Влияет ли выбор ЦП на энергетический бюджет серверной фермы?

Ваш первоначальный вопрос слишком широк, поскольку невозможно даже приблизительно оценить реальные доллары, потому что слишком много переменных (сотни тысяч). Я даже не собираюсь пытаться придумать номер. Вместо этого я просто собираюсь обсудить один конкретный аспект стоимости хостинга: процессор.

Процессоры!

Операционные расходы процессорасильно зависят от генерации сервера.

Подпоколением я имею в виду примерно время выпуска процессора, но, что более важно, на какой архитектуре он основан.

Поскольку процессоры стали более сложными и более продвинутыми, они также разработали более сложные функции управления питанием. Давайте посмотрим на эволюцию управления питанием процессора Intel и помним, что все функциинакапливаются с течением времени, что означает, что если функция существовала в более старом процессоре, она, вероятно, существует в более новых, но она может быть улучшена или более эффективный в новых поколениях процессоров.

В качестве крайнего примера, если вы посмотрите на очень старый серверный чип, похожий на Pentium II Xeon, вы можете заметить, что в спецификации ничего не говорится о технологии энергосбережения. Этот чип будет использовать свой максимальный TDP почти всегда.

Что-то немного более новое (но все еще очень старое - ~2005 г.), например Xeon 3.80E, который где-то новее, чем Pentium IV, но старше, чем архитектура "Core", начинает демонстрировать признаки того, что Intel осознает необходимость экономии энергии: "Intel Технология SpeedStep "указана в паспорте продукта.

Перейдите к Xeon на базе микроархитектуры Core2 (~2008), например X5365, и вы заметите несколько вещей:

• Процессор имеет функцию энергосбережения в режимеожидания, что означает, что он может переключаться в режим пониженного энергопотребления, в некоторый момент между "отключением питания" и "полным включением", когда он не предпринимает активных действий. Он может переключать состояния простоя десятки или сотни раз в секунду, что значительно экономит электроэнергию.

• Технология SpeedStep, которую мы видели раньше, теперь являетсяусовершенствованной технологией SpeedStep, которая является более мелкой, что означает, что процессор может упасть до определенного напряжения, которое точно соответствует текущей рабочей нагрузке, и, если рабочая нагрузка увеличивается или уменьшается, он может масштабировать как скорость вентилятора а также энергопотребление процессора в зависимости от изменений рабочей нагрузки (даже если рабочая нагрузка колеблется чаще, чем раз в секунду).

• Начиная с базовой микроархитектуры, мы начинаем видеть, как Intel продает процессоры Xeon с префиксом "L" для "низкого напряжения". Эти процессоры имеют более низкую расчетную тепловую мощность (TDP), что означает, что они предназначены для постоянной работы при меньших энергозатратах (в первую очередь, от работы при более низком напряжении), чем их более энергоемкие аналоги. Эти детали предлагаются вкачестве опции, потому что вы можете получить немного большую производительность, если будете использовать обычные энергозатратные детали с префиксом "E" или "X".

• Технология Intel Demand-Based Switching используется. Цитирую сайт Intel:

  Intel® Demand Based Switching - это технология управления питанием, в которой приложенное напряжение и тактовая частота микропроцессора поддерживаются на минимально необходимых уровнях до тех пор, пока не потребуется большая вычислительная мощность. Эта технология была представлена ​​как технология Intel SpeedStep® на рынке серверов.

Перейдите к Xeon на базе микроархитектуры Nehalem, например, к этому X3480, и вы заметите несколько вещей:

• Технология Intel Turbo Boost; Этот процессор будет работать с очень высокой энергоэффективностью (отличная производительность на ватт) в большинстве случаев, но если процессор получает очень высокие пики загрузки, он может превысить обычное значение TDP (для увеличения энергопотребления и меньшей эффективности), чтобы обеспечить больше производительность в режиме "Турбо".

• Гиперпоточность; это означает, что вы можете запустить четыре ядра с производительностью, близкой к производительности с восемью ядрами, но с очень высокой эффективностью. Hyperthreading - это и механизм экономии, и механизм энергосбережения, позволяющий получить лучшую производительность на ватт (вы вкладываете ту же энергию, но получаете большую производительность, чем на процессорах без гиперпоточности).

Прыгайте вперед к Westmere (Nehalem-C, также известному как Nehalem) Xeon X5650, о котором вы спрашивали в своем вопросе, и ситуация в основном такая же, как у оригинального Nehalem выше, за исключением того, что у вас будет немного более низкое энергопотребление по всей плате, потому что размер изготовления меньше.

Теперь, после Westmere/Nehalem, у нас есть еще три микроархитектуры, которые помогут нам подняться до сегодняшнего дня:

• Sandy Bridge, 2011, семейство 32-нм процессоров с новой микроархитектурой (также известной как "tock");
• Ivy Bridge, 2012, 22-нм семейство процессоров, основанное на микроархитектуре Sandy Bridge, но с более низким энергопотреблением и лучшей энергоэффективностью (также известное как "тик-плюс");
• Haswell, 2013, 22-нм семейство процессоров с новой микроархитектурой (иначе говоря, "tock").

Каждое из этих последовательных поколений процессоров давало нам улучшенные функции управления питанием, поскольку в настоящее время это одна из основных областей деятельности Intel по нескольким причинам:

• Они поставляют планшеты x86 с очень малой емкостью батареи, для которых требуются энергоэффективные процессоры.
• Центры обработки данных хотят снизить затраты на электроэнергию, отопление и охлаждение.
• Поскольку обычные пользователи настольных компьютеров перестают нуждаться во все большей вычислительной мощности, они могут начать снижать свои энергозатраты, тепловую мощность и т. Д., Используя более эффективные процессоры, которые предлагают более скромные улучшения производительности, но значительно сокращают энергопотребление.

• По мере того как процессоры внутренне усложняются, появляется все больше возможностей для сложной логики и схем, которые точно рассчитывают, сколько энергии необходимо для эффективного обеспечения текущей рабочей нагрузки, сохраняя при этом потери до абсолютного минимума. Intel вложила значительные средства в эту технологию в последние поколения процессоров.

• Низковольтный Xeon Sandy Bridge, такой как E3-1260L, довольно эффективен, и в то же время является четырехъядерным с гиперпоточностью. Его 45-ваттный TDP не следует воспринимать как показатель того, что он медленный; отнюдь нет - это намного быстрее, чем даже TDP-процессоры мощностью 105 Вт всего несколькими годами ранее.

• Низковольтный Xeon Ivy Bridge, такой как E3-1265L v2, даже более эффективен, чем 1260L, с 45-ваттным TDP, но значительно лучшей производительностью и регулятором напряжения на процессоре для чрезвычайно быстрого реагирования на изменение напряжения.

• Низковольтный Xeon Haswell, такой как E3-1265L v3, является вершиной того, что в настоящее время доступно на рынке с точки зрения энергоэффективности, с 45-ваттным TDP, но все же лучшей производительностью и большей экономией энергии.

Конечно, за пределами категории низкого напряжения, в последних сериях также присутствуют Xeon с более высокой производительностью, такие как чудовищный 15-ядерный E7-8890 v2, который должен выйти в первом квартале 2014 года, который является невероятно мощным, с 155 Вт TDP (очень большой для процессора) - огромная разница в том, что со всеми этими высокопроизводительными ядрами этот процессор может делать намного больше, чем чип низкого напряжения.

В целом, ваш X5650, будучи на четыре поколения удаленным от нынешнего поколения (кстати, у него всего 6 ядер с гиперпоточностью, а не 12 ядер), будет соперничать с чем-то вроде товарного четырехъядерного бренда E3 Xeon от поколения Ivy Bridge или Haswell, хотя у него больше ядер. Новые процессоры имеют более высокую тактовую частоту, больше кэш-памяти L3, поддерживают более быструю оперативную память и более энергоэффективны, чем более старый X5650, что означает, что они смогут справиться с ним, даже если у них меньше ядер.

Влияние регулировки нагрузки на стоимость

Если бы нагрузка была снижена, скажем, до 45%, на какую долю снизились бы расходы на электроэнергию и охлаждение?

Итак, исходя из того, что мы знаем выше, если бы процессоры были современными процессорами (Sandy Bridge, Ivy Bridge или Haswell), есть вероятность, что затраты на питание и охлаждение для одного CPU (не говоря уже о материнской плате, жестком диске, оперативной памяти, и т. д.) вероятно уменьшитсяпримерно линейно при уменьшенной нагрузке. В любом случае, это конечная цель: если вам нужно X количество инструкций в секунду, это будет стоить $YYY; если вы хотите количество инструкций X*10 в секунду, это будет стоить $YYY*10. Линейные шкалы обеспечивают очень предсказуемую экономику, поэтому Intel стремится к этому.

Конечно, процессоры старшего поколения даже не приблизились к тому, чтобы быть линейными, потому что они просто тратили много энергии, просто находясь в режиме ожидания, и даже когда они полностью использовались, они не могли наилучшим образом использовать имеющиеся ресурсы, потому что им не хватало таких функций, как HyperThreading.

Попытка (очень смутно) набросать, как подойти к ответу на ваш оригинальный вопрос

Теперь, когда вы знаете все эти подробности о процессорах, я открою вам секрет: процессоры не покрывают большую часть операционных расходов основных веб-сайтов. Самые большие затраты - это работники, объекты(недвижимость, земля, центры обработки данных и т. Д.) Иохлаждение.

Для того, чтобы придумать операционные расходы "за спиной" для чего-то вроде Facebook или Twitter, вы должны учитывать следующее:

• Даже если они используют новейшие процессоры, они все равно платят за электроэнергию для охлаждения (очевидно, что это стоит дешевле, если внешняя среда очень холодная, по сравнению с летом, когда охлаждение серверов может стоить очень дорого). Расходы на охлаждение варьируются в зависимости от того, используют ли они "автономную" электроэнергию (ветряную, солнечную) или покупают электроэнергию у коммунальной компании, которая может делать это из угля или атомной энергии и т. Д. Затраты также сильно различаются в зависимости от страны. поскольку стоимость энергии варьируется от региона к региону, в зависимости от того, откуда они берут свою энергию, сколько существует спроса и т. д.

• Материнские платы, жесткие диски, твердотельные накопители, оперативная память, охлаждающие вентиляторы, сетевое оборудование, освещение, защитное оборудование, офисы для сотрудников и т. Д. Потребляют дополнительную энергию, и затраты, которые здесь возникают, могут сильно варьироваться в зависимости от эффективности работы.

• Стоимость услуг будет зависеть от того, насколько большое внимание будет уделено безопасности. Например, резервные дизель-генераторы несут значительные затраты, как с точки зрения топлива, так и регулярных испытаний правильной работы генераторов, аккумуляторных блоков (для поддержания постоянной мощности при запуске дизель-генераторов) и т. Д. Без этих затрат ваш центр обработки данных более склонен к полному отключению в случае сбоя питания, но ежедневные эксплуатационные расходы значительно снизятся. Кроме того, расходы возрастают с такими вещами, как камеры видеонаблюдения, вооруженная охрана, устройства для чтения пропусков и т. Д., Которые также можно рассматривать как "дополнительные функции", если вы действительно пытаетесь пойти на попятную.

• Вы также должны уточнить определение вопроса, который вы задаете, чтобы получить точные цифры. Например, считаются ли специалисты по ИТ-поддержке, которые обслуживают серверное оборудование и сеть, частью затрат на работу центра обработки данных? Программисты, которые пишут программное обеспечение, учитывают стоимость? Как насчет системных администраторов? Как насчет менеджеров? Как насчет хранителей, которые моют полы и заменяют лампочки? Как насчет налогов, которые они должны правительству? Где вы перестаете измерять затраты? Это все часть определения вашей проблемы, и поскольку я не экстрасенс и не знаю, что именно вы спрашиваете, я не собираюсь пытаться ответить на любой из этих вопросов. Во всяком случае, большинство из них не по теме для SuperUser.

Сказав все это, я все еще не собираюсь делать какие-либо приблизительные оценки в долларах. Вам придется выяснить это самостоятельно, основываясь на любых предположениях, которые вы хотите сделать относительно рабочих процедур компании, стоимости электроэнергии, температуры наружного воздуха, стоимости рабочей силы и т. Д.