DE112010005865T5

DE112010005865T5 - Ressourcenverwaltung für Datenzentren

Info

Publication number: DE112010005865T5
Application number: DE112010005865T
Authority: DE
Inventors: Ratnesh Kumar Sharma; Cullen E. Bash; Tahir Cader
Original assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Current assignee: Hewlett Packard Enterprise Development LP
Priority date: 2010-10-12
Filing date: 2010-10-12
Publication date: 2013-06-27
Anticipated expiration: 2030-10-13
Also published as: US20130190941A1; WO2012050568A1; GB2497892B; CN103154850B; DE112010005865B4; US9658662B2; GB2497892A; GB201305932D0; CN103154850A

Abstract

Es wird ein Ressourcenmanagementsystem für Datenzentren offenbart. In einem Ausführungsbeispiel umfasst ein Verfahren das Bestimmen des Stromverbrauchs für das Datenzentrum sowie das Bestimmen des Kühlflüssigkeitsverbrauchs für das Datenzentrum. Das Verfahren umfasst ferner die Verarbeitung einer Ressourcenverbrauchsbeschränkung (RVB) für da Datenzentrum und das Einstellen mindestens eines des Strom- oder Kühlflüssigkeitsverbrauchs des Datenzentrums aufgrund der RVB.

Description

HINTERGRUND
Elektronische Datenzentren, die mehrere Rechnersysteme (z. B. schrankmontierte Server) sowie sonstige elektronische Geräte umfassen, werden immer dichter belegt, um mehr Rechenleistung zu bringen, und dabei weniger Raum einzunehmen. Dementsprechend ist die Wärmeableitung immer noch ein wichtiges Anliegen. Sofern sie nicht sachgemäß abgeleitet wird, kann die im Betrieb erzeugte Wärme die Lebensdauer verschiedener Komponenten verkürzen und/oder generell zu schlechter Leistung führen.
Verschiedene Wärmemanagementsysteme stehen für Rechensysteme und sonstige elektronische Geräte zur Verfügung; zu ihnen gehört der Einsatz wassergekühlter Systeme. Mit diesen Systemen ist das Wassermanagement sowohl in- als außerhalb des Datenzentrums für Datenzentrumbetreiber von zunehmend kritischer Bedeutung. Innerhalb des Datenzentrums führt die Erzeugung und der Transport gekühltes Wassers zum Verbrauch etwa eines Drittels des gesamten Energieverbrauchs eines typischen Datenzentrums. Die Behandlung von gekühltem Wasser ist ebenfalls kostenintensiv. Außerhalb des Datenzentrums, v. a. für Datenzentren, die Verdunstungskühltürme verwenden, steigen die Wasserverluste; dabei steigt der Energieverbrauch des Datenzentrums.
Wasser gewinnt für Datenzentren zunehmend an Bedeutung, und zwar v. a. in von Dürren betroffenen Regionen, z. B. die Weststaaten, darunter Kalifornien, in denen Datenzentren auch in hoher Dichte vorhanden sind. In einigen Regionen könnte die Wasserknappheit letztendlich zur Verhängung von Einschränkungen des Wasserverbrauchs (ähnlich wie die von einigen Versorgungsunternehmen derzeit umgesetzte Energieverbrauchsbeschränkungen) durch die örtlichen Wasserversorgungsunternehmen und/oder staatliche Aufsichtsbehörden. Um innerhalb der von den Wasserverbrauchsbeschränkungen vorgegebenen Parameter arbeiten zu können, werden Datenzentren ihren Betrieb besser verwalten müssen; hierzu gehört aktives Management des Wasserverbrauchs.
Die Strategien der Datenzentren zum Energie- und Kühlressourcenmanagement werden zunehmend raffiniert. Allgemein konzententrieren sich die Datenzentren jedoch auf das Management des Wasserdurchflusses, um vorgegebene Temperaturanstiege oder Druckgefälle über den Wärmetauschern zu erreichen, um den Betriebsvorgaben zu genügen. Der Wasserverbrauch wird in Datenzentren auch gesondert vom Energieverbrauch, der Kühlung und der Auslastung verwaltet. In den derzeiten Verwaltungsstrategien werden keine Ressourcenverbrauchseinschränkungen berücksichtigt.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Querschnitt einer beispielhaften Kühlanlage, wie sie in einem Datenzentrum ausgeführt werden kann, die eine schrankmontierte Umgebung für Serverrechner umfasst.
2 ist ein Blockschaltbild auf hoher Ebene eines beispielhaften Ressourcenmanagementsystems für ein Datenzentrum.
2a ist ein Arbeitsablaufsdiagramm, das eine beispielhafte Dimensionierung der Wasserversorgung in einem Datenzentrum nach einem Bottom Up-Ansatz zeigt.
2b ist ein Arbeitsablaufsdiagramm, das eine beispielhafte Dimensionierung der Wasserversorgung in einem Datenzentrum nach einem Top Down-Ansatz zeigt.
3 ist ein Flussdiagramm, dass beispielhafte Operationen zum Ressourcenmanagement für ein Datenzentrum zeigt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Mit wenigen Worten können Kühlsysteme und -verfahren ausgeführt werden, um die Wärme während des Betriebs verschiedener Rechen- und elektronischen Vorrichtungen, z. B. in der üblicherweise von Datenzentren verwendeten schrankmontierten Umgebung, abzuleiten. Im vorliegenden Sinne ist ”Datenzentrum” im weiten Sinne zu verstehen, und kann alles umfassen, was die Infrastruktur zum Betrieb elektronischer Geräte, insbesondere eine auf Dauer angelegte Einrichtung oder ein modulares oder mobiles Datenzentrum, bietet. Die Verwaltung des Wasserverbrauchs, sowohl gekühlt als auch nicht gekühlt, gewinnt zunehmend an Bedeutung. Datenzentren, die Wasser als Ressource erfolgreich verwalten, werden gegenüber der Konkurrenz einen erheblichen Vorteil haben.
Die vorliegend offenbarten Systeme und Verfahren verwalten den Wasserverbrauch in Datenzentren dadurch, dass sie den Kühlungsbedarf und das entsprechende Volumen und die entsprechende Wasserversorgung aufeinander abstimmen. Mit diesem Ansatz ist das Bedürfnis nach einer Überdimensionierung des Kühlwassers, dem sonst dadurch entsprochen wird, dass man ohne Rücksicht auf den tatsächlichen Bedarf die Kühlanlage mit hoher Auslastung laufen lässt, hinfällig.
Die Systeme und verfahren können auch eingesetzt werden, um Wasserverbrauchsbeschränkungen einzuhalten. Die Verfügbarkeit des Wassers im Kühlturm bestimmt die Kapazität/Verfügbarkeit des (nicht) gekühlten Wassers innerhalb des Datenzentrums. Deshalb können den Schränken innerhalb des Datenzentrums Verbrauchsbeschränkungen auferlegt werden, und die Auslastung kann derart verwaltet werden, dass der Energiebedarf des Datenzentrums insgesamt auf die Fähigkeit des Gesamtsystems, den Schränken (nicht) gekühltes Wasser zuzuführen.
Ausserdem, wenn z. B. die Betreiber eines Datenzentrums ihre Ressourcen gut verwalten, so dass sie unterhalb einer vom Versorgungsunternehmen festgelegten Verbrauchsbeschränkung operieren können, ist es möglich, dass dieser ”Überschuss” am offenen Markt weiterverkauft oder sonst auf Betreiber übertragen werden könnte, die ihre Ressourcen nicht so gut verwalten (oder aus sonstigen Gründen einen höheren Bedarf haben). Dies könnte z. B. derart ausgestaltet werden, dass ein Datenzentrum Kredite kauft, die es ihm ermöglicht, über die Beschränkung hinaus Ressourcen zu verbrauchen.
Zu den vorliegend offenbarten Ausführungsbeispielen gehören ein sog. Bottom-Up-Ansatz, sowie ein sog. Top Down-Ansatz. Im Bottom Up-Ansatz wird die Wasserverteilung im Datenzentrum hinsichtlich des tatsächlichen Kühlungsbedarfs (z. B. wieviel Wärme erzeugt wird) verwaltet. Im Top Down-Ansatz wird im Hinblick auf die Wasserverbrauchsbeschränkungen verwaltet, die den Umfang der möglichen Kühlung (und somit den Betrieb des Datenzentrums) einschränken. Der Top Down-Ansatz richtet sich auch gegen Wasserverluste infolge von Wärmereflexion in den Kühltürmen. D. h. grolle Datenzentren mit Verdunstungskühltürmen können Millionen Liter Wasser jährlich infolge der Verdunstung verlieren. Diese Verluste sind kostenintensiv und nicht nachhaltig.
1 ist ein Querschnitt einer beispielhaften Kühlanlage 100, wie sie in einem Datenzentrum ausgeführt werden kann, die eine schrankmontierte Umgebung 110 für Serverrechner umfasst. Beispielhafte Kühlanlagen 100 können ein Kühlaggregat 105 (z. B. Kühlturm) mit einer Mehrzahl Kühlmedien (z. B. Wasser) aufweisen, und können auch redundante Kühlungsoperationen ausführen. In redundanten Kühlungsoperationen kann die übrige Kühlungsquelle weiterhin hinreichend Kühlen, um ein teilweises oder gar vollständiges Herunterfahren der Rechen- und/oder sonstigen Geräte zu vermeiden, wenn eine der Kühlungsquellen ausfällt, ausser Betrieb gesetzt wird oder sonst nicht zur Verfügung steht. Eine derartige Konfiguration kann dazu beitragen, die Wahrscheinlichkeit eines Ausfalls, der die Gesamtanlage lahmlegt, zu reduzieren.
Natürlich wird die schrankmontierte Umgebung nur der Veranschaulichung halber gezeigt. Diese vorliegend beschriebenen Systeme und Verfahren beschränken sich keineswegs auf den Einsatz in einer bestimmten physikalischen Umgebung. Diese vorliegend beschriebenen Systeme und Verfahren beschränken sich auch keineswegs auf den Einsatz mit Rechnern oder sonstigen elektronischen Geräten einer bestimmten Art. Beispielsweise kann eine Schrankmontage 110 mit vielen Servern vorgesehen werden, oder aber ein einziger Server kann auf dem Montageboden sitzen.
In einem Ausführungsbeispiel kann eine Mehrzahl Rechensysteme und/oder sonstiger elektronischer Geräte (nicht dargestellt, aber für den Fachmann ohne weiteres verständlich) auf einem Schrank oder einem Gestell 110 angeordnet werden. Das Gestell 110 kann ein äußeres Gehäuse 115 aufweisen. Die Serverrechner werden typischerweise innerhalb des Gehäuses 115 aufeinander gestapelt angeordnet. Selbstverständlich ist ein breites Spektrum an schrankmontierten Umgebungen sonstiger Arten im Handel erhältlich. Beispielsweise ermöglichen es große schrankmontierte Umgebungen, die Serverrechner auf- oder neveneinander anzuordnen.
Wie allgemein bekannt ist, umfassen Serverrechner typischerweise eine oder mehrere Verarbeitungseinheiten oder Prozessoren, Datenspeicherung und/oder Speicher. Serverrechner können auch in operativer Verbindung mit sonstigen elektronischen Komponenten, z. B. Kommunikations- und Netzwerkgeräte (Router, Switches, Hubs) und einem breiten Spektrum an Ein-/Ausgabe (I/O) Geräten stehen, die ebenfalls schrankmontiert 110 werden können.
Im Betrieb können die Serverrechner und sonstigen elektronischen Komponenten Wärme erzeugen. Deshalb kann die Kühlanlage 100 derart ausgeführt werden, dass sie die Wärme vom Gestell 110 absorbiert und entfernt. In einem Ausführungsbeispiel umfasst die Kühlanlage 100 ein oder mehrere Kühlelemente 120, z. B. eine nahe oder neben den die Wärme erzeugenden Komponenten angeordnete Cold Plate (nicht dargestellt, typischerweise aber im Gehäuse 115 montiert, wie oben beschrieben). Das Kühlelement 120 absorbiert die von den verschiedenen wärmeerzeugenden Komponenten erzeugte Wärme.
In einem Ausführungsbeispiel ist das Kühlelement 120 derart ausgestaltet, dass eine Flüssigkeit dadurch fließt, und ist auf einer Wärmequelle (z. B. Prozessor) montiert, um die Wärme schnell und effizient zu absorbieren. Hierbei ist anzumerken, dass verschiedene Arten von Kühlelementen existieren, und dass die vorliegend beschriebenen Systeme und Verfahren nicht auf Kühlelemente einer bestimmten Art beschränkt sind.
Im Betrieb kann eine Kühlflüssigkeit (z. B. Wasser oder eine sonstige Flüssigkeit) durch die Leitungen 130 (z. B. über die Pumpe 135) zirkulieren, um die vom Kühlelement 120 absorbierte Wärme zu entfernen, wie von der Pfeile 131 (kühle Flüssigkeit) und der Pfeile 132 (warme Flüssigkeit) gezeigt. Die warme Flüssigkeit kann mindestens einen Wärmetauscher im Kühlaggregat 105 durchlaufen, um gekühlt zu werden, bevor sie wieder auf das Gestell 110 zuläuft. Hierbei ist anzumerken, dass der Wärmetauscher die Wärme von einem Medium zum anderen (z. B. zwischen Flüssigkeiten) überträgt und dabei die Kühlmedien physikalisch isoliert.
In einem Ausführungsbeispiel kann ein erstes wärmeableitendes Element, z. B. ein Wärmetauscher 140, ausgeführt werden, um die warme Flüssigkeit mit einem durch die Leitungen 150 laufenden primären Kühlmittel thermisch zu verbinden, wie von der Pfeile 151 (kühle Flüssigkeit) und 152 (warme Flüssigkeit) gezeigt. Beispielsweise kann es sich beim primären Kühlmittel um gekühltes Wasser oder eine sonstige dem ersten Wärmetauscher 140 durch die Wasserversorgungsletiung des Gebäudes oder eine andere Quelle zugeführte Flüssigkeit handeln. Ein zweites wärmeableitendes Element, z. B. der Wärmetauscher 160, kann vorgesehen werden, um die warme Flüssigkeit (in den Leitungen 130) mit einem sekundären Kühlmittel thermisch zu verbinden. Beispielsweise kann es sich beim sekundären Kühlmittel um Luft handeln (von den Pfeilen 170a, 170b gezeigt), der den zweiten Wärmetauscher 160 mittels eines Ventilators oder eines Gebläses 175 durchläuft, um die Hitze in die Umgebung abzuleiten (z. B. ausserhalb des Kühlaggregates 105).
Selbstverständlich sind die wärmeableitenden Elemente nicht auf Wärmetauscher beschränkt, und können thermodynamische Zyklen, z. B. Kompressionskältemaschinen oder sonstige geeignete Komponenten, umfassen. Ebenfalls ist anzumerken, dass in den Ausführungsbeispielen die Flüssigkeit der primäre Ableiter sein kann, wobei der Ventilator 175 nur im Notfall eingeschaltet wird.
Die vorliegend beschriebenen Systeme und Verfahren beschränken sich jedoch keineswegs auf eine derartige Ausführungsform.
Anzumerken ist, dass obwohl nur primäre und sekundäre Kühlmittel gezeigt werden, die jeweils gesonderte Wärmetauscher aufweisen, diese in beliebiger Anzahl ausgeführt werden können. Ausserdem sind die Systeme und Verfahren nicht auf eine Eins-zu-Eins-Entsprechung des Wärmetauschers zum Kühlmittel beschränkt. In anderen Ausführungsformen kann z. B. derselbe Wärmetauscher mit alternierenden Kühlmittel eingesetzt werden. Die konkrete Ausführung kann von allen möglichen Auslegungserwägungen, z. B. der erzeugten Wärme, dem gewünschten Kühlungsgrad und der Umgebung, abhängen.
Hierbei ist anzumerken, dass eine beliebige eines breiten Spektrums an Konfigurationen der Kühlanlage 100 ausgeführt werden kann, um diese und andere Vorteile zu erzielen. Einige Beispiele verschiedener Konfigurationen sind insbesondere zusätzliche oder Notwärmetauscher, die ebenfalls vorgesehen werden können, um die warme Flüssigkeit mit einem sekundären Kühlmittel thermisch zu verbinden. Beim sekundären Kühlmittel kann es sich um Luft (oder ein Kältemittel), die von Ventilatoren oder Gebläsen in den Gestellen durch die Wärmetauscher zirkuliert wird, um die Wärme in die Umgebung abzuleiten.
In einer weiteren Ausführungsform können Regelventile an verschiedenen Stellen der Flüssigkeitsleitungen vorgesehen werden. Beispielsweise können Absperrventile an Flüssigkeitsleitungen im Gestell vorgesehen werden. Im Betrieb können die Absperrventile geöffnet und geschlossen werden, um das primäre und sekundäre Kühlmittel jeweils in Umlauf zu bringen/auszuschalten. Andere Regelventile können eingesetzt werden, um die gewärmte Kühlflüssigkeit zur Luftkühlung zu rezirkulieren. Auf diese Weise kann die Anlage selbst dann weiter betrieben werden, wenn die Wärmetauscher gewartet oder ersetzt werden. Selbstverständlich können die Ventile auch manuell oder automatisch auf der Grundlage von Eingaben oder Rückmeldungen eines Überwachungs-/Verwaltungssystems (z. B. zur Ausfallmeldung) betrieben werden.
Anzumerken ist, dass die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele lediglich der Veranschaulichung dienen und nicht als Einschränkung gelten sollen. Beispielsweise können Kühlmittel beliebiger Arten in beliebiger Anzahl, und die Wärmetauscher in einem breiten Spektrum an verschiedenen Konfigurationen vorgesehen werden. Ausserdem können die Operationen automatisch durch das Überwachungssystem des Gebäudes und/oder mit Sensoren erkannt werden (z. B. Druck-, Fluss-, Temperatursensoren), die als Bestandteil der Kühlanlage selbst vorgesehen sind, um die Ventile zu öffnen/schließen, usw. Ausserdem beschränken sich die vorliegend beschriebenen Systeme und Verfahren zur Ressourcenverwaltung in einem Datenzentrum nicht auf eine einzige Einrichtung, sondern können von mehreren Einrichtungen im Besitz desselben Betreibers oder von Gruppen von Betreibern gemeinsam genutzt werden.
Noch weitere Ausführungsformen sind auch denkbar. Beispielsweise, obwohl die Systeme und Verfahren unter Bezugnahme auf Rechensysteme beschrieben werden, können die Kühlanlagen in anderen Ausführungsbeispielen für sonstige elektronische Geräte, z. B. Video- und Audiogeräte, usw., ausgeführt werden. ”Datensysteme” ist vorliegend so zu verstehen, dass der Begriff Rechen- und/oder sonstige elektronische Systeme umfasst, und zwar ohne Rücksicht darauf, ob Daten tatsächlich verarbeitet werden.
2 ist ein Blockschaltbild auf hoher Ebene eines beispielhaften Ressourcenmanagementsystems 200 für ein Datenzentrum. Das Ressourcenmanagementsystem 200 kann in Programmcode, insbesondere Software, internet- oder mobilen Anwendungen (”Apps”), sog. Widges oder in eingebettetem Code wie Firmware ausgeführt werden. Obwohl der Programmcode in 2 gezeigt wird und eine Anzahl von Komponenten oder Modulen zur Veranschaulichung dargestellt wird, ist der Programmcode hierauf nicht beschränkt. Der Programmcode kann auch zusätzliche Komponenten, Module, Routinen, Subroutinen, usw. umfassen. Ausserdem können eine oder mehrere Funktionen in einer einzigen Komponente/Modul kombiniert werden.
Anzumerken ist, dass das Funktionieren der wärmeerzeugenden Komponenten durch die Fähigkeit der Kühlanlage, die Wärme abzuleiten, beschränkt ist. Daher kann der Strom- und/oder Wasserverbrauch automatisch eingestellt werden, um eine Verschlechterung der Leistung und/oder einen Ausfall, der zum Herunterfahren der Gesamtanlage führt, zu vermeiden. In einigen Fällen kann es vorkommen, dass mindestens einige der Komponenten (z. B. kritische Server) weiterhin bei voller Leistung funktionieren, während die Nutzung anderer Komponenten (z. B. alternativer oder Backup-Systeme) reduziert oder gar ausgeschaltet wird, um diese Einschränkungen einzuhalten.
In einer Ausführungsform kann das Ressourcenmanagementssystem 200 eine mit mindestens einem der Strom- 212 oder Kühlflüssigkeitseingänge 214 des Datenzentrums operativ verbundene Steuerschnittstelle 210 umfassen. Das Ressourcenmangementsystem 200 kann auch einen Requirements Manager 216 umfassen, der derart konfiguriert ist, dass er eine Ressourcenverbrauchsbeschränkung für das Datenzentrum verarbeitet. Ein Ressourcenmanager 218 steht in operativer Verbindung mit dem Requirements Manager 216 und der Steuerschnittstelle 210. Der Ressourcenmanager 218 konfiguriert den Ausgang der Steuerschnittstelle 210, um mindestens eines vom elektrischen Strom 212' und der Kühlflüssigkeit 214' für das Datenzentrum der Ressourcenverbrauchsbeschränkung entsprechend einzustellen, wie dies in Bezug auf die in 2a und 2b dargestellten und beschriebenen Ausführungsformen ausführlicher erläutert wird.
2a ist ein Arbeitsablaufsdiagramm, das eine beispielhafte Dimensionierung der Wasserversorgung in einem Datenzentrum nach einem Bottom Up-Ansatz, z. B. aufgrund des tatsächlichen Stromverbrauchs oder Stromverbrauchsbeschränkungen, zeigt. Eine Funktion der Dimensionierung der Wasserversorgung ist in der Managementsoftware enthalten, und der einem Gestell zugeführte Wasserfluss kann durch Steuern der Wasserventile des Gestells eingeschränkt werden. In einer Ausführungsform kann eine Stromverbrauchsbeschränkung für ein oder mehrere Gestelle des Datenzentrums festgelegt werden. Der Durchfluss für das Gestell lässt sich dann bestimmen (z. B. mit einer Look Up-Tabelle oder einem geeigneten Algorithmus), und die Wasserzuführungsvorgänge (sowohl für gekühltes als auch für nicht gekühltes Wasser) der Anlage können dann optimiert werden. Beispielsweise, wenn eine Kühlkapazität von 300 kW erforderlich ist und die Kühlwasseranlage eine Kapazität von 600 kW aufweist, kann einer oder mehrere der Kühler heruntergefahren werden, um die Bedürfnisse des Datenzentrums mit der Leistung der Kühlanlage besser abzustimmen. Der verdunstungsbedingte Wasserverlust/-verbrauch hängt dabei auch mittelbar von der Temperatur des gekühlten Wassers ab. Eine niedrigere Temperatur des gekühlten Wassers erfordert einen höheren Stromverbrauch der Kühlanlage, was zu einem höheren Wasserverbrauch seitens der Kühltürme führt. Dies unterscheidet sich natürlich je nach der Art des Kühlers/Kühlturms.
In diesem Beispiel wird das Wasser gekühlt, und im Datenzentrum werden wassergekühlte Gestelle eingesetzt. Bei 250 sind alle Stromverbrauchsbeschränkungen der Gestelle bekannt; auch die Operationen der Kühlanlage sind bekannt (insbesondere mindestens die Kühlwasserpumpen, Kühler, Kondensatorpumpen und Kühltürme), und das Datenzentrum befindet sich im stabilen Betrieb. Bei 251 sieht die Managementsoftware eine zukünftige Veränderung der Auslastung voraus, für die neue Stromverbrauchsbeschränkungen festgelegt werden. Hierbei ist anzumerken, dass die Managementsoftware, anstatt/ausser die Veränderung vorauszusehen, diese auch messen kann. Bei 252 bestimmt die Managementsoftware den neuen Wasserversorgungsbedarf jedes Gestells. Bei 253 quantifiziert die Managementsoftware den Gesamtkühlungsbedarf des Datenzentrums, was dem Wasserbedarf entspricht. Im Schritt 254a–b bestimmt die Managementsoftware den Öffnungsgrad des Gestellventils und quantifiziert das gesamte Wasserdruckgefälle des Datenzentrums. Bei 255 verwendet die Managementsoftware die Daten zum Wasserbedarf und zum Druckgefälle, um den Betrieb der Kühlanlage zu optimieren.
2a ist ein Arbeitsablaufsdiagramm, das eine beispielhafte Dimensionierung der Wasserversorgung in einem Datenzentrum nach einem Top Down-Ansatz, z. B. aufgrund von Wasserverbrauchsbeschränkungen, zeigt. Eine Wasserverbrauchsbeschränkung kann festgelegt werden, wenn z. B. ein Versorgungsunternehmen voraussieht, dass es innerhalb eines gegebenen Zeitraums nicht in der Lage sein wird, den voraussichtlichen Bedarf auf seinem Gebiet zu befriedigen. Das Versorgungsunternehmen kann seine Kunden dann auffordern, den Verbrauch zu reduzieren, um den Bedarf mit der Kapazität abzustimmen. Diese Wassernutzungsbeschränkgungen könnten zu Stromverbrauchsbeschränkgungen auf der Ebene des Servers, des Gestells oder der Zone führen. Soweit ein Datenzentrum einer Aufforderung, den Wasserverbrauch zu reduzieren, nicht entsprechen kann oder will, kann das Versorgungsunternehmen das dem Datenzentrum zugeführte Wasser einschränken. Ein Datenzentrum, das seinen Wasserverbrauch minimieren kann, wird gegenüber der Konkurrenz im Vorteil sein.
Anzumerken ist, dass ”Wasserverbrauch” oder ”Kühlflüssigkeitsverbrauch” im hiesigen Sinne auch einen Durchfluss, eine Kombination aus Durchfluss und Wassertemperatur und Kühlkapazität (die unmittelbar mit dem Durchfluss und der Temperatur in Verbindung steht) umfasst. Der Verbrauch kann auf vielfältige Weisen gesteuert werden, z. B. durch Steuern des Durchflusses, des Volumenstroms, der Wassertemperatur (z. B. durch ein zusätzliches Kühlmittel wie ein Kältemittel oder Luft) und/oder eine Kombination davon.
In diesem Beispiel werden im Datenzentrum wassergekühlte Kühltürme und luft- oder wassergekühlte Gestelle eingesetzt. Bei 260 sind alle Wasserverbrauchsbeschränkungen und Strombedarf des Datenzentrums bekannt und aufeinander abgestimmt, und das Datenzentrum befindet sich im stabilen Betrieb. Bei 261 empfängt die Managementsoftware eine Aufforderung des Versorgungsunternehmens, den Wasserverbrauch über einen vorgegebenen Zeitraum um 10% zu reduzieren. In der Operation 262 bestimmt die Managementsoftware den Wasserbedarf des Datenzentrums und vergleicht diesen mit der vom Versorgungsunternehmen verlangten Beschränkung. Die Aufforderung kann eine 10%ige Reduktion des Wasserverbrauchs beinhalten. Beispielsweise kann das Datenzentrum Prämien vom Versorgungsunternehmen erhalten, nachdem der Betrieb der Kühlanlage entsprechend angepasst worden ist.
In den Operationen 263a–b übersteigt der aktuelle Wasserbedarf die Verfügbarkeit unter Berücksichtigung einer 10%igen Reduktion der Verfügbarkeit des Wassers. Die Managementsoftware bestimmt die Wärmemenge, die abgeführt werden kann. Sequentiell bestimmt die Managementsoftware eine geeignete Auslastung, die reduziert werden kann, um den Kühlungsbedarf auf die verfügbare Kühlungskapazität abzustimmen. In der Operation 264 bestimmen sich die Stromverbrauchsbeschränkungen und der Betrieb der Kühlanlage nach den Wasserverbrauchsbeschränkungen.
Neben den Zuführungsbeschränkungen kann die im Wasser eingebettete Energie von Überwachungssystemen des Datenzentrums berechnet werden, um die mittelbare und unmittelbare Energiebelastung des Wasserverbrauchs im Betrieb zu ermitteln. Hiernach kann ein Umschalten auf wassereffiziente Technologien bestimmt werden, und dabei der wünschenswerte Koeffizient der Leistung des Datenzentrums und der Emissionswerte aufrechterhalten werden.
3 ist ein Flussdiagramm, dass beispielhafte Operationen zum Ressourcenmanagement für ein Datenzentrum zeigt. Die Operationen 300 können als Logikanweisungen (z. B. Firmware) auf einem oder mehreren computerlesbaren Medien ausgeführt werden. Wenn diese durch einen Prozessor ausgeführt werden, führen die Logikanweisungen die beschriebenen Operationen durch. In einem Ausführungsbeispiel können die in den Zeichnungen abgebildeten Komponenten und Verbindungen benutzt werden.
In der Operation 310 wird der Stromverbrauch des Datenzentrums bestimmt. In der Operation 320 wird der Kühlflüssigkeitsverbrauch des Datenzentrums bestimmt. Hierbei ist jedoch anzumerken, dass die Operationen 310 und 320 nicht dahingehend auszulegen sind, dass sie eine bestimmte Schrittfolge erfordern. In einem weiteren Beispiel kann der Kühlflüssigkeitsverbrauch vor der Bestimmung des Stromverbrauchs bestimmt werden. In noch einem weiteren Beispiel können der Kühlflüssigkeits- und Stromverbrauch im Wesentlichen gleichzeitig bestimmt werden. Hierbei ist ebenfalls anzumerken, dass der Bestimmungsbegriff weit genug aufzufassen ist, dass er den Empfang eines Eingangs aus einer externen Quelle (z. B. Benutzereingaben und/oder elektronische Überwachung) umfasst, und auch zusätzliche Verarbeitung und/oder Formatierung verschiedener Daten aus einer oder mehreren Quellen umfassen kann.
In der Operation 330 wird eine Ressourcenverbrauchsbeschränkung des Datenzentrums verarbeitet. Bei der Ressourcenverbrauchsbeschränkung kann es sich um eine Beschränkung des Strom- und/oder Wasserverbrauchs handeln. Die Ressourcenverbrauchsbeschränkung lässt sich intern festlegen (z. B. aufgrund einer internen Ressourcenverbrauchspolitik zur Reduzierung des Verbrauchs und/oder aus finanziellen Gründen). Die Ressourcenverbrauchsbeschränkung lässt sich auch extern festlegen (z. B. aufgrund der Vorschriften des Versorgungsunternehmen, behördlicher Vorschriften usw.). Die Ressourcenverbrauchsbeschränkung lässt sich auch abstimmen, z. B. zwischen dem Betreiber des Datenzentrums (oder unter mehreren Betreibern) und/oder dem Versorgungsunternehmen oder verschiedenen Aufsichtsbehörden.
Die Ressourcenverbrauchsbechränkung lässt sich auch für eine einzelne oder für mehrere Einrichtungen festlegen. Beispielsweise kann die Ressourcenverbrauchsbeschränkung (RVB) für mehrere Einrichtungen im Eigentum desselben Betreibers festgelegt werden. Beispielsweise kann die RVB auch für mehrere Einrichtungen auf dem Versorgungsgebiet eines einzigen Versorgungsunternehmens festgelegt werden.
Die Verarbeitung der RVB kann auch den Empfang der RVB umfassen (z. B. intern oder extern). Die Verarbeitung der RVB kann auch das Einstellen der RVB, z. B. um einen Sicherheitsfaktor oder einen Grenzwert, umfassen, um eine geeignete Reaktionszeit festzulegen, bevor die RvB überschritten wird.
In der Operation 340 wird mindestens eines des elektrischen Stroms und der Kühlflüssigkeit des Datenzentrums aufgrund der RVB eingestellt. In einem Beispiel lässt sich der Stromverbrauch je nach der verfügbaren Menge an Kühlflüssigkeit nach oben oder unten eingestellt werden. In einem weiteren Beispiel lässt sich der Kühlflüssigkeitsverbrauch je nach dem Stromverbrauch nach oben oder unten eingestellt werden. Kombinationen sind auch vorgesehen.
Die vorliegend beschriebenen und abgebildeten Operationen dienen der Veranschaulichung von Ausführungsbeispielen der Umbildung eines Mehrknoten-Speichersystems. Anzumerken ist, dass die Operationen nicht auf die abgebildete Schrittfolge beschränkt sind, und auch andere Operationen ausführbar sind.
Zur weiteren Veranschaulichung kann das Verfahren auch das Einstellen der Stromzuführung zu einer oder mehreren wärmeerzeugenden Komponenten des Datenzentrums zur Einhaltung der RVB umfassen. Das Verfahren kann auch das Konfigurieren der Nutzung einer oder mehrerer wärmeerzeugenden Komponenten des Datenzentrums zur Einhaltung der RVB umfassen.
Beispielsweise kann das Verfahren auch die zeitliche Abstimmung der Nutzung einer oder mehrerer wärmeerzeugenden Komponenten des Datenzentrums zur Einhaltung der RVB umfassen. Die zeitliche Abstimmung kann das Einschalten von mehr wärmeerzeugende Komponenten außerhalb der Stoßzeiten und das Ausschaltung der Ressourcen während der Stoßzeiten umfassen. Die zeitliche Abstimmung kann auch Einstellungen für tägliche (z. B. Tag/Nacht) und jahreszeitliche (z. B. Sommer/Winter) Operationen umfassen.
In einem weiteren Beispiel kann das Verfahren auch das Aggregieren der Nutzung einer oder mehrerer wärmeerzeugenden Komponenten des Datenzentrums zur Einhaltung der RVB umfassen. Das Aggregieren kann das Einschalten der wärmeerzeugenden Komponenten innerhalb einer oder mehrerer thermischen Grenzen des Datenzentrums umfassen, damit weniger Kühlflüssigkeit gebraucht wird, als gebraucht würde, wenn die Kühlflüssigkeit über mehrere thermische Grenzen hinaus zugeführt werden müsste. Der Betrieb bei höheren Kühlwassertemperaturen kann auch zur Verwaltung des Wasserverbrauchs beitragen.
Zur weiteren Veranschaulichung kann das Verfahren das Einstellen des Durchflusses einer Kühlflüssigkeit zur Einhaltung der RVB umfassen. Der Durchfluss kann dadurch reduziert werden, dass weniger wärmeerzeugende Komponenten eingeschaltet sind; und nur dann erhöht werden, wenn mehr wärmeerzeugende Komponenten eingeschaltet sind. Ebenso können weniger wärmeerzeugende Komponenten infolge reduzierten Durchflusses eingeschaltet werden; und mehr wärmeerzeugende Komponenten nur dann eingeschaltet werden, wenn der Durchfluss erhöht werden kann.
In einem weiteren Beispiel kann das Verfahren auch den Einsatz eines sekundären Kühlmittels (z. B. Luft oder Kältemittel) zur Einhaltung der RVB umfassen. Das sekundäre Kühlmittel kann neben mindestens einer Teilmenge der Kühlflüssigkeit oder an deren Stelle eingesetzt werden.
Ausser den vorliegend ausdrücklich beschriebenen Ausführungsformen sind noch weitere Aspekte und Ausführungsformen für den Fachmann anhand der vorliegenden Beschreibung ohne weiteres erkennbar. Die Beschreibung und die abgebildeten Ausführungsformen sind nur als Beispiele zu betrachten.

Claims

Verfahren zur Verwaltung von Ressourcen eines Datenzentrums, umfassend: Bestimmen des Stromverbrauchs des Datenzentrums; Bestimmen des Kühlflüssigkeitsverbrauchs des Datenzentrums; Verarbeiten einer Ressourcenverbrauchsbeschränkung (RVB) für das Datenzentrum; und Einstellen mindestens eines des Strom- oder Kühlflüssigkeitsverbrauchs des Datenzentrums basierend auf der RVB.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend das Einstellen des Stromverbrauchs einer oder mehrerer wärmeerzeugender Komponenten des Datenzentrums zur Einhaltung der RVB.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, ferner umfassend die zeitliche Abstimmung der Nutzung einer oder mehrerer wärmeerzeugender Komponenten des Datenzentrums zur Einhaltung der RVB.
Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, ferner umfassend das Aggregieren der Nutzung einer oder mehrerer wärmeerzeugender Komponenten des Datenzentrums zur Einhaltung der RVB.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Aggregieren der Nutzung einer oder mehrerer wärmeerzeugender Komponenten des Datenzentrums das Einschalten der wärmeerzeugenden Komponenten in einem einzigen Gestell und das Ausschalten der wärmeerzeugenden Komponenten in anderen Gestellen umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, ferner umfassend das Einstellen des Durchflusses einer Kühlflüssigkeit zur Einhaltung der RVB.
Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5 oder 6, ferner umfassend den Einsatz eines sekundären Kühlmittels zur Einhaltung der RVB.
Ressourcenmanagementsystem für ein Datenzentrum, umfassend: ein mit der Stromversorgung und der Kühlflüssigkeit des Datenzentrums operativ verbundenes Steuergerät; einen zur Verarbeitung einer RVB für das Datenzentrum konfigurierten Requirements Manager; und einen mit dem Requirements Manager und dem Steuergerät in operativer Verbindung stehenden Ressourcenmanager, wobei der Ressourcenmanager den Ausgang des Steuergeräts konfiguriert, um mindestens eines des Strom- und Kühlflüssigkeitsverbrauchs des Datenzentrums basierend auf der RVB einzustellen.
System nach Anspruch 8, wobei das Steuergerät vom Ressourcenmanager dazu konfiguriert wird, den Stromverbrauch einer oder mehrerer wärmeerzeugender Komponenten des Datenzentrums zur Einhaltung der RVB einzustellen.
System nach Anspruch 8 oder 9, wobei das Steuergerät vom Ressourcenmanager dazu konfiguriert wird, einen Kühlflüssigkeitsverbrauch in mindestens einem mit einer oder mehreren wärmeerzeugenden Komponenten thermisch verbundenen Kühlelement derart einzustellen, dass die Kühlflüssigkeit die Wärme der wärmeerzeugenden Komponenten während des Betriebs des Datenzentrums absorbiert und ableitet, um die RVB einzuhalten.
System nach Anspruch 8, 9 oder 10, wobei das Steuergerät vom Ressourcenmanager dazu konfiguriert wird, neben mindestens einer Teilmenge der Kühlflüssigkeit oder an deren Stelle ein sekundäres Kühlmittel zur Einhaltung der RVB einzusetzen.
System nach Anspruch 8, 9, 10 oder 11, wobei die RVB mindestens dem Wasserverbrauch eine Höchstgrenze setzt.
System nach Anspruch 8, 9, 10, 11 oder 12, wobei die RVB mindestens dem Stromverbrauch eine Höchstgrenze setzt.
Ressourcenverwaltungssystem, umfassend einen auf einem computerlesbaren Speichermedium gespeicherten, von einem Prozessor ausführbaren Programmcode zum Ermitteln eines Strom- und Kühlflüssigkeitsverbrauchs eines Datenzentrums; zum Analysieren einer RVB für das Datenzentrum; und zur Bestimmung von Einstellungen mindestens eines des Strom- oder Kühlflüssigkeitsverbrauchs des Datenzentrums basierend auf der RVB.
System nach Anspruch 14, wobei der Programmcode ferner ausführbar ist: zum dynamischen Konfigurieren eines Stromstellers während des Betriebs des Datenzentrums, um den Stromverbrauch einer oder mehrerer wärmeerzeugender Komponenten im Datenzentrum zur Einhaltung der RVB einzustellen; und zum dynamischen Konfigurieren eines Steuergeräts für die Kühlflüssigkeit während des Betriebs des Datenzentrums, um den Kühlflüssigkeitsverbrauch zur Einhaltung der RVB einzustellen.