적절한 지능형 랙 PDU로 데이터 센터 전력 소비 관리
 
 

2012년 9월 22일에 뉴욕 타임스에 의해 밝혀진 보고서는 업계를 놀라게 했습니다. "권력, 환경 오염 및 인터넷"이라는 제목으로 1년 이상 신문을 조사한 결과, 대규모 데이터 센터에서 소비되는 전력의 약 90 %가 낭비되는 것으로 나타났습니다. 뉴욕 타임즈가 연락한 탁월한 컨설팅 회사인 맥킨지 앤 컴퍼니 (McKinsey & Company)의 또 다른 분석에 따르면 데이터 센터 전력의 6%~12%만 서버를 운영하는 것으로 나타났습니다. 전세계 데이터 센터는 매년 약 30억 와트의 전력을 소비하고 있으며 이는 약 30개의 원자력 발전소의 생산량과 같습니다. 그 중 약 1/4~1/3 정도가 미국의 데이터 센터에서 소비됩니다. 설문 조사에서 인터뷰한 한 익명의 수석 데이터 센터 운영자는 이러한 전력 낭비가 업계에서 감추어져 있는 더러운 비밀이며 많은 사람들이 이 사실을 인정할 만큼 용감한 사람은 아니라고 인정했습니다. 이러한 문제가 지속적으로 개선되는 제조 업체에서 발생했다면, 아마도 오래 전에 사라졌을 것입니다.

 

대부분의 우수한 미국 데이터 센터에서 전력 낭비가 심해지면서, 반대로 아시아의 데이터 센터의 전력 효율성에 대한 관심은 서구 지역의 데이터 센터를 따라 잡고 있습니다. 전력 효율성에 대해 이야기하기 전에 데이터 센터의 전력 소비를 관리해야 합니다. 이는 먼저 측정 및 정량화가 이루어지지 않으면 아무 것도 관리 할 수 ​​없기 때문에, 전력 소비량을 측정하는 것을 의미합니다. 데이터 센터의 전력 효율성을 개선하는 첫 번째 작업은 소비되는 전력을 정확하게 측정하는 것입니다. 지능형 랙 PDU (IRP)는 정보 장치가 소비하는 전력을 측정하는 데 있어 가장 정확한 도구입니다. 개별 캐비닛 내에 위치한 랙 PDU는 정보 장치에 전원을 공급하는 마지막 장치이므로 전력 소비 측정에 가장 적합하며, 일부 고급 IRP는 원격 켜기/끄기 및 주변 매개 변수 측정 기능을 가지고 있습니다. 초기 IRP의 가격이 매우 높았기 때문에 많은 데이터 센터가 IRP 대신 저렴한 CT를 채택했습니다. 배포 패널에 CT가 추가되고 차후 분석을 위해 중앙 모니터링 서버에 전력 소비 데이터를 수집하고 기록합니다. 그러나 IRP는 많은 차원에서 CT보다 월등히 앞섭니다. 과부하 트립 사전 경보를 받는 것을 예로 들면 초기 데이터 센터에서 채택한 랙 PDU는 각 랙에 포함된 장비에 필요한 전력 밀도가 대부분의 경우 너무 높지 않았기 때문에 하나의 회로를 갖추고 있었습니다. (백업 회로를 제외하고 PDU가 채택한 회로 차단기를 세어서 회로 수를 확인할 수 있습니다.) CT로 측정한 회로 전류 데이터가 단지 하나뿐인 경우 관리자는 트리핑하기 전에 남아있는 용량을 알면 됩니다. 12개 또는 16개의 소켓이 있는 랙 PDU의 경우 회로가 2개이고, 3상 PDU는 적어도 3개 또는 6개의 회로를 갖추고 있을 수 있습니다. 여러 PDU의 회로 수에도 불구하고 CT는 전체 소비 전류만을 측정합니다. 이로 인해 데이터 센터 관리자는 개별 회로 트립을 미리 방지 할 수 없습니다. 랙(예: 블레이드 서버)에 설치된 정보 장치가 요구하는 전력 소비 밀도가 계속 증가하고 기술 향상으로 인해 IRP의 가격이 급격히 떨어지면서 점점 더 많은 데이터 센터가 IRP를 통해 전력 측정 시스템을 구축하고 있습니다. 데이터 센터는 현재 및 미래에 구성되어있는 서버와 구성 계획에 따라 여러 유형의 IRP를 선택할 수 있습니다. 다음 선택 기준은 데이터 센터 관리자가 적절한 IRP를 선택할 때 사용할 수 있습니다.

 

1. IPRS 설치 유형: IRP는 수평형, 수직형 및 분할형으로 설치 될 수 있습니다.
- 수평형 설치: 이것은 최상의 유연성을 제공하며 랙 형식으로 제한됩니다. 랙의 프런트 엔드에 설치되어 있기 때문에 모든 표준 랙에 적합합니다. 19" 너비로 제한된 표준 랙은 1U 모델에 최대 8대를 직렬로 설치할 수 있습니다. 더 많은 포트가 필요한 경우 각 포트의 비용이 수직형 설치보다 높지만 높지만 IRP 전체는 수직형 설치보다 적은 비용이 듭니다. 데이터 센터는 각 랙마다 계획에 따라 설치된 서버 혹은 규모가 커지면서 서버를 설치할 수 있으므로 수평형 IRP를 선택하는 것이 좋습니다.
- 수직형 설치: 수직형 설치는 19" 랙의 너비보다 길이의 제한 (42U)이 있습니다. 일반적인 수직형 설치는 16 또는 24개의 포트를 제공하는 반면, 최근 일부 공급 업체에서는 40개의 포트를 가진 IRP를 제공합니다. 상대적으로 더 많은 서버가 있는 랙의 경우 수직형 설치는 평균 포트 비용이 적기 때문에 좋습니다.
- 분할형 설치: 수직형 IRP는 더 많은 포트를 사용할 수 있는 이점에도 불구하고 많은 데이터 센터 관리자는 부피가 크고 작은 랙에 배선 및 냉각을 방해한다는 비판을 받고 있습니다. 대부분의 데이터 센터 관리자는 IRP가 실패한 측정 또는 전송 모듈로 인해 교체되기 전에 IRP에 연결된 모든 장치를 꺼야 한다고 걱정하기 때문에 더 많은 포트에는 그만큼 단점이 있습니다. 일부 공급 업체는 수직형 IRP와 수평형 IRP 모두에서 드러나는 단점을 해결하기 위해 분할형 IRP를 제공하고 있습니다. 분할형 IRP는 측정 및 통신 기능을 랙의 전면 또는 후면에 설치할 수 있는 독립형 디스플레이 박스로 분리합니다. 나머지 수직형 PDU는 이제 기존의 비 지능형 PDU와 비슷한 구조를 가집니다. PDU 볼륨에 민감한 데이터 센터의 경우 분할형 IRP가 좋습니다. 분할형 IRP는 다른 하나의 추가 이점을 제공합니다. 측정 및 통신 기능이 별도의 상자에 포함되어 있기 때문에 전원 공급 작업과 서버 작동을 중단하지 않고 교체 할 수 있습니다. 분할 설치는 많은 수의 포트, 더 유용한 공간 사용 및 신뢰성을 위한 균형 잡힌 최상의 선택이 될 것입니다.

 

2. 측정 기능
– 회로 별 측정: 이는 측정 기능이 있는 모든 PDU의 기본 특성입니다. 원래의 목적은 새로운 서버를 추가하기 전에 현재 PDU의 전원 사용 상태를 확인하여 나중에 과부하가 발생하지 않도록 하는 것입니다. 과부하가 회로에 연결된 모든 장치에 정전으로 이어질 수 있으므로 이러한 종류의 재앙을 견딜 수 있는 데이터 센터는 없을 것입니다. IRP가 도입됨에 따라 데이터 센터 관리자는 IRP의 원격 제어 소프트웨어가 제공하는 모니터링 화면을 통해 사용 가능한 전원 용량을 갖춘 랙 또는 PDU를 확인할 수 있게 되었습니다. 데이터 센터의 전력 효율성이 점점 더 중요해지고 IRP를 통해 중앙 제어 서버로 전력 사용 정보를 수집 할 수 있게 되면서 회로 별 측정 기능이 데이터 센터 전력 효율(PUE)을 측정하는 가장 적합한 도구로 인정되었습니다.
- 포트 별 측정: 이것은 원래 다른 클라이언트 장비의 전력 소비를 측정 할 때 함께 사용됩니다. 이제는 많은 기업에서 운영 비용 할당을 위해 개별 장치의 소비를 측정하기 위해 채택되었습니다. 이는 서버 수에 의한 기존 할당보다 더 실용적이고 정확합니다.

 

3. 원격 제어 기능
- 원격 스위치: 측정 데이터에 대한 원격 접속과 함께 IRP는 무인 데이터 센터에 대한 원격 전원 켜기 및 끄기 기능이 추가되었습니다. 원격 스위치가 있는 IRP는 실질적이고 완전한 무인 원격 제어를 위해 KVM과 함께 설치되어야 합니다.
- 원격 스위치가 없는 경우: 유효하지 않은 전원 끄기 작업으로 인해 엄청난 손실이 발생할 수 있기 때문에 대규모 데이터 센터에서는 일반적으로 원격 스위치가 있는 PDU는 금지하고 있습니다. 일반적으로 채택된 데이터 센터 표준 TIA942는 전원 스위치가 없는 PDU를 명시적으로 권장합니다.
- 임계 부하 기능: 대규모 데이터 센터에서 자동 켜기/끄기 기능이 있는 PDU를 금지하지만, 일부 사용자는 정해진 켜기/끄기 기능을 갖춘 IRP를 사용하여 근무 시간 외의 특정 정보 장치의 전원을 차단하여 에너지를 절약하고 증가하는 전력 요금을 줄입니다. 켜기/끄기 스위치가 없는 PRD의 TIA942 권장 사항을 준수하면서 자동 스케줄링 기능을 켜고 끄는 딜레마를 해결하는 방법은 무엇일까요? 이 질문에 대한 한 가지 대답은 임계 부하 기능을 갖춘 일부 공급 업체의 새로 출시된 IRP에서 나올 수 있습니다. 이러한 원격 또는 예약 켜기/끄기 스위치 기능을 갖춘 IRP는 스위치 없이 특정 개수의 주요 부하 포트를 예약합니다. 잘못 꺼서는 안될 중요한 서버는 이러한 특수 포트에 연결될 수 있으므로 유효하지 않은 전원 끄기를 방지할 수 있습니다.

 

4. 보호 메커니즘
위에서 언급한 과부하 트립은 모든 데이터 센터에서 끔찍한 일입니다. 솔루션의 점수는 IRP 공급 업체가 제공합니다. 하나는 모든 포트에 하나의 저용량 퓨즈를 추가하는 것인데, 이는 어떤 포트에서도 전류가 제한되어 있기 때문에 블레이드와 같은 높은 전력밀도를 가진 서버가 채택하지 못합니다. 퓨즈가 끊어지면 올바른 교체가 어려울 수 있으며 잘못된 퓨즈를 사용하면 데이터 센터에 더 큰 손상을 줄 수 있습니다. 일부 IRP 공급 업체는 IRP의 측정 및 켜기/끄기 스위치 기능을 활용하여 사전 과부하 보호 기능을 개발했습니다. 동작 이론은 다음과 같습니다. IRP는 서버가 켜져 있는 마지막 포트를 감지합니다. IRP가 서버의 마지막 전원 켜기가 과부하 트립으로 이어질 수 있다고 판단하면 정확한 측정 및 빠른 계산으로 전원 차단으로 인한 손실로부터 이미 작동중인 장치를 자동으로 보호합니다. 켜져 있는 마지막 서버는 방금 시작되었거나 아직 시작하지 않았기 때문에 데이터 손실 없이 전원이 꺼집니다.

 

5. 단선 방지 기능
전력선 단선으로 인해 데이터 센터가 오랫동안 위협을 받고 있습니다. 전력선 단선에는 두 가지 유형이 있습니다. 데이터 센터 설치 작업 중 공통적으로 발생하는 랙 배선 작업으로 인한 수동적인 중단입니다. 다른 하나는 와이어 풀림입니다. 이것은 블레이드 서버용 대용량 플러그인 C19에서 흔히 경험할 수 있습니다. IRP 공급 업체는 이러한 단선 문제에 대해 여러 가지 조치를 취합니다. 가장 자주 사용되는 방법 중 하나는 배선 고정을 위한 래치를 PRD에 장착하는 것입니다. 문제는 전력선을 포함한 서버를 PRD 공급 업체가 만든 특수한 서버로 교체해야 한다는 것입니다. 선택 품목인 Lok-U-Plug 디자인은 일부 IRP 공급 업체가 이를 간단하게 처리하려고 시도합니다. 특수 슬롯과 간단한 Lok-U-Plug 타이가 있는 IRP를 사용하여 서버 전원 라인을 IRP에 고정시킵니다.

 

6. 소프트웨어 기능
IRP를 모니터링 하기 위한 소프트웨어는 많은 데이터 센터 관리자가 직면한 최악의 문제였습니다. 완전하게 작동하는 소프트웨어가 없는 IRP는 완전한 기능을 하는 사람에게 운이 좋은 반면 대부분의 기능을 최대한 활용할 수 없습니다. 일부 해외 브랜드는 "노드"의 수에 따라 소프트웨어를 부과하여 더 많은 IRP를 사용할 때 더 많은 돈을 지불해야 하기에 더 골치가 아픕니다. 일부 공급 업체가 제공하는 IRP와 함께 번들로 제공되는 완전한 기능을 갖춘 소프트웨어는 어느 정도 부담을 덜어줍니다. 엄청난 돈을 들이지 않고도 단지 IRP를 구입하고 완전한 "기능”을 즐길 수 있습니다. IRP의 "기능"을 최대한 활용하는 소프트웨어는 다음과 같은 기능을 갖추어야 합니다.
- 데이터 센터 관리자가 손쉽게 제어 할 수 있도록 데이터 센터에 랙을 그래픽으로 표시
- 데이터 센터 관리자가 사무실 또는 제어 센터에서 직접 제어 할 수 있는 즉각적인 데이터 표시 - 일정 시간대의 과거 데이터 분석 및 전력 사용량을 선 또는 막 대형 차트로 표시
- 주변 상황 및 벤치마킹 분석: 일반적으로 이것은 온도와 습도를 측정하는 것을 의미합니다. 그러나 데이터 센터의 공조 상태는 기온에 의존하지 않고 미국 에너지 부서 및 미국 냉동 공조 협회에 따른 가중 온도의 랙 냉각 지수 (RCI)에 의존합니다. 데이터 센터에 주요 지점의 존재는 여부는 RCI가 미리 결정할 수 있습니다. 많은 친환경 데이터 센터는 응축 장치 고장 시 빠른 온도 상승을 희생하면서 에어컨 효율성을 향상시키는 격리된 고온 및 저온 공기 통로를 채택합니다. 최악의 경우, 화재가 발생할 수 있습니다. 또한 RCI는 데이터 센터 관리자가 처음부터 모든 지역의 빠른 온도 상승을 확인하는 데 도움이 됩니다. 서버가 요구하는 전력 밀도의 증가는 대부분의 데이터 센터의 독창적인 설계로 인한 냉각 용량을 능가합니다. 서버의 수명은 고온 환경에서 장시간 작업 할 때 급격히 줄어 듭니다. RCI는 모든 데이터 센터의 발열 문제에 대해 오랜 시간을 정확하게 파악할 수 있는 효과적인 도구입니다.

 

7. 에너지 효율 지표
2011년 6월에 발표된 ISO50001 에너지 관리 표준은 데이터 센터 업계에서 가장 중요한 주제 중 하나입니다. 모든 ISO50001 장치가 중요 에너지 사용 영역을 우선 순위 관리 항목으로 설정해야 한다는 지침이 새로 발표되었습니다. 높은 전기 밀도에 대한 데이터 센터는 확실히 중요한 에너지 사용 영역이므로 ISO50001 구현의 최고 목표가 되어야 합니다. 이제 문제는 설정하고 관리해야 하는 데이터 센터 벤치 마크입니다. 첫 번째는 전력 사용 효율 (PUE), 총 데이터 센터 전력 소비 대비 정보 장치 전력 소비 비율입니다. PUE 수식은 IRP가 정보 장치에서 소비되는 전력을 측정하는데 가장 적합한 장치여야 함을 나타냅니다. 후자는 디지털 전송 기능으로 미터로만 측정 할 수 있어야 하는 반면 측정은 IRP에서 제공 한 데이터와 통합해야 하므로 이것은 전체 데이터 센터 전력 소비의 경우에는 그렇지 않습니다. 이 작업은 복잡 할뿐만 아니라 추가 비용이 발생할 수 있습니다. 일부 공급 업체는 이미 IRP의 중앙 제어 소프트웨어에 스프레드 시트 기능을 추가하였습니다. 데이터 센터 관리자는 데이터 센터의 마스터 측정기에 기록된 수치를 소프트웨어에 수동으로 게시하여 주어진 시간대에 IRP에 의해 기록된 정보 장치 전력 소비를 기반으로 평균 PUE를 계산할 수 있습니다. 공조 설비는 정보 장치보다 두 번째로 많은 전력을 소비합니다. 앞서 EPA 연구 보고서에 따르면 대부분의 데이터 센터의 공조 설비는 전체 전력 소비량의 50% 이상을 차지한다고 지적했습니다. 데이터 센터의 PUE를 향상시키는 첫 번째 단계는 모든 공조를 서버를 냉각하는데 적용한다는 의미의 “최적화”로 공조 전력 소비를 최적화하는 것입니다. 공조 표시기는 공조의 최적화 수준을 벤치마킹 합니다. 일반적으로 채택된 데이터 센터의 냉난방 지표는 위에서 설명한 RCI 및 RTI (Return Temperature Index)입니다. 모든 데이터 센터에서의 전력 효율 저하 (높은 OUE 값)는 거의 항상 냉난방 효율성에 있습니다. 미국 냉동 공조 협회는 공조 전력 소비량이 정보 기기로 소비되는 전력량의 1/3 정도여야 한다고 제안했습니다. 대부분의 데이터 센터의 공조 설비가 총 전력 소비의 50 % 이상을 소비한다는 사실은 상대적으로 낮은 RCI로 표시된 것처럼 데이터 센터의 온도가 너무 낮게 설정되었음을 나타냅니다. 에어컨 기기의 전력 소비율이 50% 이상일 때 RCI가 정상 상태로 유지되면 데이터 센터에서 제거해야 하는 뜨거운 공기가 에어컨의 냉각 통로로 되돌아 가고 (고온 복귀) 또는 유효하지 않는 통로 분할로 인해 정보 장치로 가는 대신 약간의 시원한 공기가 직접 뜨거운 곳(측면 공기)으로 보내집니다. 시원한 공기가 데이터 센터에서 빠져 나와야 하는 뜨거운 공기를 냉각 할 때, PUE 비율은 운명을 정하게 됩니다. 고온 복귀와 측면 공기 문제는 모두 RTI에 의해 나타납니다. 결과적으로 RCI와 RTI는 모두 에어컨 효율 벤치마킹의 핵심 지표입니다.

 

8. 품질 신뢰성
데이터 시트에서 배울 수 없는 IRP의 또 다른 이점은 안정성입니다. 짧은 시간 동안 대량 IRP를 설치하고 작동 한 후에는 대량의 데이터 처리로 인해 간섭이 발생하여 실패 할 수 있습니다. 이 문제를 해결할 수 있는 유일한 방법은 많은 문제가 되는 실패한 IRP를 모든 데이터 센터에 다시 시작하는 것입니다. 일단 이러한 간섭이 발생하면 다른 IRP에서 반복해서 발생합니다. 이는 TCP/IP 통신을 통해 많은 양의 장치를 제어하는 데 익숙하지 않은 공급 업체의 IRP에 발생합니다. 이러한 성가신 어려움을 피하는 가장 좋은 방법은 예를 들어 TCP/IP KVM 공급 업체와 같은 데이터 센터에 포함된 방대한 TCP/IP 장치를 제어하는 데 있어 심오한 기술을 가진 공급 업체를 선택하는 것입니다. 그들만이 장비 통제를 위한 TCP/IP 신호 처리에 대한 지식뿐만 아니라 장비 안정성을 보장 할 수 있는 충분한 테스트 설비에 대해서도 알고 있습니다. 이 문서에서는 지능형 랙 전원 분배 장치를 선택하는 방법을 집중 조명합니다. 처음에 언급했듯이 데이터 센터의 에너지 절약 관리 노력의 핵심은 에너지 성능 지표 측정 및 평가를 위한 지능형 환경 보호 전력 분배 장치와 소프트웨어 시스템입니다. 이를 통해 데이터 센터 관리자는 적절한 데이터 센터 에너지 절약 관리 시스템을 선택할 수 있습니다.