8가지 획기적인 데이터센터 전력 비용 절감 방안

우선 한 가지 반대 이유는, 일반적으로 전원 사이클링은 메인보드의 커패시터(capacitor)와 같이 필드에서 교체가 불가능한 구성 요소들에 압박을 가하여 서버의 기대 수명을 단축시킨다고 생각되기 때문이다. 그러나 이는 근거 없는 얘기로 밝혀졌다: 실제적으로 서버는, 자동차나 의료 기구 같이 일상적으로 잦은 전력 사이클링이 발생하는 기기들에 사용되는 것과 같은 부품들로 구성된다. 서버에서 일종의 전력 사이클링이 지속된 결과 평균고장간격(MTBF;mean time between failure)이 감소한다고 할만한 어떠한 증거도 없다.

두 번째로, 서버가 작동을 시작하기까지 너무 오래 걸린다고 반대한다. 하지만 부트 타임에 진단 검사와 같은 불필요한 것들 끄기, 이미 작동중인 서버 스냅샷에서 부팅하기, 몇몇 하드웨어에서 가능한 웜-스타트 기능 이용하기 등을 통해 서버 스타트업 시간을 단축시킬 수 있다.  

세 번째로는, 늘어난 로드를 수용하기 위해 서버의 전원을 올려야 한다면 얼마나 빨리 부팅이 되든 간에 유저들은 기다려주지 않을 거라고 불평한다. 그러나 대부분의 애플리케이션 아키텍처들은 새로운 유저들에게 프로세스가 더 느리게 요청한다는 간단한 말조차 일러주지 않는다. 따라서 유저들은 자신들이 서버가 스핀 업 하기까지 기다리고 있다는 사실을 알지 못한다. 애플리케이션이 인원수의 한계에 다다르면, “우리는 당신의 요청을 빨리 처리하기 위해 추가 서버를 스타트업하고 있다”라는 간단한 메시지로 계속 알려주는 한, 유저들은 기꺼이 거기에서 기다릴 것이다.

획기적인 에너지 절약 방안 3: 외부 공기를 이용하여 “무료”로 냉각시켜라

데이터센터의 온도가 올라가면 선뜻 외기 냉방이라고 불리는 두 번째 파워 절약 기술을 이용하게 된다. 온도가 낮은 외부 공기를 냉각 공기의 소스로 사용하여 비싼 냉각 장치를 우회하도록 하는 방법으로 마이크로소프트의 더블린 데이터센터에서 채용한 방식이다. 만약 화씨 80도를 유지하고자 하는데 바깥 온도는 화씨 70도라면, 바깥 공기를 데이터센터로 불어넣는 것만으로 필요한 냉각 효과를 모두 얻을 수 있다.

이를 구현하는 일은 온도조절기를 높이는 첫 번째 처방보다 약간 더 시간과 노력을 요한다: 바깥 공기를 안으로 들여오기 위해 덕트의 경로를 변경해야 하고, 민감한 전자 장비들이 확실히 손상을 입지 않도록 아주 기본적인 안전 조치들-공기 정화 장치(air filter), 기수 분리 장치(moisture trap), 방화 댐퍼(fire damper), 온도 감지기(temperature sensor) 등-을 마련해야 한다.

통제 실험에서 인텔(Intel)은 외부 공기를 이용할 경우 전력 소모의 74%가 감소한다는 사실을 밝혀냈다. 두 대의 트레일러에 각각 서버를 싣고 하나는 기존의 냉각기를 이용하고 나머지 하나는 냉각기와 큰-입자 필터링을 거친 외부 공기를 함께 이용하게 한 채 열 달 동안 구동시켰다. 공기가 자유롭게 드나드는 트레일러는 구동 시간 중 91%에 해당하는 시간 동안 오직 공기만 이용해서 냉각할 수 있었다. 또한 인텔은 외부 공기로 냉각된 서버에서 상당한 층의 먼지를 발견했는데, 이는 효과적인 미세-입자 필터링의 필요성을 한층 강화시켰다. 아마도 필터를 자주 바꿔야 할 것이고, 청소할 수 있고 재사용할 수 있는 필터의 비용을 고려해야 할 것이다.

인텔은 상당한 먼지와 습도의 넓은 변화폭에도 불구하고 외부 공기를 사용하여 냉각한 트레일러에서 고장률이 증가하지 않음을 발견했다. 데이터센터가 10MW를 소모한다고 가정하고 연간 절감되는 냉각 비용을 추정해보면 거의 3백만 달러(한화 약 3천 억 원) 에 달한다. 이와 함께 어떤 지역에서는 그 자체로 비싼 상품이 되기도 하는 물 역시 76백만 갤런(약 2억 8천 리터)이나 절약된다.

획기적인 에너지 절약 방안4: 데이터센터의 열로 사무실을 데워라

데이터센터의 열(BTU; 영국식 열량 단위)을 이용하여 사무실을 데울 경우 에너지 절약 효과가 배가 될 수 있는데 이는 결국 상대적으로 차가운 사무실 공기로 데이터센터를 식히는 것과 같은 말이다. 차가운 기후의 지역에서는 상상컨대, 사람들을 따뜻하게 유지하는데 필요한 열을 모두 얻을 수 있고 추가적인 냉각이 필요할 경우 순전히 외부 공기 만으로도 해결할 수 있을 것이다.

외부 공기 냉각법과는 달리, 이번에는 기존의 난방 시스템이 필요 없어질 것이다; 당연히 바깥이 충분히 따뜻하면 사람들로 가득 찬 찜통을 찾지는 않을 것이다. 또한 서버실에 있는 전자 장비들에서 나오는 김에서는 어떠한 화학적 오염도 걱정할 필요가 없다. 현대의 특정 유해물질 사용 제한 지침(RoHS)에 부응하여 서버들은 환경에 비친화적인 오염물질들-카드뮴, 납, 수은, 폴리브롬화 물질 등-을 구성 단계에서부터 제거해나가고 있다.

외부-공기 냉각법과 마찬가지로 이 것을 실행하기 위해 필요한 유일한 기술은 훌륭한 오랜 HVAC(난방, 환기, 공기 조절) 노하우이다; 팬, 덕트, 온도조절기 등을 말한다. 데이터센터가 기존의 난방 시스템을 대체하기에는 너무 많은 열을 방출한다는 것을 아마 알 수 있을 것이다. 스위스 유이티콘(Uitikon, Switzerland)에 있는 IBM의 데이터센터는 지역 수영장을 무료로 데워줄 수 있었는데 이는 집 80채의 난방에 해당하는 에너지 절약이다. 파리에 있는 텔레시티 그룹(TeleityGroup)은 심지어 서버에서 나오는 열로 기후 변화 연구에 사용되는 온실들을 연중 내내 따뜻하게 데워주고 있다.

난방 시스템을 변경하는 일은 주말 프로젝트 이상의 것들을 수반하겠지만 비용은 아마도1년 혹은 그 안에 절약으로 거두어들일 수 있을 만큼 충분히 낮을 것이다.

획기적인 에너지 절약 방안5: 자주 사용되는 읽기-전용의 데이터 셋에는 SSD를 이용하라

SSD는 빠른 접근 시간, 낮은 전력 소모, 매우 낮은 열 방출량 등으로 인해 넷북, 타블렛, 노트북 등에 많이 쓰여왔다. 물론 서버에도 쓰이긴 하지만 최근까지 그 가격과 신뢰도가 서버에 적용하는 데에 걸림돌이 되었다. 그러나 다행스럽게도, SSD는 지난 2년동안 상당히 가격이 많이 떨어졌으며, 덕분에 데이터센터의 빠른 에너지 절약을 위한 후보로 여겨지고 있다. ?다만 사용자가 그것들을 올바르게 적용시킬 수 있다면 말이다. 정확하게 사용된다면, SSD는 디스크 어레이에 들어가는 전력과 냉각 비용을 상당히 많이 떨어트릴 수 있는데, 전기 소비량은 약 50% 수준으로 낮추고 열은 거의 발생시키지 않게 된다.   

SSD가 해결하지 못한 한가지 문제는 쓰기 동작(write operation)의 횟수가 제한되어 있다는 점인데, 현재로서는SLC(Single Level Cell) 당 약 5백만 번의 쓰기가 가능한 장비가 서버 스토리지에 적합하다. 가격이 저렴하고 소비자를 대상으로 한 MLC(Multi Level Cell)은 더 높은 용량을 갖추었지만 내구성은 SLC의 10분의 1에 불과하다.

SSD에 관한 좋은 소식은 플러그가 호환되는 드라이브를 사서 손쉽게 기존의 전력 소모가 크고 열이 많이 방출되는 장비들을 대체할 수 있다는 것이다. 빠른 전력 감소를 위해, 스트리밍 비디오 보관소와 같이 크고 주로 읽기-전용의 데이터 셋을 SSD로 대체해야 한다. 그렇게 하면 SSD가 낡아가는 문제에 부딪히지 않으면서, 전력과 냉각 비용의 감소뿐만 아니라 즉각적인 성능 향상 효과까지 누릴 수 있을 것이다.

데스크톱 용도가 아닌 서버 용으로 특정하게 설계된 드라이브를 선택해서 사용해야 한다. 그러한 드라이브들은 전형적으로 작업 처리량을 늘리기 위해 다중 채널 구조를 가지고 있다. 가장 흔한 인터페이스는 SATA2.0으로 전송 속도는 3Gbps이다. 히타치/인텔(Hitachi/Intel)의 울트라스타(Ultrastar)와 같은 고가의 SAS 장비들은 6Gbps까지 속도를 높일 수 있고 용량은 400GB에 달한다. 비록 SSD 장비들이 어떤 설계적 결함에 직면했다 하더라도, 이것들은 원래 서버 저장 장치와는 관련없는 인자들- 바이오스(BIOS) 암호와 바이오스 암호화 등-을 수반하는 데스크톱과 노트북의 드라이버들과 호환하여 사용해 왔음을 기억해야 한다.

적어도 처음에는 SSD의 사용을 다소 주의 깊게 살펴보아야 한다. 인텔과 다른 SSD 생산업체들은 쓰기 실패가 발생하는 경우를 비롯해 읽기/쓰기 사이클을 추적할 수 있는 분석 툴을 제공한다. SSD 디스크는 균등 분배(load leveling)라고 불리는 프로세스를 통해 심지어 기기 반대쪽으로까지 덜 마모된 곳으로 쓰기를 자동적으로 리맵 하는데, 게다가 이를 통해 에러를 감지하고 복구할 수도 있다. 하지만 정말 심각한 쓰기 실패가 발생하기 시작하면, 그것은 곧 드라이브를 교체할 때가 왔음을 의미한다.

획기적인 에너지 절약 방안 6: 데이터센터에 직류 전류를 사용하라

그렇다, 직류 전류는 구식이다. 이 변덕스러워 보이는 에너지원은 전기 기술이 떴다가 쇠퇴하기를 반복하는 동안 주기적으로 부각되고 있다. 직류의 매력은 단순한 데에 있다: 서버들은 내부적으로 직류를 사용하므로 파워를 직류로 바로 공급하게 되면 서버 내부 전원에서 교류에서 직류로 변환 작업을 수행할 필요가 없어져 전력을 절약할 수 있다.