Bude energie dražší než hardware?

Domácí počítač

Problém spotřeby elektrické energie začíná už u domácího uživatele. V diskusních fórech mnoha serverů se pravidelně objevují dotazy na spotřebu elektrické energie domácích počítačů. Začněme tím, že se podíváme na spotřebu průměrného domácího počítače.

Vybereme všechny komponenty, podíváme se na jejich přibližný příkon. Ten se samozřejmě může lišit podle konkrétní komponenty a především také dle okamžitého zatížení počítače. Pro nás je ale důležitá přibližná představa:

• Procesor: 80 W
• LCD: 50 W
• Grafická karta: 20 W
• DVD mechanika: 20 W
• Základní deska: 20 W
• Pevný disk: 15 W
• Zvuková karta: 10 W
• Paměti: 10 W

Celkem jsme se tedy dostali na 225 W příkonu průměrného domácího počítače. Pokud vezmeme v úvahu, že by takový počítač mohl běžet řekněme dvě hodinky denně, tak se při ceně 4 Kč za kWh energie dostaneme k měsíční spotřebě energie přibližně za 50 Kč.

To je na první pohled samozřejmě zanedbatelná částka, která se v měsíčním rodinném rozpočtu vůbec neprojeví. Ale mluvíme tu zatím o poměrně nenáročném počítači, který navíc běží jen asi deset procent dne.

Domácí server

Pokud bychom doma provozovali podobně vypadající počítač jako server (takže bez displeje), který by ovšem běžel 24 hodin denně, dostaneme se na cenu 500 Kč za měsíc jeho provozu.

Pravda je, že byste mohli ušetřit nějakou tu kilowatt hodinu například na zvukové kartě, grafice nebo DVD mechanice, na druhé straně v serveru budete mít zase minimálně dva tři disky, pár síťových karet a zřejmě i WiFi, takže tím spotřeba zase vzroste.

Firemní server

Slušný firemní server má alespoň dva procesory a řekněme čtyři disky. U takového počítače už překračujeme cenu 800 Kč za měsíční nepřetržitý provoz. Stále hovoříme o jednom počítači, který může sloužit malé firmě jako souborový server, případně nabízet webové stránky a zpracovávat firemní poštu.

Pokud ale vezmeme v úvahu větší firmu například se třemi stovkami desktopů běžících deset hodin denně a dvacítkou víceprocesorových serverů s několika diskovými poli, dostaneme se k částkám několika stovek tisíc korun měsíčně jen za spotřebu IT infrastruktury.

Je jasné, že tady otázka energie nekončí a můžeme se posouvat dále a dále, k větším a větším firmám se stovkami počítačů a mnoha desítkami serverů. Je pochopitelné, že čím více má firma počítačů, tím větší budou náklady na jejich provoz.

Hodně velké firmy

Na špici našeho pomyslného žebříčku stojí opravdu velké firmy. Mezi ně můžeme zařadit firmy jako například Google. Právě ten je provozovatelem jedné z největších firemních PC farem na světě. Je proto logické, že právě Google o cenách energie nejvíce mluví a zajímá se o aktuální situaci.

Neexistují oficiální čísla o počtu serverů provozovaných Googlem, ale existují poměrně spolehlivé odhady, které nám mohou opět přibližně nastínit situaci. Podle nich firma Google provozuje v současné době více než 450 tisíc jednotlivých serverů, které má umístěné v několika ohromných datacentrech rozmístěných po celém světě. Ta hlavní najdeme v Kalifornii, Virginii, Georgii, Irsku a Oregonu.

Počet počítačů v Google není rozhodně konečný. Firma stále přidává nové služby a rozšiřuje stávající a tak je potřeba stále navyšovat také kapacitu farem, které dohromady odpovídají na miliardy vyhledávacích dotazů a umožňují používání všech služeb od GMailu až po Google Earth.

Podle informací, které jsou k dispozici, tvoří servery běžná PC s co možná nejlepším poměrem spotřeba/výkon. Proto jsou v serverech procesory s kmitočty od 533 do 1400 MHz. Velmi dobře na tom jsou co se týče spotřeby procesory Pentium II, proto je také Google dlouho preferoval. Každý počítač také obsahuje několik disků a několik GB pamětí.

Největší část výdajů na provoz této ohromné sítě tvoří samozřejmě faktury za spotřebu elektrické energie. Odhaduje se, že celá síť se všemi potřebnými prvky, zázemím, přepínači a diskovými poli konzumuje asi 20 megawattů energie (!), za kterou Google každý měsíc zaplatí zhruba 2 miliony USD (kurzy).

Luiz Andre Barroso, který má na starosti IT infrastrukturu Google, tvrdí, že je potřeba se spotřebou elektrické energie něco udělat. Největším konzumentem je v tomto případě procesor. Některé z nich vyžadují pro svůj provoz až 165 W energie (Intel Xeon). „Pokud se během několika let nezmění výkon procesoru na jeden watt příkonu, ceny za energii hravě převýší výdaje za hardware,” říká Barroso. Upozorňuje také na to, že například Sunu se daří zvyšovat výkon procesorů bez nutnosti zvyšovat jejich příkon.

Podle Barrosy se během posledních tří generací IT infrastruktury se celkový výkon téměř zdvojnásobil. Protože ale spotřeba energie na jednotku výkonu zůstává konstantní, zdvojnásobil se i příkon celé sítě. To je samozřejmě velmi nebezpečný trend, protože způsobuje stabilní navyšování příkonu průměrného počítače.

Pokud výkon (a tím i příkon) počítačů poroste zhruba o 20 procent ročně, pak se výdaje za následující čtyři roky nepřetržitého běhu jednoho průměrného x86 serveru vyšplhají na 3000 USD (kurzy). „Pokud ale bude růst výraznější a příkon bude stoupat o 50 procent ročně, pak se do konce desetiletí ceny za energii přehoupnou přes ceny za samotné servery,” tvrdí Barroso.

Řešením je podle něj přechod na multithread procesory, které by zvládaly provozovat velké množství procesů v jednu chvíli a dokázaly by tak navýšit svůj výkon bez dalších spotřebovaných wattů. „Počítačový průmysl je připraven přejít na multiprocessing jako na mainstreamové řešení pro trh serverů i desktopů,” říká Luiz Andre Barroso.

I přesto se prý jedná o dočasné řešení, které nedokáže problém dlouhodobě odstranit. Je ale dobrým začátkem. „Samotný multiprocessing nemůže energetický problém vyřešit, jen jej oddálí o další dvě tři generace procesorů,” říká Barroso.

„Stále zlepšování a inovace architektury jsou nutné pro správný dlouhodobý trend,” dodává Luiz Andre Barroso.

Shrnutí

Ceny za energie nezadržitelně rostou a poměr příkon/výkon zůstává bohužel stále na stejné hodnotě. Z dlouhodobého hlediska je podobná situace neudržitelná. Naštěstí Intel i AMD potvrdily, že se nyní velmi silně zaměřují na snížení energetické spotřeby procesorů, které vyrábějí.

Výsledky už jsou na nových procesorech vidět. Nová mikroarchitektura Merom, která je použita v procesorech Core 2 Duo, dovoluje snížit příkon jednoho procesorového jádra na velmi příjemných 31 W. To je zhruba čtvrtina toho, co pro svou práci vyžaduje Pentium D.

Můžeme tedy jen doufat, že výrobce procesorů už věčná honba za výkonem už tolik nezajímá a skutečně přejdou na honbu za příkonem. Rychlosti už přece máme dostatek.

---

Data a údaje čerpány ze serverů News.com a Wikipedia.