كيف حال (آيي) 802.3az استهلاك الطاقة الكهربائية في مراكز البيانات

أزمة الطاقة المتنامية في مراكز البيانات

أما مراكز البيانات فهي الأعمدة غير المنغمة للاقتصاد الرقمي، وتدعم كل شيء من خدمات الإرسال إلى أعباء العمل السحابية في المؤسسة، ومع ذلك فإن شهيتها بالنسبة للكهرباء مذهلة، ووفقا لوزارة الطاقة في الولايات المتحدة، فإن مراكز البيانات تستهلك حوالي 1 إلى 2 في المائة من الكهرباء العالمية، وأن هذه الحصة آخذة في الارتفاع حيث ترتفع كمخابرات صناعية، و5G، والطلب على الدفعات الحوسبة، وفي إطار مرفق نموذجي، يمكن أن تشكل معدات الربط الشبكية 80 في المائة من النفايات.

How IEEE 802.3az Works: The Technical Foundation

EE, ratified as IEEEE 802.3az in 2010, operates at the physical layer (PHY) of the OSI model. It introduces mechanisms for Ethernet devices to enter a low-power idle (LPI) state when there is no data to transmit. The standard applies to twisted-pair copper and backplane Ethernet, including 100BASE-TX, 1000BASE-T

منخفض الطاقة

وخلال عملية النقل هذه، يتوقف جهاز الإرسال عن إرسال إشارات العبث العادية، ويرسل بدلا من ذلك إشارات ظهيرة دورية للحفاظ على التزامن الرابط، ومعدل التجديد أقل بكثير من النمط العاجز المستمر المستخدم في الشبكة الإثيرنتية التقليدية، مما يقلل بشكل كبير من الطاقة التي يستهلكها جهاز إرسال واستقبال PHY، مثلا، يمكن للمسح الحراري أن يدخل في حالة نوم من حالة الاستنفار البالغ عددها ٤ سنوات.

التوقيت والراحة

ومن المتطلبات الرئيسية للتصميم في هذا الصدد أن الانتقال من مرحلة الانتقال من مرحلة الطول إلى مرحلة النشاط يجب أن يكون سريعاً بما يكفي لتجنب فقدان الحزم أو عدم قبوله، ويعرف المعيار فترة الاستيقاظ التي تقل عن 10 ثواني صغيرة لـ 000 1 بيزو - تي وأقل من 4 ثواني صغيرة لـ 10 جيباس - ت. وفي الممارسة العملية، فإن التحول الحديث للسيليكون يحقق تحولات دون المستوى الثاني من العمر، وهذا الرقم يضمن إمكانية نشر شبكات الإنتاج الحقيقي دون استخدامه.

قياس وفورات الطاقة في النشرات العالمية الحقيقية

وقد أكدت الدراسات المستقلة واختبارات البائعين أن EEE تُحدث تخفيضات كبيرة في الطاقة.() وقد خلصت ورقة بحثية من إعداد 2021 منشورة في [(FLT:0)] IIEE Transactions on Green Communications and Networking إلى أن التمكين من إقامة وصلة بين 10GbE في مركز بيانات خفض متوسط استهلاك الطاقة من الموانئ بنسبة 45 إلى 60 في المائة خلال أنماط حركة المرور المعتادة.

وعلى نطاق واسع، مجمع الادخار هذا - يمكن لمركز بيانات متوسط الحجم يضم 000 10 ميناء من موانئ الشبكة العالمية أن يقلل من فاتورة الطاقة التي يبثها عن طريق الشبكات بأكثر من 000 80 كيلوواط في السنة، أي ما يعادل 60 طنا متريا تقريبا من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون، وقد قام عدد كبير من مقدمي السحب، بما في ذلك غوغل وميكروسوفت، بإعطاء EEE فرصة لمساعدتهم على تحقيق أهداف الاستدامة الداخلية.

For further reading, the IEE 802.3az-2010 standard] details the LPI mechanism, and the ]Lawrence Berkeley National Laboratory’s guide on data center energy efficiency] provides best practices for integrating EEE into broader power management strategies.

أفضل الممارسات في مجال تشغيل مركز البيانات

المطابقة بين البرمجيات الحاسوبية ونسخة المستجدات

وتحظى هذه الشبكة بدعم من جميع مراكز المعلومات الوطنية الحديثة تقريباً والمفاتيح التي تستخدمها مراكز البيانات من بائعين مثل سيسكو وأريستا وجونيبر وبرودوكوم، غير أنه يجب تمكينها صراحة من كلا طرفي الوصلة؛ وإذا لم يكن هناك جهاز واحد يدعم، فإن الصلة تعود إلى عملية الدول غير الأعضاء في الشبكة الأوروبية للطاقة الذرية، ومن الضروري التحقق من أن جميع المعدات الموجودة في الممرات المتوسطة، وأنواع الكابلات، التي يمكن أن تعالج عملية التحديث.

17 - التجمع والرصد

وينبغي لمديري الشبكات أن يُمكِّنوا EEE من إقامة روابط مجمَّعة بعناية، وفي حين يمكن استخدام EEE على فرادى أعضاء مجموعة تجميع الوصلة، فإن خوارزمية الموازنة العامة للحمولة قد تُسبِّب بعض الروابط للبقاء متعثرة بينما تكون هناك جهات أخرى مشغولة، فباستخدام شبكة EE لجميع الأعضاء يتيح وصلات إلكترونية بالنوم، ولكن ينبغي أن يُراعى في الوقت نفسه توقيت التخلف.

الحساسية التطبيقية

وقد تحتاج أعباء العمل التي تراعي ظروف الطوارئ، مثل التجارة العالية التردد، أو التحليلات في الوقت الحقيقي، أو بعض تطبيقات الرقابة الصناعية - إلى إعاقة EEE على وصلات حرجة، غير أن تنفيذات التعليم الإلكتروني الحديثة مع الاستيقاظ في فترة ما دون المتوسط الثانية، تُدخل مُجَرَّة لا تُذكر بالنسبة لمعظم تطبيقات المشاريع، ويوصى بإجراء اختبارات حركة المرور الخاضعة للرقابة قبل بدء التنفيذ على نطاق واسع.

التحديات والحدود

وإحدى القيود هي أن وفورات الطاقة تتناقص مع ارتفاع استخدام الوصلة، أما بالنسبة للوصلات التي تستخدم بشدة (مثلاً، أعلى من 70 في المائة في المتوسط)، فإن فترة الانتقال من الخدمة المدنية لا تنفق سوى القليل من الوقت في مجال الطاقة الكهربائية، وبالتالي فإن خفض الطاقة عموماً متواضع، وبالإضافة إلى ذلك، فإن بعض التحولات القديمة ومراكز التشغيل الوطنية تنفذ بشكل ضعيف، مما يتسبب في حدوث تداخل أو أحداث إيقاظ مفرطة تؤدي في الواقع إلى زيادة استهلاك الطاقة الكهربائية.

وثمة تحد آخر هو قابلية التشغيل المتبادل بين كابلات النحاس المباشر التي تستخدمها شركة 10GBASE-T وشركة SFP+، في حين أن 10GBASE-T تدعم دعماً كاملاً EEE، فإن شركة SFP+ DACs كثيراً ما تتخطى فترة السنتين ولا تستطيع بالتالي أن تستغل EE.

وفيما يتعلق بالنظافة إلى ما وراء النحاس، تم توحيد EE للشبكة الإثيرية البصرية (مثلاً، 25GbE، 40GbE، 100GbE) في التعديلات اللاحقة (E 802.3bj، 802.3bm)، وهي تستخدم آلية مختلفة تسمى " PHY low-power mode " بدلاً من LPI، ولكن مبدأ توفير الطاقة هو نفسه.

دور EE في مبادرات مركز البيانات الأخضر

(ب) شبكة الطاقة الإلكترونية الفعالة هي عنصر رئيسي من عناصر أطر تكنولوجيا المعلومات الخضراء الكبرى مثل مدونة قواعد السلوك الخاصة بمراكز البيانات التابعة للاتحاد الأوروبي وبرنامج الولايات المتحدة لمحطة الطاقة الإلكترونية (EPA) من أجل معدات مراكز البيانات، وبخفض الرؤوس العامة للشبكة، تتيح EE للمشغلين تخصيص المزيد من حمولة تكنولوجيا المعلومات لديهم لضبط وتخزينها، وتحسين فعالية استخدام الطاقة عموماً، علاوة على ذلك، نظراً لتقليص تأثيرات الطاقة.

وبالنسبة للمنظمات التي تسعى إلى تحقيق أهداف كربون صافية، فإن إدماج EEE هو خطوة منخفضة الأثر، وخلافاً لاستبدال الخواديم أو تحديث نظم التبريد، فإن التمكين من إنشاء شبكة EEE في كثير من الأحيان هو برنامج حاسوبي أو تغيير في إطار برامجيات ثابتة دون نفقات رأسمالية، إذ يقدم العديد من مقدمي الخدمات السحابية EEE باعتبارها إطاراً غير مقصود على أساس عمليات إلكترونية وطنية وعلى أساس مقياس أحادي، يستفيدون من جميع المستأجري.

ما بعد 802.3az: Future-Proofing with IEEE 802.3bz and 802.3cd

ولا تزال الصناعة تطور تقنيات الاقتصاد في الطاقة، حيث يمكن أن تتضمن هذه الصناعة، في إطارها، آليات للكفاءة في الطاقة تعتمد على مبادئ EEEE 802.3bz (2.5GE) و5GbE) و802.3cd (50GbE و100GbE) تستخدم فيها أجهزة دعم جديدة في مجال الطاقة تعتمد على مبادئ EEE، ولكنها تُستخدم على النحو الأمثل في زيادة السرعة وقصر المسافات.

ونظراً لأن مراكز البيانات تهاجر إلى 25GbE/100GbE من الطبقات العليا، ينبغي للمشغلين أن يخططوا للصور الضوئية والتوقعات الصحية الأولية التي يمكن أن تكون قابلة للتعلم، وما زال الفريق العامل المعني بالطاقة 802.3 () يصقل كفاءة الطاقة في كل تعديل جديد، بما يكفل أن يكون حجم وفورات الطاقة مع متطلبات مركز النطاق الترددي يبلغ 30 في المائة من هذه الفئة.

خاتمة

ونظراً لأن الشبكة الكهربائية للطاقة، التي تعمل بكفاءة 802.3، هي آلية ثابتة قائمة على المعايير لخفض استهلاك الطاقة في شبكات مراكز البيانات دون التضحية بالأداء، فإن وضع أي موانئ متقطعة في دول منخفضة الطاقة، وإيقاظها فقط عند الحاجة، فإن EEE، يحقق تخفيضات قابلة للقياس في استخدام الكهرباء، وانبعاثات الكربون، وتكاليف التبريد، ويحظى هذا المعيار بدعم واسع في الأجهزة الحديثة، ويسهل تطوير الهياكل الأساسية القائمة.

Additional resources: U.S. Department of Energy Data Center Energy Efficiency] and ]A comprehensive review of Energy Efficient Ethernet in data centers (ScienceDirect, 2021).