データセンターの冷却はソフトウエア定義できるのか

最近ソフトウエア定義されるデータセンターが注目を浴びている。データセンターは周知のようにICTとファシリティの装置で成り立っている。しかし、現在のソフトウエア定義されるデータセンターにはファシリティの装置は含まれない。しかし、幾らICTの装置やそのレイアウトをソフトウエアで定義しても、その装置を問題なく動作させるためには、適度な冷却と電力が必要である。つまり、冷却と電力もソフトウエア定義されないと本当の意味ではデータセンターをソフトウエアで定義したことにはならない。このブログでは、冷却のソフトウエア定義に関して述べる。


冷却のソフトウエア定義を謳っているベンダーはあまり多くない。と言うか、筆者は一社しか知らない。それは、Vigilent社だ。早速知り合いのVigilent社のAlex Fielding氏に話を聞いた。

Alex Fielding氏


Vigilent社
非常に簡単に言うと、Vigilent社はデータセンター・インフラ管理(DCIM)のツールを提供するベンダーである。市場調査会社のGartnerはDCIMツールをを以下の様に定義している。　


データセンターの効率やエネルギー消費をモニター、計測、管理または制御する全てのIT関係の装置（サーバー、ストレッジ、ネットワークなど）やファシリティのインフラの要素（PDUやCRACなど）を含む。


Vigilent社の業務内容
Vigilent はDCIM のベンダーでデータセンターの冷却を管理する。非常に分かり易い。周知のようにデータセンターの運用は大部分はファシリティの人々によってなされる。IT関係の人たちはお客さんとして見られることが多い。しかも、なかなか要求の多い客だと思われがちだ。過去には何回もITとファシリティを統合し、データセンターを効率良く運用しようとする試みがなされた。幾分かの成功例はあるものの、統合管理というのはITとファシリティのどちらにも受け入れにくい提案の様だ。Fielding氏 によれば Vigilentの業績が良いのは２つの理由がある。１つはデータセンターの運用に大きな影響を与える部分を改善するからだ、つまり効率の高い冷却方法だ。40% から50% の冷却に必要な電力消費に影響を与えることができる。つまり、必要な所に必要な量の冷却を提供するのだ。だから、非常に恩恵が見えやすい。何かしなかればならないのはファシリティ側だけで、IT側のサーバーなどのIT機器にはタッチしない。しかし、そのおかげでIT側の人を巻き込む必要もなく、サーバーなどの装置に触れることもないが、IT装置を安定して問題なく運転することができる。ファシリティの人たちは簡単に理解でき、すぐに恩恵が見られるものであれば、非常に受け入れやすいという分けだ。その上、実際のインストレーションから数日でエネルギー効率の改善が見られるとFielding氏は続けた。


実装
Vigilentの技術を説明するのは容易だ。常にデータセンター内の冷却の必要性をモニターして計測し、本当に必要なところに動的に最少必要限の冷却を提供するということだ。サーバーやその他のIT 装置は負荷によって発熱量が異なる。データセンターの負荷は動的に時間毎や日ごとでも変化する。通常将来の拡張を見込んで、電力も冷却も過剰に準備しがちだ。IT装置は必要以上に冷却しすぎる必要はなく、冷却の必要性が軽減されれば冷却もそれに伴って調整されるべきだ。

Vigilentは正にその機能を提供する。一般的にデータセンターの冷却は冷却装置に戻ってくる熱くなった空気の温度を感知して温度調整を行う。しかし、本当に必要なのはサーバーの取り入れ口での空気の温度をモニターし温度調節をすることだ。これが行われなかったのは、以前は容易にサーバーの取り入れ口での空気の温度を測定できなかったからだ。ここ数年、サーバーやラックレベルでの温度や湿度などの環境情況をモニターし計測されるようになった。これを使用すれば、実際にモニター・計測しなければならない箇所で環境情況の情報を入手できるようになり、もっと効率の良い冷却を提供できるようになる。Vigilentは無線センサーを利用してDust Networks のメッシュ・ネットワークを利用して環境情報を収集する。常に温度などの環境情報を収集してモニターして、冷却装置を電源を入れたり、止めたり、またそのファンのスピードを調整することで、冷却量を調整することが出来る。以下の図はこの様子を示している。

Vigilentのシステムの仕組み (出典: Vigilent)


冷却の仮想化
Vigilentが最初に冷却の仮想化を言い出した。冷却の仮想化とは何だろう。あるものが仮想化されるのであれば、それを簡単さらに動的に生成、増量、除去、減量　および移動させることができる。これはサーバーの仮想化に当てはめてみると良く分かる。


冷却は:

• 生成される (冷却装置の電源をオンにする)
  
• 増量される(更に他の冷却装置の電源をオンにするまたは、ファンのスピードを増加する、チラーの温度を下げる)
  
• 除去される(冷却装置を停止を停止したり、スリープ・モードにする)
  
• 減量される(冷却装置の一部を停止したり、ファンのスピードを下げたり、チラーの温度を上げる)
  

移動はどうだろう。冷却って動的に移動できるのだろうか。実際のところ、仮想化されたサーバーも物理的に移動されるわけではない。vMotionの様にバーチャル・マシン(VM)の移動は生成、コピーと除去で実装されている。その仕組みは、新しいVM のインスタンスが移動先のサーバーに生成される、実行状態を元のVMのインスタンスからこのインスタンスにコピーする、そして最後にもとのインスタンスを除去する。この手法は冷却にも適用できる。サーバーのVMが１つのサーバーから他のサーバーに移動されると、当然移動元と移動先のサーバーに対する冷却の要求は変化する。移動元用のサーバーに対する冷却は停止されるか、冷却量を削減できる。これに反して、移動先のサーバーは冷却要求が増加して、移動先用のために新たな冷却のインスタンスを生成することで対応できる。


当然サーバーと冷却ではインスタンスの移動は全く同じではない。冷却のインスタンスはサーバーのVMの様に、移動元と移動先では全く同じコピーではない。物理的なレイアウトなどの幾つかのファクターにより、移動元と移動先では冷却量でさえ異なるかも知れない。しかし、これは移動元から移動先に動的に冷却が移動したと言えるだろう。ということで、冷却はIT機器の様に仮想化されると言う事にする。


以前に述べた電力の仮想化と共に、ソフトウエア定義されるデータセンターが新しく定義される。これによって、データセンターのコンフィギュレーションや要求をソフトウエアで定義すれば自動的にデータセンターを設計したり、最適な運用形態を自動的に生成することができる。これを敷衍すれば、ビルのエネルギー管理にも適用できるだろう。

FERC HQ Closed Due to Power Failure

Earthquake in Japan

If you watch TV, you hear a lot of damages caused by the earthquake in Japan.
Let me give you some info which may be hard to get from the US media.

The hardest hit areas are in the northern part of Japan where I do
not have any relatives or friends. Thus, I have not heard any casuality
or property damages among my circle.

My wife is in Tokyo for an extended period time to take care of her parents and told me
that the jolt in Tokyo was pretty bad. But she did not lose any utility services or anything.
The train services are back to normal.  People do not travel by car like in the US.
Two of my friends were in high rise buildings at the time and one could not go home
because of no train service. The other one walked for 4 hours to get home.

Nuclear power plants to service the Tokyo metropolitan area suffered from the quake.
They do not have enough power and they may need to do rolling blackouts.
As you know, nuclear is used to provide baseline power in Japan as in many other countries.
When I interviewed Tepco AND Kepco, they both were proud of their infrastructures and
reliable services.  I was skeptical about their readiness for acquiring other sources of energy.
This implies the real needs of energy sources other than the legacy ones in Japan and
US.

I will be in Japan in two weeks and  be in the Tokyo area where aftershocks are expected.
I came from the western part of Japan where earthquakes were rare and am
not used to it. The one here in 1989 scared me to death. The one in Kobe
in 1995 was news to me.........I was in the US then and did not experience it.

Zen
P.S> Tepco http://www.tepco.co.jp/en/index-e.html
kepco http://www.kepco.co.jp/english/index.html

データセンター市場としての日本、東京Equinix訪問記

最近完全にサボってます。この記事はここを参照してください。

Equinix東京の大槻氏

サンクスギビングの前のＳＦ，クリスマスの予感

最近のシリコンバレーの家の値段

家の値段も暴落という報道がありますが、シリコンバレーでは相変わらず結構な値段を保ってます。これは相変わらず中国人やインド人の流入が多いことによるのでしょう。目安は購買力から言えば１ドル１００円、１フィート四方は１１分の１にすれば大体１平米。１０月以降は実際の売値はつけた値段を下回ってますね。

NECによる次世代サーバー

時として、ブログのネタを探すのは難しいです。また逆に書くことが多すぎて追いつかないこともあります。 その「逆の状況」が今です。１０月２８日に日本データセンター協会の依頼で米国データセンターの現状について話をしました。そのミーティングで６社のサーバーベンダーの発表もありました。その中でNECが一番「売らんかな」のメッセージが少なく次世代サーバーに関しての話をしていたのでここで取り上げたいと思います。

筆者が見るところ、データセンターの電力不足の問題は我々は本当の問題を解決しようとせず、症状を和らげようとしているだけの様です。つまり冷却の問題です。誰のデータを信ずるかによって変わりますが、冷却に必要な電力はデータセンターの総電力消費の30–60% に達します。冷却の効率化を計れば、電力消費は大きく減少します。そして、PUEが限りなく１．０に近づくでしょう。この方向で、筆者はサーバのようなIT機器の稼動可能の範囲を拡大できるのか興味があります。はっきり言えば、もしサーバーに冷却が必要ないのであれば、全く冷却する必要がありません。本永実氏（NECのプラットフォーム・グループマネージャ）がExpress 5800シリーズに関する発表をしました。製品の詳細には触れませんがその設計哲学に触れます。このシリーズのなかでEco Center series.に関して話されました。

NECの本永実氏

氏はサーバーの設計哲学を発表された。そのハイライトをここに示します。

1. Atom プロセッサと電源の共有:

• この２つを組み合わせることで電力消費を７０％も節減。電源を複数のサーバーで共有すうることで電源の使用率を５０％程度に保つことができます。５０％の使用率が一番交流―直流変換のロスが一番小さいとか。   
• 40 40°Cで問題なく動作。IntelはCPUは３5 °Cまでの動作を保障しています。

2. スペースの削減

• Can accommodate up to 240 servers under 6kVAで２４０サーバーまでサポート.
• 240サーバーで630kg/m2を達成.

3. 設計のノウハウ

·         気流制御

• HDDは高熱に弱いです。高熱を発するCPUはチャシーの後ろ側に置かれHDDは前方に置かれていて、熱の影響を受けません。
• ケーブルのキットも開発されておりチャシーのなかで気流の流れが妨げられるのを防ぎます。

他のサーバベンダーもAtomプロセッサを使用しています。しかし、全体としえサーバーのエネルギー効率化を図るにはいくつもの解を集めて適用しなければならない様です。解のあるものは新しく画期的なものですがその他のものはサーバーを長年開発販売することで培われたものです。筆者はNECを始め多くのサーバーベンダーがサーバーを高温での動作を可能にすることを望みます。日本は夏は高温多湿で冬は温度が低く湿度も低いです。本永氏に外気による冷却に関する湿度の問題を聞きました。この問題は結露が一番大きい問題とのことでした。なかなか困難な問題ですが、今後ともこの問題に取り組んで行くそうです。小さくて軽くエネルギー効率く広範囲の温度と湿度で作動できる高いサーバーが将来のデータセンターのサーバーでしょう。