Twintig procent energiebesparing servers dankzij simpele truc

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. Dit simpele trucje bestaat al een tijdje, maar wordt verrassend weinig gebruikt. Vooral bij kleinere datacenters, waar Nederland er juist veel van heeft, wordt het nog weinig toegepast. Diederik de Graaf deed onderzoek naar de servers van SURFdrive en ontdekte dat het energieverbruik omlaag kan met ongeveer 20%.

Stroomverbruik stijgt

Bij SURFsara staat duurzaamheid hoog in het vaandel. We zijn 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 datacenters 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 datacenters.

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 waar dit artikel over gaat, bevestigt deze voorspelling.

casestudy_banner-(1)-(1)

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 dit onderzoek zijn een aantal servers gebruikt om de mogelijkheden van Power Management uit te testen in een productieomgeving.

Ontzettend heet

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, variëren. 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?

Kloksnelheid

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 datacenters, 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.

Resultaten

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.

Het stroomverbruik van een webserver gedurende een week op Maximum Performance en Power Management. Op Maximum Performance staat de kloksnelheid statisch op de hoogste setting.

Het stroomverbruik van een webserver gedurende een week op Maximum Performance en Power Management. Op Maximum Performance staat de kloksnelheid statisch op de hoogste setting.

Ron Trompert, verantwoordelijk voor SURFdrive als Technical Product manager over hoe het onderzoek binnen de duurzame propositie van de cloud dienst past: “Het leveren van ICT-diensten op een duurzame manier is belangrijk en zal steeds belangrijker worden. Voor SURFdrive, waarop ruim 50 instellingen zijn aangesloten, is al een flinke stap in de goede richting gezet door gezamenlijk onder de SURFvlag een sync-and-share dienst op te zetten in plaats van dat alle instellingen dat ieder voor zich gaan doen. Het onderzoek van Diederik heeft aangetoond dat er zelfs nog meer winst te behalen valt door een simpele ingreep die de dienst op geen enkele manier nadelig beïnvloedt. Wij zijn zeer blij met deze uitkomst.”

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 per KWh, zou een stroombesparing van 20% neerkomen op ongeveer € 27,2 miljoen per jaar. Wat betreft CO2-uitstoot staat dit gelijk aan de gemiddelde uitstoot van ruim 20.000 Nederlandse huishoudens.

Volgens Jaak Vlasveld, directeur van stichting Green IT Amsterdam, is er met deze case een mooie kans ontstaan: “Er is eerder in het Zervers-rapport gepubliceerd over de potentiële energiebesparing van servers door powermanagement toe te passen. SURFsara heeft een bewonderenswaardig initiatief genomen door aan te tonen dat het in de praktijk ook echt kan zonder negatieve gevolgen voor de clouddienst. Nu hebben we een mooie voorbeeldcase in handen om met het GreenServe-project, ondersteund door het Ministerie van Economische Zaken, soortgelijke cases te ontwikkelen met publieke organisaties.”

Diederik de Graaf studeert System and Network Engineering aan de Hogeschool van Amsterdam

Geef een reactie

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Vereiste velden zijn gemarkeerd met *

Deze website gebruikt Akismet om spam te verminderen. Bekijk hoe je reactie-gegevens worden verwerkt.