Экономия на малом

Такая отрасль, как информационные технологии, ответственна за выброс всего 2-3% мирового объема углекислого газа. Однако решения, разработанные в сфере green IT, могут привести к значительному уменьшению выбросов в других, более энергоемких отраслях и существенной экономии финансовых средств компаний, что особенно актуально в условиях глобального экономического кризиса.

По версии аналитической компании Gartner направление green IT ("зеленые" информационные технологии) попало в список десяти самых актуальных технологических трендов 2009 года. Сегодня около половины европейских компаний уже имеют план корпоративной деятельности в области green IT. Так, в Великобритании крупные компании тратят около 5,5% годового бюджета на проекты в этой области. Согласно прогнозам, в ближайшие два года этот объем вырастет до 8%.

К этому направлению относятся не столько экологические инициативы, сколько весь спектр продуктов, решений и технологий, с помощью которых компании могут добиваться максимально эффективного использования имеющихся IT-ресурсов. Это, например, эффективное энергопотребление, благодаря которому крупные компании, обладающие развитой IT-инфраструктурой и мощными дата-центрами, могут сэкономить значительные суммы.

Green IT действительно позволяют более эффективно бороться с изменением климата, и, в частности, с выбросами парниковых газов. Так, исследование Smart 2020, проведенное международной экспертной организацией The Climate Group, завершается выводом о том, что использование IT и цифровых технологий в проектировании "интеллектуальных" зданий и электрических сетях, логистике и производстве сможет сократить общемировые выбросы углекислого газа на 15% к 2020 году.

Энергоэффективные нанометры

Лидером в разработке решений в области green IT сегодня является корпорация Intel. Осенью она была признана крупнейшим потребителем "зеленой" энергии в мире. Из возобновляемых источников она получает почти половину расходуемой электроэнергии.

Во многом благодаря разработкам Intel за последние два года произошел прорыв в области энергоэффективных IT. Это результат внедрения так называемой 45-нанометровой (45-нм) технологии. Intel не единственная компания, применившая эту технологию в своих производственных процессах, но именно она предложила уникальное решение, позволившее снизить энергопотребление. В качестве диэлектрика в транзисторах были использованы новые, так называемые high-k материалы. Традиционно в качестве основного материала для диэлектрика затвора в транзисторе использовался диоксид кремния, Intel же разработала металлический затвор на базе оксида гафния. Применение high-k материала позволило на порядок успешнее изолировать паразитные токи, борьба с которыми была затруднена в связи с миниатюризацией транзисторов. Сочетание металлических затворов и диэлектриков из материала high-k позволило Intel создавать транзисторы с очень низким током утечки и рекордной скоростью переключения, благодаря чему существенно — до шести раз — улучшились показатели энергосбережения процессоров.

Весной Intel анонсировала выпуск серверов Xeon серии 5500. Помимо 45-нм технологии, в них добавились дополнительные решения, за счет которых можно более эффективно управлять каждым ядром в процессоре. По сравнению с предыдущим поколением Xeon, производившихся по той же технологии, новая линейка дала прирост производительности в среднем почти в два раза, а энергопотребление при этом было существенно оптимизировано.

Теперь каждое ядро имеет собственное управление питанием и может регулировать свою работу в зависимости от текущей нагрузки. Например, если общая загруженность процессора превышает заданное пороговое значение (при условии, что не превышены критические параметры), то процессор может увеличивать тактовую частоту работы ядер с шагом 133 МГц. При высоких нагрузках это позволяет нарастить производительность процессора, быстрее выполнить задачу и перейти в экономный режим ожидания. В режиме ожидания энергопотребление новых процессоров не превышает 10 Вт. Если сравнить две идентичные серверные платформы Xeon производства 2005 и 2009 годов, то энергопотребление новой платформы снижено примерно на 18%, а производительность при этом в девять раз выше. Кроме того, совсем недавно Intel приступила к производству микросхем на базе нового технологического процесса с размером транзисторов 32 нм. Благодаря ряду инноваций скорость срабатывания транзисторов выросла более чем на 22%, а утечка тока по сравнению с 45-нм транзисторами снизилась более чем в пять раз.

В Intel считают, что сегодня экономия энергии при помощи IT — крайне перспективное направление. Благодаря новейшим IT-решениям практически любой энергоемкий объект промышленности, электроэнергетики или транспортной системы имеет возможность стать более энергоэффективным, тем самым уменьшив воздействие на окружающую среду. Как утверждают специалисты Intel, реальная возможность для этого появилась только сейчас, когда возникли 32-нанометровые процессоры, которые потребляют милливатты, но при этом выполняют все функции, позволяя контролировать и передавать необходимую информацию.

Все эти технологии немедленно находят применение, в частности при создании дата-центров. Так, в большинстве крупных городов чрезвычайно остро стоит проблема подключения дополнительных энергомощностей. А тем временем автоматизация экономики идет полным ходом, и любая уважающая себя крупная компания стремится иметь собственный дата-центр. В деловых центрах мегаполисов ограничения в потреблении энергии настолько велики, что компании не в состоянии решить эту проблему: расширить мощности просто нет физической возможности. Дополнительные осложнения создает необходимость кондиционирования, поскольку платить приходится и за работу сервера, и за работу кондиционера, что увеличивает энергопотребление на 40%. Эти проблемы можно решить при помощи энергоэффективных серверов.

Виртуальная экономия

Сегодня все средние и крупные компании внедряют или уже используют в работе технологию виртуализации, поскольку избыточное аппаратное обеспечение очень быстро заполняет все имеющееся пространство в дата-центрах. Кроме того, каждая новая покупка оборудования приводит к увеличению затрат на электроэнергию и охлаждение. Переход от физических серверов к виртуальным позволяет решить эти проблемы.

Основным недостатком виртуализации является потеря производительности виртуальных машин, работающих на стандартном программном обеспечении. Новые серверы Intel позволяют на аппаратном уровне виртуализировать процессоры, чип-сеты, устройства ввода/вывода и пр. За счет такой аппаратной поддержки производительность операционных систем, работающих в виртуальных средах, приближается к оригинальной. Еще несколько лет назад без технологий аппаратной поддержки потери производительности виртуальных операционных систем в зависимости от типа задач могли достигать 80%. Теперь при выполнении большинства стандартных операций они не превышают 5-7%.

Еще одно направление, важное для всех,— это так называемые интеллектуальные электрические сети (smart grid). Как известно, значительный объем электроэнергии теряется при ее передаче, поэтому возможность сэкономить ее на этом этапе является одним из приоритетных направлений развития green IT.

В последние годы структура электрических сетей в мире меняется: помимо традиционных электростанций, стали использоваться альтернативные и распределенные источники энергии — батареи на солнечных элементах, геотермальные и ветряные установки, мини-ТЭС. Однако проблему представляет включение таких энергогенераторов в общие энергетические сети. В рамках инициативы smart grid Intel предлагает решить эту проблему при помощи разработки новых стандартов и внедрения всевозможных встроенных систем, датчиков и сенсорных устройств.

Так, для эффективной работы ветряных турбин огромное значение имеет угол между плоскостью лопасти и направлением ветра. Встроенные контроллеры на основе процессора Intel, соединенные с сенсорами, позволяют реагировать на изменение погодных условий, благодаря чему лопасти всегда оптимально ориентированы.

Другой пример — наличие сенсоров на газопроводных системах. В случае возникновения утечки информация (с указанием точного местоположения, скорости утечки и пр.) своевременно может быть передана на большие расстояния при помощи технологии WiMAX.

Для обычных потребителей компания разработала, например, технологию IHD (in-home displays), которая позволяет им контролировать энергопотребление внутри дома или квартиры и более эффективно управлять им. Прежде всего это касается нагрева воды, включенности электроприборов в сеть и теплоснабжения или кондиционирования в отсутствие людей в доме. Подобные решения для "умного" дома позволяют исключить потребление энергии в малых количествах, которое человек обычно в расчет не принимает. Между тем суммарный объем такого энергопотребления значителен, и экономия может составить до 80%.