijn hand boven een draaiende processor heeft gehouden weet dat deze ontzettend heet kunnen worden. Wat je voelt is de dissipatie die optreedt, een proces dat resulteert in verloren energie. Alleen in een perfecte wereld zou alle energie volledig benut worden. Dus hoe zorg je ervoor dat er minder van deze energie verloren gaat?

Door je processor rustig aan te laten doen. Snelheid kan een verwarrend begrip zijn als het gaat om processoren, maar een manier om de processor sneller te laten werken is het verhogen van de kloksnelheid. De kloksnelheid geeft aan hoe vaak de processor een handeling uitvoert; een moderne processor van 3 GHz voert 3 miljard handelingen per seconde uit. Echter, hoe hoger de kloksnelheid, hoe warmer de processor wordt en hoe meer energie er verloren gaat. Bij een processor die niet volledig wordt benut, lijkt het dus zonde om een hele hoge kloksnelheid te hebben, als hij met minder net zo goed werkt.

En dat is het ook. Bij een lagere kloksnelheid gaat het energieverbruik omlaag, en de utilisatie (nuttige inzet) van de processor omhoog. Maar wat als de processor wel volledig benut moet worden? Dan betekent een lagere kloksnelheid dat je jezelf in de vingers snijdt, omdat je processor langzamer draait. Daarom beschikken de processoren van Intel en AMD over Demand Based Switching, ook wel Dynamic Frequency/Voltage Scaling. Dit zorgt ervoor dat de processor bij beperkt gebruik automatisch de kloksnelheid omlaag zet, en bij een hoge utilisatie de kloksnelheid weer omhoog. Hierdoor bespaar je stroom, zonder dat het een impact heeft op de performance.

Dit simpele trucje bestaat al een tijdje, maar wordt verrassend weinig gebruikt, zowel door fabrikanten als gebruikers. Dell past het sinds de laatste generaties servers al volop toe, maar dit geldt niet voor alle fabrikanten. Hoewel het in principe mogelijk is op elke server met een Intel- of AMD-processor (lees: allemaal), is het niet altijd even toegankelijk. Vooral bij kleinere data centers, waar juist Nederland er veel van heeft, wordt hier nog niet veel mee gedaan. Giganten als Google, waar tegenwoordig het stroomverbruik een groter deel uitmaakt van de Total Cost of Ownership dan de inkoopprijs van de hardware, gebruiken het al veel meer.

Bij SURFdrive is het stroomverbruik van de servers die omgezet zijn naar Power Management gedaald met ongeveer 20%. Doordat de kloksnelheid omlaag gaat, gaat de utilisatie van de processor omhoog: deze steeg van gemiddeld 10% naar gemiddeld 20%. Pieken in de utilisatie stegen van 20% naar 30%, dus nog steeds een bescheiden deel van de maximum capaciteit.

Om een beeld te schetsen, zouden we deze resultaten kunnen vergelijken met een besparing op basis van kosten of CO2-uitstoot. Let op: deze cijfers zijn een schatting, enkel bedoeld om een indruk te krijgen van de hoeveelheden. Volgens het rapport van CE Delft is het totale energieverbruik van datacenters 1,36 TWh per jaar. Uitgaande van een prijs van 0,10 euro per KWh, zou een stroombesparing van 20% neerkomen op ongeveer 1,36 euro miljoen per jaar. Wat betreft CO2-uitstoot staat dit gelijk aan de gemiddelde uitstoot van ruim 20.000 Nederlandse huishoudens.

Diederik de Graaf studeert System and Network Engineering aan de Hogeschool van Amsterdam. Eerder ontwierp hij voor het project Greening The Cloud met een team van medestudenten een virtualisatieplatform dat ook energieverbruik monitort. Hij voerde bovenstaand onderzoek uit in het kader van een stage bij SURFsara.
http://blog.surf.nl/case-study-20-energiebesparing-dankzij-simpele-truc/
Sluit venster