Текущие тенденции энергопотребления в ЦОД

Энергопотребление центров обработки данных определяется суммарной нагрузкой ИТ-оборудования и энергозатратами на поддержание допустимых условий эксплуатации. Основную долю составляет тепловая нагрузка от серверов, требующая охлаждения для предотвращения перегрева, конденсации и отказов.

Агрегированное исследование LBNL показывает, что серверы обеспечивают порядка 1,8 % общего потребления электроэнергии в США (70 млрд кВт·ч). В условиях РФ сопоставимая доля характерна для регионов с высокой концентрацией ЦОД.

Структура энергопотребления

Для оценки энергоэффективности используется показатель PUE, определяющий отношение полной мощности объекта к потреблению ИТ-нагрузки.

$$ \eta_{DC} = \frac{P_{IT}}{P_{DC}} $$

где: - $P_{IT}$ — мощность, потребляемая ИТ-оборудованием; - $P_{DC}$ — суммарная мощность ЦОД.

Оптимизация компоновки стоек и улучшение теплообмена позволяют снижать PUE вплоть до 1,3–1,1 (в отдельных проектах за рубежом фиксируются значения ≈1,1; в РФ типичные значения 1,3–1,5).

Минимально необходимые параметры для оценки энергоэффективности

Параметр	Обозначение	Комментарий
Равномерность температуры воздуха на входе в стойки	IH	Контроль горизонтальной (HH) и вертикальной (VH) однородности
Целевой расход воздуха	TF	Обеспечение требуемого перетока для удаления тепла
Температура в подпольном/надпотолочном пространстве	PT	Оценка качества распределения охлаждённого воздуха
Загрузка климатических установок	UT	Анализ эффективности ACU и распределения нагрузки
Расходы воздуха ACU	FL	Проверка соответствия расчётным значениям

Отклонения IH, PT и FL напрямую приводят к росту энергопотребления за счёт повышения уставок ACU, перерасхода воздухообмена и появления горячих зон.

Основные контуры энергопотребления в ЦОД

Мощность объекта распределяется по функциональным путям:

* ИТ-контур:

питание серверов через ИБП;
внутренние потери в ИБП и PDU;
выделение полного тепла в машинный зал.

* Контур холодоснабжения:

вентиляторы ACU;
увлажнение;
насосы чиллеров (ACU → чиллер);
насосы на контуре чиллер → градирня;
компрессорная мощность чиллера.

* Поддерживающие нагрузки:

освещение;
хозяйственные системы;
офисное и вспомогательное оборудование.

В большинстве ЦОД охлаждение занимает 30–45 % потребляемой энергии. В холодных регионах РФ доля может снижаться до 20–25 % за счёт свободного охлаждения.

Текущие тенденции энергопотребления

Современные тренды показывают:

* Рост доли серверной нагрузки за счёт высокоплотных стоек (до 20–30 кВт, в проектах с GPU — до 40–80 кВт). * Повышение чувствительности инфраструктуры к равномерности воздушных потоков и температурной стратификации. * Акцент на мониторинг пространственно-временной динамики параметров (сенсорные сети, 3D-тепловые карты). * Переход от статического управления охлаждением к динамическим алгоритмам и оптимизации под реальные тепловыделения. * Использование унифицированных метрик (IH, TF, UT) для оценки потенциала повышения энергоэффективности.

Без мониторинга IH, UT и FL невозможно корректно оценить потенциал энергоэффективности: PUE может быть «хорошим», но при этом работать за счёт перегруза отдельных ACU или локальных горячих зон, что снижает надёжность.

Ключевые идеи

Энергопрофиль ЦОД определяется ИТ-нагрузкой и затратами на охлаждение.
Текущие тенденции — рост плотности стоек и повышение доли охлаждения в структуре потребления.
Для объективной оценки требуются параметры IH, TF, PT, UT и FL.
Наиболее значимые резервы энергосбережения — в оптимизации воздушного распределения и загрузки ACU.
Пространственно-временной мониторинг обеспечивает базу для точных решений по энергоэффективности.
В климате РФ потенциал снижения PUE связан со свободным охлаждением и корректной организацией потоков.