Comment le choix de la CPU affecte-t-il le budget énergétique d'une batterie de serveurs? Je me demande combien il en coûte par an pour alimenter les types de serveurs de produits de base Facebook, Twitter et al. utilisation.
Prenons un de ces serveurs typiques - un processeur Intel Xeon X5650 - et une charge typique avec les 12 cœurs exécutant chacun une capacité de 90%.
Quelle serait la consommation annuelle d'énergie? Quelles hypothèses faut-il poser à part le scénario ci-dessus? Et combien cela coûterait-il à une entreprise opérant à l’échelle de ce qui précède? Qu'en est-il du refroidissement? Combien refroidir un tel serveur?
Si la charge était réduite à 45%, par exemple, dans quelle proportion les coûts d’alimentation et de refroidissement diminueraient-ils?
Réponses:
Votre question initiale est tout à fait trop large, car il est impossible de faire une estimation même approximative de dollars réels, parce qu'il ya juste trop de variables impliquées ( des centaines de milliers). Je ne vais même pas essayer de trouver un chiffre. Au lieu de cela, je vais simplement aborder un aspect particulier des coûts d'hébergement: le processeur.
Les CPU!
Les coûts d'exploitation du processeur dépendent fortement de la génération du serveur.
Par génération, je veux dire, approximativement au moment de la sortie du processeur, mais plus important encore, sur quelle architecture il est basé.
Au fur et à mesure que les processeurs sont devenus plus compliqués et plus avancés, ils ont également développé des fonctionnalités de gestion de l'alimentation plus sophistiquées. Examinons l'évolution de la gestion de l'alimentation des processeurs Intel et gardons à l'esprit que toutes les fonctionnalités sont cumulatives dans le temps. Autrement dit, si une fonctionnalité existait dans un processeur plus ancien, elle existait probablement dans les plus récents, mais elle pourrait être améliorée ou améliorée. plus efficace dans les nouvelles générations de processeurs.
Par exemple, si vous examinez une très vieille puce de serveur, comme un Pentium II Xeon , vous remarquerez peut-être que la fiche technique ne mentionne rien sur la technologie d'économie d'énergie. Cette puce utilisera son maximum TDP presque tout le temps.
Quelque chose d'un peu plus récent (mais toujours très ancien - ~ 2005), comme un Xeon 3.80E , plus récent que Pentium IV mais plus ancien que l'architecture "Core", commence à montrer des signes qu'Intel est conscient des économies d'énergie: "Intel SpeedStep Technology "est répertoriée dans la fiche technique du produit.
Sautez dans une Xeon (~ 2008) basée sur la microarchitecture Core2, comme cette X5365 , et vous remarquerez plusieurs choses:
Le processeur dispose de la fonctionnalité d'économie d'énergie des états inactifs , ce qui signifie qu'il peut basculer dans un mode d'alimentation plus faible, à un moment donné entre "éteint" et "entièrement en cours d'exécution", lorsqu'il ne fait rien activement. Il peut commuter des dizaines ou des centaines de fois par seconde les états inactifs, ce qui permet de réaliser des économies d'énergie très "fines".
La technologie SpeedStep que nous avons déjà vue est maintenant la technologie Enhanced SpeedStep, qui est plus fine, ce qui signifie que le processeur peut chuter à une tension spécifique qui correspond exactement à la charge de travail actuelle. Si la charge de travail augmente ou diminue, la vitesse du ventilateur peut être augmentée. ainsi que la consommation d'énergie du processeur en fonction des modifications de la charge de travail (même si la charge de travail fluctue plus d'une fois par seconde).
À partir de la microarchitecture de base, Intel commence à vendre des processeurs Xeon avec le préfixe "L" pour "Low-voltage". Ces processeurs ont une puissance de conception thermique (TDP) plus faible, ce qui signifie qu'ils sont conçus pour fonctionner de manière cohérente avec des consommations d'énergie moindres (principalement grâce à une tension inférieure) par rapport à leurs homologues plus gourmands en énergie. Ces pièces sont proposées en option , car vous pouvez obtenir un peu plus de performances si vous utilisez les pièces ordinaires gourmandes en énergie, précédées du préfixe "E" ou "X".
La technologie de commutation basée sur la demande Intel est utilisée. Citant le site Web d'Intel:
Sautez dans une Xeon basée sur la microarchitecture de Nehalem, comme ce X3480 , et vous remarquerez plusieurs choses:
Technologie Intel Turbo Boost; ce processeur fonctionne la plupart du temps à des vitesses très efficaces en énergie (performances par watt), mais si le processeur présente des pics d'utilisation très élevés, il peut dépasser le TDP normal (pour une consommation électrique accrue et une efficacité réduite) pour offrir davantage. performance en mode "Turbo".
Hyper-Threading; Cela signifie que vous pouvez exécuter quatre cœurs avec des performances proches de ce qu’elles seraient avec huit cœurs, mais avec une très grande efficacité. L'hyperthreading est à la fois un mécanisme permettant de réduire les coûts et la consommation d'énergie, vous permettant d'obtenir de meilleures performances par watt (vous mettez la même énergie, mais obtenez plus de performances que sur les processeurs sans hyperthreading).
Passez devant un Xeon X5650 de Westmere (Nehalem-C) , et c’est ce que vous avez demandé dans votre question. La situation est fondamentalement la même que celle du Nehalem d’origine ci-dessus, sauf que vous aurez légèrement faible consommation d'énergie à tous les niveaux, car la taille de fabrication est plus petite.
Maintenant, après Westmere / Nehalem, nous avons trois autres microarchitectures à nous proposer pour nous rendre aujourd’hui:
Chacune de ces générations successives de processeurs nous a donné de meilleures fonctionnalités de gestion de l’alimentation, car c’est l’un des principaux domaines d’intervention d’Intel pour plusieurs raisons:
À mesure que les processeurs deviennent de plus en plus complexes en interne, la logique et les circuits compliqués permettent de calculer exactement la quantité d'énergie nécessaire pour fournir efficacement la charge de travail actuelle, tout en maintenant les pertes au minimum absolu. Intel a beaucoup investi dans cette technologie au cours des dernières générations de processeurs.
Un Xeon basse tension Sandy Bridge, tel que le E3-1260L , est assez efficace, tout en étant quad-core avec hyperthreading. Son TDP de 45 watts ne doit pas être considéré comme un signe de lenteur. loin de là - c'est beaucoup plus rapide que même les processeurs TDP 105 W de quelques années plus tôt.
Un Xeon basse tension Ivy Bridge, tel que le E3-1265L v2 , est encore plus efficace que le 1260L, avec toujours un TDP de 45 W, mais des performances bien meilleures et un régulateur de tension sur CPU pour une réponse de changement de tension extrêmement rapide.
Un Xeon à basse tension Haswell, tel que le E3-1265L v3 , est le summum de ce qui est actuellement disponible sur le marché en termes d’efficacité énergétique, avec un TDP de 45 W tout en offrant de meilleures performances et davantage d’économie d’énergie.
Bien entendu, en dehors de la catégorie basse tension, il existe également des Xeons plus performants dans la série récente, tels que le bestiole E7-8890 v2 à 15 cœurs , qui doit sortir au premier trimestre 2014, ce qui est incroyablement haut de gamme, avec une TDP de 155 watts (très grand pour un processeur) - la grande différence étant que, avec tous ces cœurs haut de gamme, ce processeur peut faire beaucoup plus qu'une puce à basse tension.
Globalement, votre X5650, qui est quatre générations éloignées de la génération actuelle (il n’a que 6 cœurs avec hyperthreading, soit 12 cœurs), va rivaliser avec quelque chose comme Xeon à quatre cœurs "E3" au niveau des produits de base. des générations Ivy Bridge ou Haswell, bien qu’il ait plus de noyaux. Les nouveaux processeurs ont une fréquence d'horloge plus élevée, plus de cache L3, prennent en charge une RAM plus rapide et consomment moins d'énergie qu'un X5650 plus ancien, ce qui signifie qu'ils pourront le suivre même s'ils ont moins de cœurs.
Impact de l'ajustement de la charge sur les coûts
D'après ce que nous savons ci-dessus, si les processeurs étaient des processeurs modernes (Sandy Bridge, Ivy Bridge ou Haswell), il y a de fortes chances que les coûts d'alimentation et de refroidissement du processeur seul (sans parler de la carte mère, du disque dur, de la RAM, etc.) baisserait probablement de façon approximativement linéaire avec une charge réduite. De toute façon, c’est l’objectif ultime: si vous voulez X nombre d’instructions par seconde, cela vous coûtera $ YYY; si vous voulez X * 10 instructions par seconde, cela vous coûtera $ YYY * 10. Les échelles linéaires permettent de réaliser des économies très prévisibles, c'est ce que vise Intel.
Bien sûr, les processeurs de la génération précédente n’étaient même pas sur le point d’être linéaires, car ils perdraient beaucoup d’énergie simplement en veille, et même lorsqu'ils étaient pleinement utilisés, ils ne faisaient pas le meilleur usage des ressources disponibles, parce qu'ils manquaient de fonctionnalités telles que HyperThreading.
Essayer (très vaguement) de dessiner comment aborder une réponse à votre question initiale
Maintenant que vous connaissez tous les détails concernant les processeurs, je vais vous révéler un secret: les processeurs ne constituent pas la majorité des coûts d'exploitation des principaux sites Web. Les coûts les plus importants concernent les employés , les installations (immobilier, terrains, centres de données, etc.) et le refroidissement .
Afin d’obtenir un coût de fonctionnement "arrière de l’enveloppe" pour Facebook ou Twitter, vous devez prendre en compte les éléments suivants:
Même s’ils utilisent les derniers processeurs, ils paient toujours l’électricité pour le refroidissement (il est évidemment moins coûteux si l’environnement extérieur est très froid par rapport à l’été où il peut coûter très cher de garder les serveurs refroidis). Les coûts de refroidissement varient selon qu’ils utilisent de l’énergie «hors réseau» (éolienne, solaire) ou achètent de l’électricité à une entreprise de services publics, ce qui pourrait être du charbon ou du nucléaire, etc. Les coûts varient également beaucoup d’un pays à l’autre. , car les coûts énergétiques varient d’une région à l’autre, en fonction de la provenance de l’énergie, de la demande actuelle, etc.
Cartes mères, disques durs, SSD, RAM, ventilateurs de refroidissement, équipements de réseau, éclairage, équipements de sécurité, bureaux pour les employés, etc. consomment de l'énergie supplémentaire. Les coûts engendrés ici peuvent varier énormément en fonction de l'efficacité du fonctionnement.
Le coût des installations dépendra de l’importance accordée à la sécurité. Par exemple, les générateurs diesel de secours entraînent des coûts importants, à la fois en termes de carburant, de test régulier du bon fonctionnement des générateurs, de batteries (pour maintenir une puissance constante pendant le démarrage des générateurs diesel), etc. Sans ces coûts, votre centre de données est plus susceptible de connaître des pannes totales en cas de panne d’alimentation principale, mais les coûts d’exploitation quotidiens baissent considérablement. En outre, des coûts tels que les caméras de sécurité, les gardes armés, les lecteurs de badges, etc., peuvent être considérés comme des "suppléments facultatifs" si vous essayez réellement de vous mettre à nu.
Vous devez également affiner la définition de la question que vous posez afin de fournir des chiffres précis. Par exemple, les spécialistes du support informatique, qui assurent la maintenance du matériel et du réseau du serveur, sont-ils considérés comme faisant partie du coût du fonctionnement d'un centre de données? Les programmeurs qui écrivent le logiciel sont-ils pris en compte dans le coût? Qu'en est-il des administrateurs système? Qu'en est-il des gestionnaires? Qu'en est-il des gardiens qui nettoient les sols et remplacent les ampoules? Qu'en est-il des taxes qu'ils doivent au gouvernement? Où arrêtez-vous de mesurer les coûts? Tout cela fait partie de la définition de votre problème, et comme je ne suis pas psychique et que je ne sais pas ce que vous demandez exactement, je ne vais pas tenter de répondre à aucune de ces questions. La plupart d'entre eux sont hors sujet pour SuperUser, de toute façon.
Cela dit, je ne ferai toujours aucune estimation approximative en dollars. Vous devrez le constater vous-même, en vous basant sur les hypothèses que vous souhaitez formuler concernant les procédures d'exploitation de l'entreprise, le coût de l'électricité, la température extérieure, le coût de la main-d'œuvre, etc.
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