Veri merkezleri kurulum esnasında sistem devamlılığı, güvenlik, kapasite gibi konularla birlikte enerji kullanım ve verimliliği de dikkat edilmesi gereken hususlardır. Tasarım hataları veya konum seçiminde yapılan hatalar enerji tüketimi ve maliyetini artıran konular arasındadır. Bu durumlardan dolayı veri merkezlerindeki enerji tüketimi bilgi teknolojilerinin önemli bir gider kaynağı haline gelmiştir ve dolayısıyla enerji optimizasyonu günümüzde zorunlu konuların arasına girmiştir. (Rasmussen, 2001)

Enerji tüketimini azaltmak veya başka bir ifadeyle enerji verimliliğini sağlamak için öncelikle enerjiyi neyin, nasıl tükettiği tespit edilir. Enerji tüketimi üzerinde çalışırken üç farklı kanaldan inceleme yapılır.

  1.  Enerjinin BT ekipmanları (sunucu, depolama aygıtları, ağ cihazları, bilgisayarlar, vb.) ve veri merkezi tesisinin kullandığı sistemler (güç sistemleri, soğutma ve aydınlatma gibi.) arasında  nasıl dağıtıldığının incelenmesi,
  2.  Enerjinin diğer BT ekipmanlarının bileşenleri (işlemci, ram, disk) arasında nasıl dağıtıldığı ve tüketildiği,
  3. Enerjinin BT kaynakları için nasıl ayrıldığı, ayrılan bu kaynağın ne kadarının kullanıldığı ve ne kadarının kullanılmadığıdır.

Veri merkezlerinde enerji tüketimi önemli ölçüde soğutma sistemleri tarafından yapılmaktadır. Tasarımların yanlış yapılması, sunucuların ve diğer cihazların düzgün ve planlı şekilde yerleştirilmemesi soğutma için harcanan enerji tüketimini artırmaktadır. Bu noktada enerji verimliliğinin sağlanması için standartlar ve standartların belirleyicileri ortaya çıkmaktadır. Bu belirleyicilerin en önemlilerinden birisi de The Green Grid’dir. The Green Grid dünya çapında, bilgi teknolojileri ve veri merkezi enerji kaynaklarının verimli kullanılması üzerine standartlar geliştirmekte olan bağımsız yetkili bir kuruluştur. Veri merkezi enerji verimliliğinin belirlenmesinde ve sınıflandırılmasında kullanılan TGG tarafından yayınlanan 2 ölçü vardır. Bu ölçüler sistemlerin nekadar verimli olduğunu gösterdiği için önemlidir. Ayrıca ölçeklendirme ve geliştirme çalışmaları içinde önemli değerler olarak karşımıza çıkmaktadırlar. TGG’nin yayınladığı metriklerin birincisi güç kullanım verimliliği (PUE), ikincisi veri merkezi altyapı verimliliğidir (DCIE). The Green Grid bu iki metriği yayınladıktan sonra PUE, DCIE’ den daha fazla kullanılmaya başladı dolayısıyla TGG altyapı enerji verimliliğini ölçeklendirebilmek için de veri merkezlerinde PUE’yi kullanır hale geldi. PUE şuanda bilgi teknolojileri ekipmanlarının tükettiği enerji bilgisini alıp ölçeklendiren ve veri merkezi içerisine giren enerjinin ne kadar verimli kullanıldığını gösteren en iyi çözümdür. Formul ile açıklamak gerekirse toplam tesis enerjisinin BT ekipman enerjilerine bölümü PUE’yi, tam tersi BT ekipman enerjisinin toplam tesis enerjisine bölümü de DCIE’yi vermektedir. (Avelar, Azevedo, & French, 2012)

“PUE= Toplam Tesis Enerjisi / BT Ekipman Enerjisi”

(7.1)

“DCIE=  BT Ekipman Enerjisi / Toplam Tesis Enerjisi”

(7.2)

Toplam Tesis Enerjisi; soğutma, güç ekipmanları, aydınlatma, BT ekipmanları”

“BT Ekipmanları; sunucu, depolama aygıtları, ağ cihazları, yönlendiriciler, vb....”

BT ekipmanları enerjisi bütün BT ekipmanlarını kapsamaktadır. Örneğin; Sunucu, depolama aygıtları, yönlendiriciler, bağlantı cihazları, ekran ve bilgisayarlar. BT enerjisi kWh türünden ölçülmektedir, tavsiye edilen ölçüm PDU çıkışlarından veya mümkün değil ise UPS çıkışlarından yapılmaktadır. Toplam tesis enerjisi ise bütün BT ekipmanları ile beraber bu ekipmanları destekleyen / hizmet veren elektrik sistemlerinin bileşenleri (UPS, elektrik panosu, jenaratorler, PDU, bataryalar), iklimlendirme sistemlerinin bileşenleri (klima, soğutucular, pompa, bilgisayar odaları hava tahliye ve çevirme üniteleri) ve diğer bileşenler (lamba) gibi herşeyi kapsamaktadır. (Avelar, Azevedo, & French, 2012)

PUE bütün tesise uygulanabildiği gibi çok büyük tesislerde sadece tesis içerisindeki veri merkezine de uygulanabilir.

PUE değerleri 1.0’dan başlayarak artabilmektedir. Değerin 1.0 olması verimliliğin %100 olduğunu göstermektedir, ulaşılması istenen değer de budur. Çoğu veri merkezinin elde ettiği PUE değeri genellikle 3.0 veya daha yüksektir. Fakat 1.6 veya daha iyi değerler verimliliğin yüksek olduğu anlamına gelmektedir. (Avelar, Azevedo, & French, 2012)

Nadiren de olsa PUE değerinin 1.0’ın altında olduğu durumlar gözlemlenmektedir, bu normal bir durum olmadığı için National Renewable Energy Laboratory (NREL) ve Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL) beraber geliştirme çalışmaları yapmaktadır. TGG bu çalışmalar ile ilgili gerekli desteği vermektedir. (Patterson, 2010)

PUE’nin faydaları

PUE’nin faydalarını aşağıdaki şekilde özetleyebiliriz. (Avelar, Azevedo, & French, 2012)

  • Enerji riskinden oluşabilecek problemleri ortadan kaldırararak işlem verimliliğini artırır,
  •  Diğer veri merkezleriyle karşılaştırıp analiz yapmayı sağlar,
  •  Veri merkezi yöneticilerinin zaman içerisinde tasarım ve süreçlerle ilgili geliştirme yapmalarına imkanı verir,
  •  İlave BT bileşenleri için yeniden enerji tasarlamasıyla ilgili bilgi verir,
  •  Yeni veri merkezi için tasarım hedeflerini ve modelleri oluşturur.

PUE ölçme seviyeleri

Pue’nin kullandığı üç farklı ölçme seviyesi vardır. (Avelar, Azevedo, & French, 2012)

  1. Seviye 1; basit ölçme olarak isimlendirilir, BT yükü UPS’lerin ön tarafında bulunan ekrandan bakılarak ölçülür. Bu seviyede bu ölçüm en az ayda birkere yapılır daha sık yapılmasıda tavsiye edilir.
  2. Seviye 2; orta derece ölçme olarak tarif edilir.  BT yükü veri merkezlerindeki PDU’ların önündeki panele bakarak ölçülür, ölçüm en az günde birkere yapılır ve daha sık yapılması da tavsiye edilir.
  3. Seviye 3; ileri derece de ölçme olarak tanımlanır. BT yükü veri merkezindeki ekipmanlardan bireysel olarak ölçülür. Gelen enerji ölçümü bu iş için kullanılan uygulamalar tarafından yapılır. Güç ölçümü 15 dakikada bir veya daha sık sürelerde yapılabildiği gibi eş zamanlı olarakta yapılabilir.

Güç ve enerji sistemleri

Güç ve enerji sistemleri bilgi teknoloji altyapılarının sürekliliği için gerekli en önemli parçalardandır. Bu parçaların görevi sistemlere enerji sağlamanın yanı sıra akım düzensizliklerini ve kesintilerini bilgi teknolojileri sistemlerine hissettirmemektir. Bu sistemler; kesintisiz güç kaynakları, regülatörler, güç dağıtım üniteleri, güç kaynağı üniteleri ve jenaratörler olarak belirtilir. (Loucks & McCluer, 2012)

Kesintisiz güç kaynağı (UPS); UPS’ler şebekeden gelen alternatif akımı (AC) doğru akıma (DC) çevirerek bataryaları şarj eder, bataryalar ise akımı sistemin ihtiyacı olan şekilde aktarır. Kesintisiz güç kaynağı olarak tabir edilen UPS’ler üzerlerindeki bataryalar sayesinde enerji kesintilerini besleme süreleri kadar tölere edebilirken aynı zamanda elektrik dalgalanmalarına karşıda kritik BT sistemlerini korumaktadır. Besleme süresi UPS’in sahip olduğu akülere ve enerjiyi tüketen sistemin tükettiği enerji miktarına bağlı olarak değişmektedir.

Regülatör; şehir şebekesinde dalgalanmalar yaşayan alternatif akımın hassas cihazlara zarar vermemesi için sabitlenmesini sağlayan cihazlardır.
Güç dağıtım üniteleri (PDU); ihtiyaç duyulan enerjiyi kritik BT sistemlerinin olduğu kabinette dağıtmayı sağlar. PDU’lar üzerinden enerji ölçümleri yapılabilir ve kontrol edilebilir. Bu ölçümler geçmişe yönelik veya eş zamanlı olarak yapılabilir, bu yüzden anlık olarak gerekli enerji ihtiyacını sağlayıp sağlayamadığını tespit edilebilir ve elde edilen bilgilerle gelecek için planlama yapılmasına destek olur.

 Güç kaynağı ünitesi (PSU); PSU gelen voltajı düzenleyerek donanımların ihtiyacı olan 12V çıkış voltajına çevirir.

Jenaratör; jenaratörler AC (alternatif akım) yani şehir elektriği üreten cihazlardır. Bazı jenatarörler diğerleriyle paralel bağlanarak beraber çalışabilirler. Jenaratörler taşınabilir veya sabit olabilmekle beraber kW (kilowatt) / kVA (kilo volt amper) veya MW (megawatt) / MVA (mega volt amper) olarak güçlerine görede ayrılabilmektedir. Jenaratörlerin yedeklemesi yapılırken birbirinden ayrı ve paralel veya birbirine seri şekilde bağlanarak yapılabilir.

Enerji yedekliliği

Planlı bakım çalışmaları veya beklenmeyen kesintilere karşı enerji altyapılarının yedekliliği sağlanır. Bu amaçla enerji altyapılarının yedekliliği A-B sistemi veya izole edilmiş yedekli sistemler  olarak sağlanabilir. (Loucks & McCluer, 2012)

A-B (“Dual bus”) sistem;

A-B güç sisteminde; enerji sistemlere A ve B olarak iki farklı kanaldan iletilir. Her kanal yedekli olarak birden fazla UPS ile UPS’ler ise enerji kesintisi halinde yeteri kadar elektrik üretebilecek şekilde konumlandırılmış jenaratörlerle desteklenir. Enerjiye ihtiyaç duyan kritik sistemler enerjinin bir kısmını A kanalından bir kısmınıda B kanalından alacak ve enerji yükü yaklaşık %50 oranında paylaştırılacak şekilde tasarlanır. Böylece yük dengeli olarak ikiye bölünmüş olur. Aynı zamanda her iki kanalda tek başına bütün enerji tüketen cihazları destekleyebilecek şekilde planlanır. Böylece kanallardan birinde problem olsa dahi diğer kanal tek başına bütün sistem için gereken enerjiyi sağlar. Bu sayede güç yedekliliği ideal seviyede sağlanmış olur.

 

Şekil 2.6. Dual Bus Enerji Tasarımı. (Loucks & McCluer, 2012)


 

 İzole edilmiş yedekli sistem;

İzole edilmiş yedekli sistem de enerji farklı iki PDU grubundan farklı UPS grupları ile desteklenmektedir. Bir adet UPS grubu gerektiğinde ana UPS gruplarının yerine geçmek için bekleme modunda hazır konumdadır. Yedek olarak hazır konumda bekleyen grup ana grupların yerine geçebilecek kapasitede tasarlanır. Bu sistemde elektrik kesintisi durumunda bütün UPS’ler ortak jeneratörün ürettiği enerji ile desteklenir.

 

Şekil 2.7. İzole Edilmiş Enerji Tasarımı. (Loucks & McCluer, 2012)

Jeneratör ve UPS‘ler veri merkezlerine enerji sağlayan cihazlar olsada amaçları ve çalışma şekilleri birbirinden farklıdır. UPS’ler kesintisiz güç kaynakları olarak çalışan cihazlardır, elektrik kesintilerinde veya şebekede meydana gelecek dalgalanmalarda sürekli devrede kalarak sistem kesintisini engeller ve sistemi korur. Sistem kesintisini engelleme süresi besleme süresi olarak adlandırılır. Besleme süresi; elektrik kesintisi yaşandığında UPS’lerin mevcut akülerinin sistem için gereken enerjiyi sağlayabileceği süredir. Bu noktada UPS sistemlerinde 2 önemli noktadan bahsedilebilir. Birincisi veri merkezimizin tükettiği enerjinin iyi hesaplanıp bu enerjiyi destekleyebilecek UPS akü gruplarına sahip olmak, ikinciside UPS’lerin uygun şartlardaki odalarda yedekli olarak çalışmasını sağlamaktır.

 

Jenaratörler ise UPS’lerden farklı olarak yakıt kullanarak elektrik üretip sistemin ihtiyaç duyduğu enerjiyi sağlamak amacıyla kullanılırlar. Diğer fark ise Jeneratörler sürekli aktif değildir, elektrik kesintisi yaşandığında devreye girdikleri için birkaç saniyelik elektrik kesinti söz konusudur. Bu noktada kesintiden hiç etkilenmemek için jenaratör ve UPS’ler birlikte çalıştırılır. İdeal jeneratör konumlandırması veri merkezlerinin dışında cihazların ihtiyaç duydukları ortamda yedekli olarak yapılır.