В Майкрософт решают крупную проблему с дата-центрами на основе технологии топливных ячеек

28 марта 2016 г. | Категория: Мир

Топливные ячейки являются перспективным альтернативным источником энергии для дата-центров, чье число и потребление энергии продолжают расти быстрыми темпами, так как люди потребляют все больше и больше цифровых услуг. Такие компании как Apple и eBay построили крупные централизованные комплексы с технологией топливных ячеек высокой ресурсоемкости для питания некоторых из своих дата-центров.

Но Майкрософт экспериментирует с размещением небольших топливных ячеек непосредственно в стойках, что обещает положить конец инфраструктуре распределения энергии, необходимой для питания каждого сервера и преобразованию ресурсов в соответствующий тип электроэнергии — процесс, который приводит к потере больших объемов энергии.

Хоть подход и перспективен, в нем есть одна большая проблема, которая пока не решена. Пики при рабочих нагрузках серверов часто приводят к значительным скачкам силовой нагрузки, а   топливные ячейки, которые химическим путем преобразуют газ в электричество, не могут достаточно быстро нарастить мощность. А традиционная электро-инфраструктура обрабатывает такие пики очень эффективно.

Проблема заключается в том, что топливные ячейки, доступные на сегодняшний день, способны обрабатывать высокие силовые нагрузки, но не могут потреблять топливо достаточно быстро, чтобы нарастить свою мощность и не отставать от требований дата-центров.

В недавно опубликованной работе, написанной исследователями из университета Карнеги-Меллон и Microsoft Research, авторы обратили внимание на эту проблему и предлагают способы решения.

Два основных пути решения, которые были предложены ранее: использование ограничителя электроэнергии или регулирования сервера, которое в основном означает не позволять серверам потреблять энергии сверх определенного заданного значения и использование аккумуляторов для поглощения пиков. Ни одно из решений само по себе не является идеальным, пишут исследователи, поскольку ограничители энергии приводит к ограничению производительности, а установка высокоемкостного аккумулятора на случай крупных силовых пиков, которые не столь часты, означает, что большую часть времени большой объем дорогостоящих ресурсов будет простаивать.

Согласно исследованию, увеличение емкости суперконденсаторов, вмещающих энергии до 1 кВт/ч, будет стоить около 20000 долларов. «С использованием решения ESD (Energy Storage Device – устройство хранения энергии), совокупная стоимость владения значительно возрастет, чтобы контролировать подобные редкие случаи», — пишут авторы.

Они предлагают решение, которое сочетает в себе ограничение и хранение энергии таким образом, что по сообщениям, может быть намного более экономичным без дополнительной нагрузки на производительность. Технология называется SizeCap и является основой для координации размеров ESD и ограничения мощности.

Используя эту технологию, исследователи утверждают, что можно снизить мощность необходимого ESD на 85% для «рабочей нагрузки с нечастыми, но большими скачками напряжения, и на 50% для рабочей нагрузки с частыми скачками напряжения, при разумных ограничениях соглашения о предоставляемых услугах».

В ходе исследования, были протестированы SizeCap и несколько вариантов ограничений при моделируемых и реальных производственных нагрузках в дата-центрах Майкрософт.

Большинство пиков энергопотребления умеренны. Большие скачки случаются, но редко, и независимо от частоты их появления, электро-инфраструктура дата-центра должна быть готова поглотить их.

Идея заключается в использовании ESD средней мощности для поглощения небольших пиков, вместе с некоторыми небольшими ESD, чтобы помочь в поглощении крупных скачков. Во время больших пиков небольшие ESD получают некоторую поддержку от ограничителей, с технологией, позволяющей определить степень ограничения мощности, что позволяет ЦОДу продолжать соответствовать соглашению об уровне предоставляемых услуг (SLA).

SizeCap является основой для определения наиболее оптимальных размеров ESD и наиболее оптимальной политики ограничения мощности.

В последние годы Майкрософт тестирует два типа внутристоечных топливных ячеек: на основе природного газа и на основе метана. В 2014 году компания получила грант от правительства США в размере 5 млн. долларов на изучение вопроса совместно с университетом штата Мэриленд, производителем топливных ячеек — Redox Power Systems и производителем передовых материалов — Trans-Tech.

С 2012 года Майкрософт изучает целесообразность применения топливных ячеек на основе метана для питания дата-центров в городе Шайенн, штат Вайоминг, где компания запустила модуль дата-центра, питаемый от топливных ячеек на основе метана, генерируемого установкой для очистки бытовых отходов. Компания установила модуль непосредственно на месте комплекса.

Наикрупнейшее фактическое производственное развертывание топливных ячеек в дата-центрах отличается от того, что Майкрософт пытается осуществить в рамках своей внутристоечной технологии. Эти крупные централизованные установки высокоэнергоемких топливных ячеек развернуты в первую очередь компанией Bloom Energy, которая добилась большего успеха в продаже топливных ячеек операторам дата-центров, чем другие.

Компании eBay, Apple, CenturyLink и Equinix публично заявили, что они применяют решения компании Bloom в своих дата-центрах.

Дополнительную информацию можно прочесть на сайте http://www.datacenterknowledge.com/

Теги: Майкрософт, топливные ячейки