마이크로소프트 데이터센터 운영상의 에너지 효율 베스트 프랙티스

과거에는 데이터센터 디자인을 할 때 물리적인 공간 비용, 즉 상면 비용이 핵심 고려사항 이었습니다. 하지만, 최근에는 전력 및 쿨링 비용의 급격한 상승으로 전력 및 쿨링의 효과적인 설계가 총 TCO를 줄일 가장 중요한 요인이라는 것이 밝혀졌죠.

※ 위의 그림에서 보듯 서버 숫자는 많이 늘었지만, 전체적인 전원 소비량은 그만큼 증가하지 않았음을 보실 수 있습니다.

비용 및 에너지 효율이 고려된 데이터센터 설계

마이크로소프트는 데이터센터를 24시간 구동되는 하나의 대형 컴퓨터로 보고 설계합니다. 컴퓨터는 사용자의 특정 목적에 맞게 설정되고 사용될 때 가장 잘 동작하는데, 똑같은 규칙이 데이터센터에도 그대로 적용됩니다. 데이터센터 사용자 및 특정 사이트의 조건에 가장 부합하는 리소스 효율적인 디자인이 요구되는 것인데, 마이크로소프트는 전력 배분, 쿨링 시스템, 서버 및 Rack/ 컨테이너 시스템 등 다양한 기술에 대해 분석 및 연구하고 있습니다.

여러 요소를 분석 및 평가하여 최적의 디자인 도출

최적의 환경을 만들기 위해 디자이너는 모든 비용 요소를 고려해야 합니다.
: 빌딩, 토지, 전력 장치, 쿨링 장치, 전기, 물, 네트웍 및 엔지니어 등

마이크로소프트는 데이터센터의 장소를 선정하기 위한 히트맵을 이용하기 위해 소프트웨어 를 사용합니다. 장소가 선택되면 시설의 전체 라이프사이클 동안의 총 소유비용을 낮추기 위한 빌딩 및 장치의 디자인에 대한 평가를 시작하죠. 조직의 여러 팀간에 Ownership을 분산시키기 보다는 장소 선택, 빌딩 디자인 및 운영에 대해서 하나의 단일 조직이 맡도록 합니다. 데이터 센터 및 TCO 절감에 대한 단일 책임을 부여하기 위해서 그렇습니다.

최대의 효율 및 성능을 위해 프로비저닝 최적화

잘 아시는 것처럼 대부분의 데이터센터는 처음 구축된 후 수년간 부분 가동됩니다. 데이터센터의 필요한 부분만 가동하는 것이 가능하다는 말이죠. 하지만, 정말 그렇게 되나요? Rack이 하나만 있어도 전체 데이터센터의 Cooling 시스템을 가동하고 있지는 않으신가요? 바로 이부분이 대부분의 데이터센터가 놓치고 있다고 생각합니다. 마이크로소프트는 데이터센터의 일부분만 가동이 가능하도록 데이터센터 인프라 설계를 모듈화 시켜 놨습니다. 아주 조금밖에 필요하지 않은데 100%의 인프라스트럭처를 모두 구동해야 한다면 비효율 적이겠죠?

또 다른 기술은 사용될 수 있는 지점의 전력을 다른 곳으로 보낼 수 있도록 전력 및 클링 시스템을 디자인한 것입니다. 고착된 전력은 사용되지 않고 낭비되어 결국 수십억원에 해당되는 비용이 사용되지 못하고 낭비되는 요인이 됩니다. 예를들면, 센터의 한 지점에서 특정양의 전력을 받아이도록 장치가 설치되어 있는데 그 장치가 해당 용량을 사용하지 않는 다면, 바로 이곳에서는 전기를 사용하지 않았지만, 다른 장치에서는 전기가 부족한 일이 벌어질 수 있다는 것입니다.

전기가 필요한 곳에서 사용할 수 있도록 하기 위해 마이크로소프트는 전력 및 쿨링 시스템에 재 설정되어 전력을 공유할 수 있는 유연한 디자인을 채택했습니다. 또 다른 방법은 가장 전기 및 전력 효율적인 곳에 하드웨어를 위치 시키는 것이죠. 때때로, 가장 이상적인 위치에 특정 장치를 위치하는 것이 불가능한 경우가 있지만 가능한 경우라면 물리적인 장벽을 제거하도록 설계되어 있습니다. 마이크로소프트의 비즈니스 유닛은 차지하고 있는 공간, 즉 상면 비용이 아니라 에너지(전기) 및 쿨링 비용을 포함한 운영 비용으로 과금을 합니다.

데이터 센터의 성능을 모니터링 및 제어

효율성을 높이기 위해 성능, 온도, 전력 사용량을 볼 수 있는 모니터링 시스템을 개발할 필요가 있습니다. 데이터센터 전체의 실시간 서버 온도, 쿨링 시스템의 정상 작동여부를 실시간으로 측정하는 것은 아주 중요합니다. 과도한 쿨링시스템 작동은 여러 데이터센터에서 에너지 낭비의 주요 원인입니다. 마이크로소프트는 쿨링 낭비를 줄이기 위해 아주 긴밀한 통제를 유지합니다. 게다가 데이터의 아카이브를 통해 운영 성능을 어떻게 향상 시킬것인지 포괄적인 이해를 할 수 있게 됩니다.

데이터센터 운영 Excellence를 조직 문화의 일부로 만듦

에너지 효율화 노력의 첫걸음은 Awareness(인지도)를 높이는 것이고, 모니터링, 리포팅, 데이터센터 효율화를 분석하는 것 등에 대한 책임감을 해당 팀에 부여하는 것입니다. 마이크로소프트는 데이터센터 지표를 만들어서 웹서비스를 통해 운영에 대한 값을 관련 주체들과 커뮤니케이션 하도록 되어 있습니다. 해당 의사결정권자들에게 보내져 향상 및 변화값등에 대해 공개되지 않게 에너지 효율화 및 데이터센터 성능 정보를 보내고 있습니다. 

Power Usage Effectiveness(PUE)를 측정

Power usage effectiveness (PUE)는 데이터센터 효율성을 향상하기 위해 사용되는 마이크로소프트의 지표 입니다. PUE는 외부 온도, 장비 변경, 서버의 부하 등의 값에 따라 지속적으로 변하는 값입니다. 모니터링 및 계측/관리가 없다면 PUE 값 변동에 대한 원인 및 효과를 판단하는 것이 불가능 합니다. PUE는 데이터센터 운영자가 다른 데이터센의 값과 비교하여 에너지 효율화를 위해 취해야 할 필요가 있는 것을 결정하여 빠르게 데이터센터의 효율성을 평가할 수 있도록 해줍니다.

온도 조절 및 공기흐름 분배를 위핸 최고의 기술 사용

온도 조절 및 공기흐름 분배를 향상시키기 위한 기술 목록

• AC(교류) units을 뜨거운 통로에 연결하여 뜨거운 공기는뜨거운 통로로 흐르게 함
• 0.8 ~ 1.0 미터 마루 위에 Uniform Static 공기 압력으로 디자인

뜨거운 공기와 찬 공기가 혼합되는 것 방지

뜨거운 공기와 찬 공기가 혼합되는 것은 비효율적입니다. 이런 비효율을 방지하면 쿨링 비용을 절감할 수 있게 되죠. 뜨거운 공기와 찬 공기의 혼합을 막는 기술로 구현 가능합니다.

• 뜨거운 공기 및 찬 공기가 흐르는 통로를 각각 만듦

효과적인 절약 장치(Economizer) 사용

데이터센터의 장소 선정에 고려할 또 하나의 요소는 데이터센터를 쿨링, 즉 식히는데 절약 장치를 사용할 수 있는지 여부 입니다. 첫째는 물을 사용하는 방식, 둘째는 외부 공기를 사용하는 방식 입니다. 마이크로소프트는 2가지 방식 모두를 사용하고 있습니다.

산업계의 파트너들과 지식 공유 및 배움

마이크로소프트는 베스트프랙시트에 참여하고, 공유하고 있습니다.

• The Green Grid
• Climate Savers Computing
• Environmental Protection Agency
• Lawrence Berkeley National Labs
• Society of Heating, Refrigeration, and Air-Conditioning Engineers
• Association for Computer Operations Management.

위의 다양한 단체들은 산업계의 업체들이 지식을 공유하도록 촉진하고 있고, 다양한 데이터센터의 전략 및 베스트 프랙티스를 서로 교환하며 정보를 제공하고 있습니다.

에너지 효율적인 데이터센터 라이프 사이클로의 길

마이크로소프트는 산업계의 경험 및 많은 지식을 소유한 많은 분들을 통해 지식을 축적했고 이런 지식을 공유하는 것이 많은 분들에게 시간과 노력을 절감시킬 수 있다고 믿습니다.

마이크로소프트는 컴퓨터 사용자가 소프트웨어의 다양한 활용을 통해 환경을 향상시키기 위해 향상된 교육 및 가이드가 필요하다는 것을 알고 있습니다. 따라서, 정부 기관, 비 정부기관, 산업계 및 소비자등 환경에 직접, 간접으로 영향을 주는 모든 분들에게 베스트 프랙티스를 공유하는 노력을 지속하고 있습니다. 많이 활용하시기 바랍니다.