Computação verde

Crie um data center verde

Dave Ohara

Visão geral:

• Sistemas de monitoramento de energia
• Características essenciais de um data center verde
• Efeitos da H.R. 5646
• Práticas recomendadas para introdução

Verde é o assunto do momento, e o conceito está tendo um impacto na forma como as pessoas pensam nos data centers. Empresas de todo o mundo estão anunciando formas de economizar energia e reduzir

os custos com a compra de novos hardwares e serviços. Porém, ainda há pouca orientação sobre como agir para controlar os custos de energia. Antigamente, a eletricidade era tratada como sendo uma despesa que sobrecarregava, como o custo do espaço. Mas, com o aumento nos custos de energia e os problemas referentes à confiabilidade e à capacidade, a eletricidade exige uma estratégia própria específica.

Projetos relacionados à otimização do desempenho e à redução dos custos fazem parte das boas práticas diárias em praticamente todas as áreas da empresa. Então, por que não tratar os custos de energia da mesma forma?

Como profissionais de TI, muitos de nós tomamos decisões sobre a configuração e a instalação de servidores, sobre as especificações referentes ao equipamento comprado pelas nossas organizações e sobre os requisitos para a atualização e a construção de data centers. Nós até mesmo damos opiniões sobre os estágios iniciais durante o desenvolvimento de aplicativos. Quando aparecem esses projetos, é claro que temos uma oportunidade de ouro de ser ecológicos e influenciar o consumo eficiente em qualquer data center.

A primeira parte de qualquer estratégia é conhecer o uso atual da energia. Você precisa saber onde ela é usada e por qual equipamento específico, bem como quais são os usos eficientes e quais são os desperdícios no data center. Infelizmente, é raro encontrar um medidor de consumo de energia em vigor capaz de detalhar o uso em um nível no qual as pessoas possam ver os resultados de suas ações. A maioria das organizações costuma ver apenas uma conta de energia elétrica mensal que informa o consumo geral total. Isso oferece pouco incentivo à economia de energia, uma vez que as pessoas jamais vêem o impacto de suas decisões e não há meio para que elas comprovem que suas alterações efetivamente economizaram energia.

Um dos primeiros problemas enfrentados pelas pessoas ao considerar a iniciativa de um data center verde é se elas têm respaldo dos superiores. Suponho que a resposta seja "ainda não". O suporte dos executivos exige um sério comprometimento com recursos e orçamento para a iniciativa. E, enquanto houver muito o que se discutir sobre os data centers verdes, a realidade é que ainda normalmente faltará um suporte sério dos superiores hierárquicos. Se já contasse com esse suporte, você certamente já estaria implantando um data center verde agora.

Ainda assim, mesmo supondo que você não esteja recebendo o apoio necessário, há muito o que fazer para que a iniciativa do data center verde seja bem-sucedida. E como você determina as ações efetivas para poder atingir as metas? Felizmente, a eficiência em energia não é um conceito novo e os profissionais de TI ainda têm muito o que aprender com outros setores.

Resumindo o consumo de energia

Um dos maiores desafios que encontrei ao escrever este tópico estava relacionado à enorme variação dos números fornecidos por fontes diferentes. Alguns estudos dizem que os data centers são responsáveis por entre 1,2% e 2% da eletricidade consumida nos Estados Unidos. Segundo estimativas, se considerássemos os data centers um setor isolado da economia americana, eles estariam próximos de se tornar um dos cinco setores que mais usam energia. Enquanto isso, a eletricidade pode responder por entre 15% e 20% dos custos operacionais em um data center corporativo nos Estados Unidos.

Um estudo feito nos laboratórios Lawrence Berkeley National Laboratories para o American Council for an Energy-Efficient Economy (Conselho Americano de Economia com Eficiência Energética) determinou que os data centers podem usar 40 vezes mais energia do que os prédios comerciais convencionais. O estudo fornece detalhes sobre o que pode ser feito para aumentar a eficiência energética das instalações (consulte eetd.lbl.gov/emills/PUBS/PDF/ACEEE-datacenters.pdf). Um bom ponto de partida é determinar em que medida o data center usa as práticas recomendadas estabelecidas nesse estudo.

Obviamente, há muitas perspectivas, muitos estudos e muitos números a respeito do consumo de energia. No entanto, um tema que permanece constante é que há muita perda. Basta pensar em quantos servidores foram comprados com a intenção de oferecer o melhor custo—benefício. Isso significa comprar o máximo possível de capacidade em CPU, memória, armazenamento e fontes de alimentação redundantes mantendo-se dentro de um orçamento. Muitos desses servidores têm funcionado com uma média de utilização entre 10% e 15% por cento nos últimos três a cinco anos. Embora as pessoas normalmente prestem atenção nas CPUs, os demais componentes desempenham um papel importante aqui – memória, discos e interfaces de rede são todos consumidores de energia significativos e, quando combinados, excedem o consumo de energia da CPU.

Ao mesmo tempo, o excesso de capacidade do hardware – em tudo, desde processadores a fontes de alimentação redundantes – pode acarretar uma perda significativa. Dada a cultura avessa a riscos da maioria dos departamentos de TI, o excesso de capacidade é a norma. A decisão mais segura é ter excesso de capacidade de hardware, mesmo que essa talvez não seja necessariamente a melhor decisão em termos financeiros. Mas embora seja um fator essencial, a energia costuma ser deixada de lado durante o cálculo dos custos do ciclo de vida. Infelizmente, não há incentivos para a compra de soluções eficientes, por não haver relação custo—benefício para os tomadores de decisão após a implantação.

No entanto, há um ponto intermediário a ser alcançado. O pêndulo se desloca de outra forma quando os executivos percebem a capacidade mínima com que o hardware do data center está sendo efetivamente usado, e vêem na consolidação do servidor uma forma de reduzir os custos. É muito mais fácil dimensionar os servidores corretamente com antecedência do que tentar a consolidação após sua implantação.

À medida que o setor de TI atinge um novo nível de maturidade, a otimização com a redução dos custos se torna uma prioridade. O consumo de energia é um indicador de que os executivos podem usar como medida a eficiência das decisões tomadas a respeito do ciclo de vida do hardware de TI. A AMD, a Intel e os OEMs de servidores e componentes estão todos fazendo referências ao desempenho por watt de suas plataformas. Os números do desempenho por watt podem ser usados para calcular um custo operacional usando a fórmula inversa: watts por unidade de desempenho. Com o conjunto de pessoas envolvidas no desenvolvimento de soluções em TI – desde instalações, desenvolvimento de aplicativos, arquitetos, operações e unidades de negócios –, o desempenho por watt responde à pergunta "O que eu ganho em troca?" e permite que você veja como as soluções se comparam em termos de eficiência da energia.

Por que é prática comum ignorar os custos de energia e deixar de lado as decisões que afetam os custos operacionais e das instalações? Quantos data centers você já viu em capacidade máxima por conta de restrições de energia ou de resfriamento? Houve um tempo em que ter espaço físico o suficiente para o data center era o problema. No entanto, hoje em dia o problema é se você tem capacidade o suficiente para operar e resfriar todo o equipamento – e com que rapidez, antes que se esgote a capacidade.

A importância dos sistemas de monitoramento de energia

O consumo preciso de energia pode ser difícil de medir. Como mencionei anteriormente, a maioria das empresas acumula os custos de energia como um todo, em vez de dividir o consumo de energia por unidades específicas. Esse método de tratar a energia como uma sobrecarga geral cria a percepção de que os custos de energia vão além do controle da unidade de negócios. Mas isso não é verdade.

Um data center pode usar dezenas de vezes mais energia por metro quadrado do que o espaço comercial padrão e, por isso, até mesmo aperfeiçoamentos mínimos na eficiência em data centers podem contribuir com economias significativas. Não é surpresa que a economia seja a principal razão pela qual os data centers estão implementando programas de economia de energia. O problema é que o método de menor custo costuma estar em vigor para controlar o consumo de energia e os custos mensais em operações do data center das instalações são acumulados. Dessa forma, os custos são alocados em grupos com base no espaço que ocupam e/ou por conexão de porta – essa abordagem proporciona uma divisão bem menos precisa dos custos reais para a execução de um equipamento do data center.

É raro que uma organização tenha uma solução em vigor para medir o uso real da energia por dispositivos individuais do data center – principalmente por conta do fato de que a instalação de um sistema para medir e gerar relatórios exige um investimento inicial significativo. No entanto, investir em um sistema como esse pode acarretar uma economia além do esperado.

É claro que apenas um sistema de monitoramento de energia não é o suficiente – você precisará de um plano que use os dados coletados para melhor gerenciar o consumo de energia e acabar obtendo um retorno do investimento. Considere a empresa canadense Abitibi Consolidated, a maior produtora mundial de jornais e de produtos em papel. Em 2001, quando o mercado de energia elétrica de Ontário foi desregulamentado, a Abitibi Consolidated ficou exposta aos preços e à disponibilidade de um mercado instável. Para otimizar as compras de energia, a empresa implementou um sistema de monitoramento e de medição. O novo sistema se pagou em questão de alguns meses, graças a 1% de economia obtido com a simples compra mais eficiente da energia.

Quanta energia você precisa economizar para justificar uma atualização no monitoramento de energia do seu data center? Bill Laing, gerente geral de desenvolvimento do Windows Server® 2008 na Microsoft, disse em entrevista recente que a nova versão do Windows Server, capaz de economizar energia por padrão, poderia reduzir o consumo em até 20%, uma economia significativa (A Figura 1 mostra algumas das Opções de Energia disponíveis no Windows Server 2008 beta 3). Observe, no entanto, que a economia não pode ser calculada como uma redução direta no custo da energia consumida. Há vários outros fatores envolvidos como, por exemplo, o custo da construção de um novo data center e o número de outros sistemas que atualmente dão suporte a configurações menos eficientes.

Figura 1** Opções de Energia no Windows Server 2008 beta 3 **(Clique na imagem para aumentar a exibição)

Agora, você poderia selecionar a opção Desempenho e Energia de Processador Balanceados pelo Servidor no Windows Server 2003 SP1. Mas, sem um sistema de medição em vigor, você não conseguirá quantificar a economia ou qualquer outro fator que esteja envolvido na realização e no suporte dessa alteração.

Também vale a pena observar que, para muitos data centers, o consumo de energia normalmente varia apenas 4% durante um período de 24 horas, o que indica que ele independe da carga. Com as recentes inovações feitas por fornecedores de hardware, esse resultado está mudando em novos equipamentos e o volume de energia consumido está ficando abaixo das menores cargas.

Definindo o data center verde

Eu poderia ficar páginas listando os critérios ou as características que tornam um data center verde. É claro que não tenho espaço para abordar tudo neste artigo, mas pretendo realçar algumas características importantes que você deve ter em mente caso realmente pretenda implementar um data center verde. Mesmo que esteja apenas nos estágios de planejamento no momento, você pode fazer uma comparação com esta lista para determinar onde o data center se encontra atualmente:

1. Os medidores são usados para dividir o uso de energia no nível dos componentes (como, por exemplo, um servidor 2U, um servidor 4U, um comutador, uma SAN e um no-break) e quais são as unidades de negócio responsáveis pela energia usada por esses componentes.
2. O uso da energia é monitorado continuamente para determinar os picos e as baixas nas demandas de energia.
3. As capacidades de energia são monitoradas no nível total de um data center até os circuitos para garantir que todos estejam dentro dos limites aceitáveis.
4. O plano de economia de energia é documentado e recompensado.
5. O plano de economia de energia é revisado regularmente, e a ação corretiva é tomada para corrigir falhas.
6. A determinação de como os custos são cobrados das unidades de negócios é usada para formar um comportamento, o que incentiva a economia de energia em todas as unidades de negócios. Esse ponto deve ser administrado em nível executivo.
7. A limitação de CPU está habilitada nos servidores, e o laboratório de desempenho avalia a energia consumida em várias cargas.
8. A criação de perfis térmicos é usada para identificar pontos de aquecimento e de sobrecongelamento.
9. A engenharia de desempenho de TI inclui medidas de eficiência energética.
10. Os comentários sobre os dados dinâmicos estão disponíveis para organizações individuais, o que permite que elas reajam de acordo. (A California ISO chega a fornecer dados em tempo real para o público em seu site, como mostra a Figura 2.)

Figura 2** O site da California ISO fornece um instantâneo dinâmico que inclui a demanda e o nível atuais da economia solicitada aos clientes **(Clique na imagem para aumentar a exibição)

Quanto mais dessas características estiver em vigor, mais próximo você estará de executar um sistema de monitoramento de energia avançado. Eu incluí um scorecard (consulte a Figura 3) com oito perguntas que você pode se fazer para saber o nível atual do data center: básico, intermediário ou avançado.

Figure 3 Em que medida o seu data center é verde?

Conhecer é metade da batalha

Outro problema que você enfrentará é a padronização em toda a organização. Fazer uma alteração como a que eu descrevi neste artigo – uma que mude o paradigma por meio do qual a energia é medida e outro que envolva a participação de unidades de negócio de toda a organização – envolve o ajuste entre os grupos de instalações de vários data centers que trabalham com um amplo conjunto de grupos de TI. Esses problemas organizacionais são os que mais impedem a colocação de um programa de economia de energia em vigor.

É importante ter certeza de que há apenas uma pessoa ou responsável pela equipe incumbida de compreender o consumo de energia nos data centers. Esse centro de conhecimento (que a grande maioria das empresas não tem quando o assunto é consumo de energia) é essencial. Também é importante que as ferramentas coletem dados de instalações diferentes de maneira uniforme e informem os resultados para cada unidade de negócios de forma consistente (a Figura 4 mostra um painel de exemplo para informar os dados).

Figura 4** Painel de monitoramento de dados globais de exemplo (cortesia da OSIsoft) **(Clique na imagem para aumentar a exibição)

Sem os instrumentos certos, você não saberá se está realmente operando com eficiência – nem as unidades de negócio individuais saberão se seus esforços estão produzindo resultados. Se realmente deseja mudar o comportamento humano, você precisa dar aos usuários as informações em tempo real com as tendências históricas de dados para que eles possam visualizar suas ações. Na verdade, você pode recompensar os grupos por feitos relacionados à eficiência energética, caso a unidade de negócios esteja em um sistema diferente, usando um outro conjunto de ferramentas e medidas distintas para informar o sucesso.

Forças do setor

Não se sinta sozinho em suas iniciativas para tornar a empresa verde. Líderes em outros mercados – desde empresas como Boeing e Toyota até órgãos governamentais, como o Estado da Califórnia – estão fazendo grandes investimentos para tornar as operações e os produtos mais eficientes energeticamente.

Para o mundo da TI, em 2006, a Câmara dos Deputados dos EUA aprovou um projeto de lei – H.R. 5646, agora lei promulgada 109-431 – incumbindo a EPA (Environmental Protection Agency, Agência de Proteção Ambiental) de investigar os custos de energia e o consumo de eletricidade por servidores e data centers, além dos possíveis efeitos de passar a usar sistemas de energia mais eficientes. O estudo, realizado pelo programa da EPA, ENERGY STAR, projetou um crescimento a curto prazo no uso da energia por computadores e data centers nos EUA, avaliou o custo potencial e as economias de energia relacionados aos aprimoramentos em eficiência de energia do servidor e do data center, além de ter estimado os incentivos potenciais e os programas de voluntariado para promover servidores e data centers energeticamente eficientes. Os resultados finais do estudo foram apresentados ao Congresso em agosto de 2007. É possível encontrar mais informações sobre esse estudo em energystar.gov.

Também estão sendo desenvolvidos novos padrões para prédios verdes. Esses padrões exigem critérios como recursos de medição por hora para circuitos de acordo com a finalidade e o consumo de energia, medidores que informem os dados do consumo de energia a um sistema de gerenciamento de dados e sistemas medidores de gerenciamento de dados que armazenem dados e criem relatórios de usuário mostrando o consumo de energia calculado por hora, dia, mês e ano para cada medidor. Muitos desses critérios são obrigatórios para sistemas compatíveis caso você esteja inscrito em programas de economia de energia, quando é obrigado a provar que as alterações funcionaram (por exemplo, créditos de energia renovável, créditos em carbono e programas de redução de energia).

Alguns usuários solicitaram testes específicos, mas isso dificilmente representa o espectro de usos. Estão sendo feitas tentativas de padronização dos testes, mas eles – assim como a maioria dos demais testes de desempenho – podem ser usados para otimizar os resultados "percebidos", que não representam o uso real. Considere um consumo de Km/litro, por exemplo. As medidas da Agência Americana de Proteção Ambiental estimam o consumo que um motorista comum deve obter sob condições normais de tráfego na cidade e na estrada. No entanto, a maioria dos fatores e dos ambientes favoráveis não é comum, e os fatores que afetam a eficiência em termos de combustível podem variar muito. A mesma orientação se aplica às economias de energia no data center. Os únicos resultados precisos referentes à organização virão da medição da economia de energia em seu próprio ambiente.

Onde estão as economias?

Há muitos fatores a serem considerados quando se determinam as economias. Você conhece o custo do acréscimo de energia em uma determinada área? Você tem uma estratégia para minimizar as restrições em termos de energia? É possível solucionar o problema localizando os data centers em outro lugar em que a energia seja mais barata? Ou você deve se concentrar no aprimoramento das operações nas instalações existentes?

Para algumas empresas, a melhor forma de reduzir os custos pode ser realocando os data centers para áreas com fontes de eletricidade mais baratas. A virtualização dos servidores oferece outra abordagem de redução do consumo de energia. Na verdade, algumas empresas de energia elétrica, (PG&E, SoCal Edison e SDG&E, para mencionar algumas) oferecem incentivos financeiros para os clientes que realizarem projetos de virtualização para reduzir o número de servidores.

Mas há etapas mais simples e menos drásticas a serem tomadas. Atualmente, a maioria dos departamentos de TI não tem nenhuma idéia da energia que seus sistemas consomem, e isso significa que há uma enorme oportunidade para economia em potencial. Uma primeira etapa poderia ser observar o consumo de energia associado a dispositivos individuais e ver se ainda há alguma alteração que poderia ser feita em cada dispositivo. Muitas alterações pequenas podem trazer boas economias.

Para obter uma comparação, pense em uma residência típica em que o proprietário não tem nenhuma idéia da energia usada por cada item de sua casa – apenas paga uma conta mensal com o total. É possível usar um dispositivo barato como, por exemplo, Kill A Watt, que mede o consumo de energia de dispositivos individuais. Quanto você gasta para manter o seu microondas ligado quando ele não está sendo usado? Quanta energia é gasta quando você deixa o carregador do seu telefone ligado? Usando essa mesma abordagem, é possível adicionar medidores de energia aos racks e coletar dados de vários dispositivos. As ferramentas de gerenciamento podem ser usadas para coletar dados diretamente de alguns servidores com interceptações SNMP de consumo de energia.

Introdução

A Figura 5 apresenta um resumo das práticas recomendadas para pôr o plano em execução. Nesse estágio, o que deve ser compreendido é que você não está limitado a escolhas de dois extremos. É possível optar por uma abordagem mais equilibrada, o que é provavelmente mais realista. Comece um esforço de base, identificando as pessoas dentro da empresa que gostam de economizar energia. Comece medindo alguns dispositivos dentro de uma unidade de negócios para dar visibilidade. Aproveitar um momento favorável e mostrar resultados quantificáveis ajudará você a ter o apoio necessário à expansão do investimento da empresa em busca da economia.

Figure 5 Chaves para pôr um plano de economia de energia em vigor

Quem são as pessoas que alcançarão eficiência energética em sua empresa? Eles são os executivos de alto nível, administração média ou pessoas que apenas se preocupam com o impacto da empresa no meio ambiente? Há pessoas motivadas em todas as empresas. Uma das primeiras decisões é se você deve envolver as pessoas da base desde o início.

Na verdade, independentemente da direção escolhida, planejar um programa de eficiência energética para o data center exigirá a colaboração entre os grupos de TI. Até recentemente, a abordagem típica para planejar soluções em TI era ignorar os custos de energia já durante a fase de projeto, concentrando-se no hardware e no software comprados, além dos custos de mão-de-obra e de hospedagem da solução. Quando a energia desaparece em meio aos custos da execução de soluções em um data center, é sinal de que a eficiência energética é de baixa prioridade. Expor a energia real consumida pelas soluções é a primeira etapa crítica na mudança de comportamento da organização.

Dave Ohara tem 26 anos de experiência em tecnologia, trabalhando para empresas como Microsoft, Apple e Hewlett-Packard. Com trabalhos em desenvolvimento de produtos, marketing, divulgação técnica, arquitetura de infra-estrutura, engenharia de processo, engenharia de confiabilidade e logística de distribuição, Dave está trabalhando agora com várias empresas na implementação de iniciativas verdes.

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