بحران فزاینده انرژی در مراکز داده

مراکز داده ستون های ناشناخته اقتصاد دیجیتال هستند، حمایت از همه چیز از خدمات جریان به حجم کاری ابر شرکت، با این حال اشتهای آنها برای برق شگفت انگیز است. با توجه به وزارت انرژی ایالات متحده، مراکز داده حدود 1 -2٪ از برق جهانی را مصرف می کنند، و این به اشتراک می گذارد به عنوان هوش مصنوعی، 5G و تقاضای درایو لبه جریان در داخل یک مرکز معمولی، شبکه، اتصال مستقیم شبکه، زمانی که هیچ اتصال به طور مستقیم از منابع انرژی هدر رفته است.

چگونه IEEE 802.3az Works: بنیاد فنی

EEE، که در سال 2010 به عنوان IEEE 802.3az تصویب شد، در لایه فیزیکی (PHY) مدل OSI عمل می کند.این مکانیسم هایی را برای دستگاه های اترنت معرفی می کند تا وارد حالت کم نیروی (LPI) شود که هیچ اطلاعاتی برای انتقال وجود ندارد. استاندارد برای مس پیچ خورده و خم و خم و برگشت، از جمله 100B-TX، 1000-T و 10GB-ASE-T و همچنین فیبرهای نوری مانند 10GB-GB-GB-GB-F.

حالت Idle (LPI)

در طول LPI، فرستنده سیگنال های معمولی را ارسال می کند و در عوض سیگنال های تازه سازی دوره ای را برای حفظ هماهنگ سازی لینک ارسال می کند. نرخ تازه سازی بسیار پایین تر از الگوی مداوم بی کار مورد استفاده در اترنت معمولی است، به طور چشمگیری کاهش قدرت مصرف شده توسط فرستنده و گیرنده فیزیکی برای 10GBASE-T، به عنوان مثال، PHY می تواند وارد حالت خواب شود که قدرت را از حدود 46 به کمتر از 1 وات جذب می کند.

بیداری و تیمینگ و Latency

یک نیاز طراحی کلیدی EEE این است که انتقال LPI به حالت فعال باید به اندازه کافی سریع باشد تا از از از دست دادن بسته یا تاخیر غیر قابل قبول جلوگیری شود. استاندارد زمان بیداری کمتر از 10 میکرو ثانیه برای 1000BASE-T و کمتر از 4 میکرو ثانیه برای 10GBASE-T در عمل، سوئیچ مدرن سیلیکون به درستی انتقال میکرو ثانیه ای را به دست می آورد که بدون اینکه سیستم های مالی واقعی را مهندسی کند و یا بدون اینکه بتواند بر روی شبکه های واقعی مانند تاثیر واقعی آن بر روی شبکه های مالی نصب شود.

اندازه گیری صرفه جویی در انرژی در استقرار واقعی جهانی

مطالعات مستقل و تست های فروشنده تایید کرده اند که EEE کاهش قابل توجهی از قدرت را ارائه می دهد. A 2021 مقاله تحقیقاتی منتشر شده در معاملات در ارتباطات سبز و شبکه دریافت که فعال کردن EEE در یک لینک 10GbE در یک مرکز داده، مصرف متوسط برق را 45-60٪ در طول الگوهای ترافیکی معمولی کاهش می دهد که 80٪ از زمان معمول است - صرفه جویی در شرق - صرفه جویی در شرق - صرفه جویی در شرق غربی.

در مقیاس، این ترکیب ذخیره سازی.یک مرکز داده متوسط با 10000 پورت 10GbE می تواند لایحه انرژی شبکه خود را با بیش از 800000 کیلووات ساعت در سال کاهش دهد، معادل تقریبا 60 تن از انتشار CO2 عمده، از جمله گوگل و مایکروسافت، EEE عمومی با کمک به آنها برای دستیابی به اهداف پایداری داخلی.

برای مطالعه بیشتر، [IEEE 802.3az-2010 استاندارد جزئیات مکانیسم LPI و راهنمای آزمایشگاه ملی قانون گذاری برکلی در بهره وری انرژی مرکز داده بهترین شیوه ها برای ادغام EEE به استراتژی های مدیریت برق گسترده تر فراهم می کند.

پیاده سازی بهترین روش ها برای اپراتورهای مرکز داده

قابلیت های سخت افزاری و Updates

EEE تقریبا در تمام سرورهای مدرن NICs و سوئیچ های مرکز داده از فروشندگان مانند سیسکو، Arista، Juniper و Broadcom پشتیبانی می شود، با این حال، EEE باید به طور واضح در هر دو انتهای لینک فعال شود؛ اگر یک دستگاه فاقد پشتیبانی باشد، لینک به عملیات غیر EEA بازگردد، ضروری است که تأیید کند که تمام سخت افزار در مسیر - از جمله آخرین پانل های پچ متوسط - به ویژه سیستم های انتقال کمتر - ممکن است برای به روز رسانی های کوچک تر از 10 گیگابایتی که قادر به روز رسانی های وصل هستند.

پیکربندی و نظارت

مدیران شبکه باید EEE را در لینک های جمع آوری شده (LACP) به دقت فعال کنند در حالی که EEE می تواند در اعضای فردی از یک گروه تجمع لینک استفاده شود، الگوریتم متعادل سازی بار کلی ممکن است برخی از لینک ها را به حالت بی قرار باقی بماند در حالی که دیگران مشغول هستند.استفاده از EconfigEE در همه اعضا اجازه می دهد تا لینک های بیهوده به خواب متصل شوند، اما تأخیر در زمان شکست خوردن ابزارهای SNMP و انتقال واقعی (Fg)

حساسیت

حجم کاری حساس به عدم اطمینان – مانند معاملات با فرکانس بالا، تجزیه و تحلیل زمان واقعی یا برخی برنامه های کنترل صنعتی – ممکن است نیاز به EEE معلول در لینک های بحرانی داشته باشد، با این حال، پیاده سازی های مدرن EEE با پس انداز زیر میکرو ثانیه، برای اکثر برنامه های کاربردی سازمانی، معرفی کننده ی ظریفی است.

چالش ها و محدودیت ها

EEE یک محدودیت پاناس نیست که صرفه جویی در انرژی به عنوان افزایش استفاده از لینک کاهش می یابد.در پیوندهای به شدت مورد استفاده (به عنوان مثال، بالاتر از 70٪ میانگین)، PHY زمان کمی در LPI صرف می کند، بنابراین کاهش کلی قدرت کم است، برخی از سوئیچ های پورت قدیمی تر و NIC ها E ضعیف را پیاده سازی می کنند، باعث ایجاد شکاف یا حوادث بیش از حد بیدار می شود که در واقع مصرف برق را افزایش نمی دهد.

چالش دیگر قابلیت همکاری بین 10GBASE-T و Gigabit + کابل های مس مستقیم (DAC) است، در حالی که 10GBASE-T به طور کامل از EEE، Equipoise + DAC ها پشتیبانی می کند و بنابراین نمی تواند از EEE استفاده کند. مدیران مرکز داده که قصد دارند قدرت را به حداقل برسانند، باید 10GBASE-T یا transiveceive با پشتیبانی از EEE برای دسترسی طولانی تر به آن دسترسی داشته باشند.

با نگاهی به فراتر از مس، EEE برای اترنت نوری (به عنوان مثال، 25GbE، 40GbE، 100GbE) در اصلاحات بعدی استاندارد شده بود (IEEE 802.3bj، 802.3bm) این استفاده از یک مکانیسم مختلف به نام "حالت کم انرژی" به جای LPI، اما اصل صرفه جویی در انرژی همان است.

نقش EEE در طرح های مرکز داده سبز

Ethernet انرژی محور یک جزء کلیدی از چارچوب های بزرگ تر سبز IT مانند کد اتحادیه اروپا برای مراکز داده و برنامه انرژی EPA برای تجهیزات مرکز داده است.با کاهش سطح انرژی زیرساخت های شبکه، EEE به اپراتورهای اجازه می دهد تا بیشتر بار IT خود را برای محاسبه و ذخیره سازی، بهبود بهره وری کلی انرژی (PUE)، به دلیل کاهش هزینه های خنک کننده انرژی، صرفه جویی در کاهش می تواند صرفه جویی در کاهش دهد.

برای سازمان هایی که اهداف کربن خالص صفر را دنبال می کنند، ادغام EEE یک گام کم بازده، با قابلیت بالا، بر خلاف جایگزین سرورها یا سیستم های خنک کننده است، فعال کردن EEE اغلب یک نرم افزار یا تغییر سیستم عامل بدون سرمایه است. چندین ارائه دهنده خدمات ابر EEE را به عنوان یک تنظیمات پیش فرض در NIC ها و موارد غیر فلزی، به طور مخفیانه از هر ده کاربر سود می برند.

فراتر از 802.3az: آینده با IEEE 802.3bz و 802.3cd

این صنعت همچنان به تکامل تکنیک های صرفه جویی در انرژی ادامه می دهد. IEEE 802.3bz (2.5GbE و 5GbE) و IEEE 802.3cd (50GbE، 100GbE، 200GbE) شامل مکانیزم های بهره وری انرژی است که بر اساس اصول EEE ساخته می شوند، اما برای سرعت های بالاتر و مسافت های کوتاه بهینه شده اند، به عنوان مثال 25Gb و 50Gb از یک روش آموزش و یا نیمه وقت برای کاهش قدرت های نیمه وقت استفاده می کنند.

از آنجا که مراکز داده به 25GbE 100GbE بالاتولوژی مهاجرت می کنند، اپراتورهای باید برای اپتیک های فعال EEE و PHYs برنامه ریزی کنند. [FLT1] گروه کاری 802.3 همچنان به اصلاح بهره وری انرژی در هر اصلاح جدید ادامه می دهد و اطمینان حاصل می کند که میزان صرفه جویی در انرژی با نیاز به پهنای باند A 2023 پروژه های صنعت گزارش می دهد که استفاده از نسل بعدی از شبکه انرژی کاهش یافته است.

نتیجه گیری

IEEE 802.3az Energy-Efficient Ethernet یک مکانیسم ثابت و مبتنی بر استانداردها برای کاهش مصرف برق در شبکه های مرکزی داده بدون قربانی عملکرد است.با هوشمندانه قرار دادن پورت های بی کار به حالت های کم قدرت و بیدار کردن آنها تنها در صورت لزوم، EEE کاهش قابل اندازه گیری در استفاده از برق، انتشار کربن و هزینه های خنک کننده را به طور گسترده ای در سخت افزار مدرن پشتیبانی می کند، به سرعت سازگار با مدیریت اترنت موجود است، به عنوان یک سازمان زیست محیطی و پایدار باقی می ماند.

منابع اضافی: وزارت بهره وری مرکز انرژی انرژی ایالات متحده و یک بررسی جامع از اترنت کارآمد انرژی در مراکز داده (ScienceDirect، 2021) .