Data Center Energy Retrofits

Show full item record

Permalink

http://urn.fi/URN:ISBN:978-952-10-9512-2
Title: Data Center Energy Retrofits
Author: Pervilä, Mikko
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Science, Department of Computer Science
Thesis level: Doctoral dissertation (article-based)
Abstract: Within the field of computer science, data centers (DCs) are a major consumer of energy. A large part of that energy is used for cooling down the exhaust heat of the servers contained in the DCs. This thesis describes both the aggregate numbers of DCs and key flagship installations in detail. We then introduce the concept of Data Center Energy Retrofits, a set of low cost, easy to install techniques that may be used by the majority of DCs for reducing their energy consumption. The main contributions are a feasibility study of direct free air cooling, two techniques that explore air stream containment, a wired sensor network for temperature measurements, and a prototype greenhouse that harvests and reuses the exhaust heat of the servers for growing edible plants, including chili peppers. We also project the energy savings attainable by implementing the proposed techniques, and show that global savings are possible even when very conservative installation numbers and payback times are modelled. Using the results obtained, we make a lower bound estimate that direct free air cooling could reduce global greenhouse gas (GHG) emissions by 9.4 MtCO2e already by the year 2005 footprint of the DCs. Air stream containment could reduce the GHG emissions by a further 0.7 MtCO2e, and finally heat harvesting can turn the waste heat into additional profits. Much larger savings are already possible, since the DC footprint has increased considerably since 2005.Nykyaikaisten pilvipalvelujen yleistymisen ovat mahdollistaneet jopa tuhansia tietokoneita sisältävät palvelinsalit. Eräs palvelimiin liittyvä ongelma on niiden yhteenlaskettu sähkönkulutus. Palvelimien käyttämä sähkö muuttuu laskennan sivutuotteena lämmöksi, joka taas voi vaarantaa palvelujen jatkuvuuden mikäli riittävää jäähdytystä ei järjestetä. Jäähdytys on perinteisesti toteutettu koneellisena ilmanvaihtona, joka kuluttaa lisää sähköä. Myös muut palvelimien ylläpitoon liittyvät järjestelmät lisäävät sähkönkulutusta. Varsinaisen laskennan lisäksi kulutettu ylimääräinen sähkö vaikuttaa palvelinsalien energiatehokkuuteen. Pilvipalvelut ovat osoittautuneet taloudellisesti niin merkittäviksi, että ylimääräistä sähköä on pidetty siedettävänä haittana palveluiden arvoon verrattuna. Energiatehokkuuden parantamiseen on kuitenkin viime aikoina kiinnitetty huomiota sekä ympäristön kannalta että myös sähkön hinnasta aiheutuvien säästöjen vuoksi. Palvelujen jatkuvuuden kannalta on toisaalta tärkeää, ettei energiatehokkuuden parantaminen aiheuta toiminnalle käyttökatkoja tai käyttäjille ylimääräisiä viipeitä. Tämä väitöskirja esittelee nykyaikaisten palvelinsalien ominaisuuksia sekä yksittäistapausten että globaalien lukumäärien kautta. Esitellyt yksittäistapaukset ovat suurimpien palvelinsalien omistajien lippulaivoja, joilla pyritään vakuuttamaan käyttäjät yritysten sitoutumisesta ekotehokkuuteen. Globaalit lukumäärät luovat katsauksen palvelinsalien eri suuruusluokkien jakaumalle. Käy ilmi, että valtaosa palvelinsaleista on hyvin pieniä ja huomattavasti kehnompia energiatehokkuudeltaan kuin jättikokoiset lippulaivat. Nämä seikat huomioiden väitöskirja esittelee joukon jälkiasennettavia tekniikoita jotka keskittyvät palvelinsalien jäähdytykseen. Tekniikat esitellään väitöskirjan viidessä osajulkaisussa alkaen korvausilman edullisesta tuottamisesta nk. vapaajäähdytyksen avulla ja päättyen kuuman poistoilman hyötykäyttöön kokeellisessa kasvihuoneessa. Väitöskirja sisältää laskelmat tekniikoiden avulla saavutettavien säästöjen alarajoille. Esimerkiksi pelkästään vapaajäähdytystä käyttämällä säästettäisiin 9,4 Mt hiilidioksidia vastaava määrä päästöjä perustuen jo vuoden 2005 sähkönkulutuslaskelmiin. Sähkönkulutus on ollut jatkuvassa kasvussa vuoteen 2013 asti, joten myös saavutettavat säästöt ovat nykyään huomattavasti suuremmat.
URI: URN:ISBN:978-952-10-9512-2
http://hdl.handle.net/10138/41794
Date: 2013-12-12
Subject: tietojenkäsittelytiede
Rights: This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.


Files in this item

Total number of downloads: Loading...

Files Size Format View
pervila_thesis.pdf 3.490Mb PDF View/Open

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record