CPU の選択は、コモディティ サーバー ファームのエネルギー予算に影響しますか?

CPU の選択は、コモディティ サーバー ファームのエネルギー予算に影響しますか?

CPU の選択は、コモディティ サーバー ファームのエネルギー予算にどのような影響を与えるのでしょうか。Facebook、Twitter などが使用する種類のコモディティ サーバーに電力を供給するには、年間どのくらいのコストがかかるのでしょうか。

典型的なサーバーの 1 つ (Intel Xeon プロセッサ X5650) と、12 個のコアすべてがそれぞれ 90% の容量で動作している典型的な負荷を考えてみましょう。

年間の電力消費量はどれくらいでしょうか。上記のシナリオ以外にどのような仮定を立てる必要がありますか。また、上記のような規模で事業を営む企業には、どれくらいのコストがかかりますか。冷却はどうでしょうか。このようなサーバーを冷却するにはどれくらいの費用がかかりますか。

たとえば、負荷が 45% に削減された場合、電力と冷却のコストはどの程度削減されるでしょうか?

答え1

あなたの最初の質問は全体的に範囲が広すぎるため、実際の金額の大まかな見積もりさえ不可能である。ただ関係する変数が多すぎます (数十万)。数字を出すつもりもありません。その代わりに、ホスティング コストの特定の側面、CPU についてのみ説明します。


CPUです!

CPUの運用コストは重く世代サーバーの。

による世代つまり、プロセッサがリリースされたおおよその時期ですが、より重要なのは、それがどのようなアーキテクチャに基づいているかということです。

プロセッサがより複雑で高度になるにつれて、より洗練された電源管理機能も開発されました。Intelプロセッサの電源管理の進化を見てみましょう。すべての機能は累積的なつまり、古いプロセッサに存在していた機能は、新しいプロセッサにも存在する可能性がありますが、新しいプロセッサ世代では機能が改善されていたり、より効率的であったりする可能性があります。

極端な例として、非常に古いサーバーチップ、例えばペンティアムII ゼオンスペックシートには省電力技術について何も記載されていないことにお気づきかもしれません。このチップは、ほぼ常に最大 TDP を使用します。

もう少し新しいもの(それでもかなり古いもの - 2005年頃)ゼオン 3.80EPentium IV よりは新しいが、「Core」アーキテクチャよりは古いこのプロセッサは、Intel が電力節約を意識している兆候を示し始めています。製品データシートには「Intel SpeedStep テクノロジー」が記載されています。

Core2マイクロアーキテクチャベースのXeon(2008年頃)にジャンプすると、次のようになります。X5365すると、いくつかのことに気が付きます。

  • CPUはアイドル状態省電力機能により、何も実行していないときに、「電源オフ」と「完全実行」の間の低電力モードに移行できます。アイドル状態を 1 秒間に数十回または数百回切り替えることができるため、非常に「きめ細かな」省電力を実現できます。

  • 以前見てきたスピードステップテクノロジーは今や強化SpeedStep テクノロジーはよりきめ細かく、CPU を現在のワークロードにぴったり合う特定の電圧まで下げることができ、ワークロードが増加または減少した場合は、ワークロードの変化に基づいてファン速度と CPU の電力消費の両方を調整できます (ワークロードが 1 秒あたり 1 回以上変動する場合でも)。

  • コアマイクロアーキテクチャから、Intel は「低電圧」を意味する「L」のプレフィックスを付けた Xeon プロセッサを販売し始めました。これらのプロセッサは熱設計電力 (TDP) が低く、つまり、より電力を消費する同等のプロセッサよりも低いエネルギー消費量 (主に低電圧での動作による) で安定して動作するように設計されていることを意味します。これらの部品は次のように提供されます。オプションなぜなら、「E」または「X」のプレフィックスが付いた、通常の電力を大量に消費する部品を使用すると、パフォーマンスがわずかに向上するからです。

  • Intel Demand-Based Switching テクノロジーが使用されています。Intel の Web サイトからの引用:

    Intel® Demand Based Switching は、マイクロプロセッサの印加電圧とクロック速度を、処理能力がさらに必要になるまで必要最小限のレベルに維持する電力管理テクノロジです。このテクノロジは、サーバー市場では Intel SpeedStep® テクノロジとして導入されました。

NehalemマイクロアーキテクチャベースのXeonにジャンプすると、次のようになります。3480 円すると、いくつかのことに気が付きます。

  • Intel Turbo Boost テクノロジー。この CPU はほとんどの場合、非常に電力効率の高い (ワットあたりのパフォーマンスが優れている) 速度で動作しますが、CPU の使用率が急上昇すると、通常の TDP を超えて (電力消費が増加し、効率が低下する)、「Turbo」モードでより高いパフォーマンスを発揮します。

  • ハイパースレッディング。これは、4つのコアをパフォーマンスで実行できることを意味します。近く8コアの場合と同等のパフォーマンスが得られますが、非常に高い効率性があります。ハイパースレッディングはコスト削減と省電力の両方を実現するメカニズムで、ワットあたりの性能(同じエネルギーを投入しても、プロセッサよりも高いパフォーマンスが得られます。それなしハイパースレッディング)。

Westmere へジャンプ (Nehalem-C、別名 Nehalem のダイ シュリンク)ゼオンX5650これはご質問の内容であり、電力的には上記のオリジナルの Nehalem と基本的に同じ状況ですが、製造サイズが小さいため、全体的に電力使用量がわずかに低くなります。

さて、ウェストミア/ネハレムの後は三つ現在に至るまで、さらに多くのマイクロアーキテクチャが開発されてきました。

  • Sandy Bridge、2011 年、新しいマイクロアーキテクチャ (別名「tock」) を備えた 32nm プロセッサ ファミリ。
  • Ivy Bridge、2012 年、Sandy Bridge マイクロアーキテクチャをベースにした 22nm プロセッサ ファミリですが、消費電力が低く、電力効率が優れています (別名「ティック プラス」)。
  • Haswell、2013 年、新しいマイクロアーキテクチャ (別名「tock」) を備えた 22nm プロセッサ ファミリ。

プロセッサの各世代では、より優れた電力管理機能が提供されてきました。これは現在、Intel の主要な注力分野の 1 つであり、その理由はいくつかあります。

  • 彼らは、電力効率の高いプロセッサを必要とする、バッテリー容量が非常に小さい x86 タブレットを出荷しています。
  • データセンターは、エネルギーと冷暖房のコストを削減したいと考えています。
  • 通常のデスクトップ ユーザーは、より多くのコンピューティング能力を必要としなくなるため、パフォーマンスの向上は控えめだが電力使用量を大幅に削減できる、より効率的なプロセッサに移行することで、エネルギー コストや発熱量などを削減できるようになります。
  • プロセッサの内部が複雑になるにつれて、無駄を最小限に抑えながら、現在のワークロードを効率的に提供するために必要な電力量を正確に計算する複雑なロジックと回路の余地が増えます。Intel は、最近の CPU 世代でこのテクノロジに多額の投資を行ってきました。

  • Sandy Bridgeの低電圧Xeon、例えばE3-1260L、 はとても効率性が高く、ハイパースレッディングを備えたクアッドコアでもあります。45 ワットの TDP は、遅いという指標として捉えるべきではありません。むしろ、数年前の 105 ワットの TDP プロセッサよりもはるかに高速です。

  • Ivy Bridgeの低電圧Xeon、例えばE3-1265L v2は、1260L よりもさらに効率的で、TDP は依然として 45 ワットですが、パフォーマンスが大幅に向上し、CPU 上の電圧レギュレータにより電圧変化への応答が非常に高速です。

  • Haswellの低電圧Xeon、例えばE3-1265L v3は、電力効率の点で現在市場で入手可能な製品の最高峰であり、TDP は依然として 45 ワットですが、パフォーマンスはさらに向上し、省電力性も向上しています。

もちろん、低電圧カテゴリ以外にも、最近のシリーズには、強力なXeonのようなより高性能なXeonもあります。15コアE7-8890 v2は2014年第1四半期にリリース予定で、155ワットのTDP(CPUとしては非常に大きい)という非常にハイエンドな製品です。大きな違いは、これらのハイエンドコアをすべて備えたこのプロセッサは、たくさん低電圧チップ以上のもの。

全体的に、X5650 は、現在の世代から 4 世代離れており (ちなみに、ハイパースレッディング機能を備えたコアは 6 個だけで、12 個ではありません)、コア数が多いにもかかわらず、Ivy Bridge または Haswell 世代のコモディティ レベルのクアッド コア「E3」ブランドの Xeon に匹敵することになります。新しい CPU は、古い X5650 よりもクロック レートが高く、L3 キャッシュが多く、より高速な RAM をサポートし、電力効率が高いため、コア数が少なくても、それに追いつくことができます。


負荷調整によるコストへの影響

たとえば、負荷が 45% に削減された場合、電力と冷却のコストはどの程度削減されるでしょうか?

さて、上で述べたことから、CPUが最新のCPU(Sandy Bridge、Ivy Bridge、Haswell)であれば、電力と冷却コストはCPUのみ(マザーボード、ハードドライブ、RAMなどは言うまでもなく)おそらくダウンするだろうほぼ直線的に負荷を軽減します。とにかく、それが究極の目標です。1 秒あたり X 個の命令が必要な場合は、コストは $YYY になります。1 秒あたり X*10 個の命令が必要な場合は、コストは $YYY*10 になります。線形スケールにより、経済性が非常に予測しやすくなります。これが Intel が目指していることです。

もちろん、旧世代の CPU は、単にアイドル状態にあるだけで大​​量の電力を浪費し、フルに活用されている場合でも、ハイパースレッディングなどの機能がないため、利用可能なリソースを最大限に活用していなかったため、線形に近づくことすらできませんでした。


元の質問に対する答えにどうアプローチするかを(非常に漠然と)概説しようとする

CPUについての詳細をすべて知ったところで、秘密を一つ教えましょう。CPUは主要なウェブサイトの運営コストの大部分を占めるわけではありません。最も大きなコストは従業員設備(不動産、土地、データセンターなど)冷却

Facebook や Twitter のようなサービスの「大まかな」運用コストを算出するには、次の点を考慮する必要があります。

  • 最新の CPU を使用していても、冷却用の電気代はかかります (当然のことながら、外の環境が非常に寒い場合は、サーバーを冷却するのに多額の費用がかかる夏に比べて、コストは低くなります)。冷却コストは、「オフグリッド」電力 (風力、太陽光) を使用しているか、電力会社から購入しているか (電力会社は石炭や原子力などから電力を作っている可能性があります) によって異なります。また、エネルギー コストは地域によって異なり、エネルギーの調達元や需要量などによって異なるため、コストは国によっても大きく異なります。

  • マザーボード、ハードドライブ、SSD、RAM、冷却ファン、ネットワーク機器、照明、安全装置、従業員用オフィスなどはすべて追加のエネルギーを消費し、ここで発生するコストはさまざまです。乱暴に操作がどれだけ効率的に実行されているかによって異なります。

  • 設備コストは、安全性とセキュリティにどの程度重点を置くかによって異なります。たとえば、バックアップ ディーゼル発電機には、燃料、発電機の正常な動作の定期的なテスト、バッテリー パック (ディーゼル発電機の起動中に安定した電力を維持するため) など、かなりのコストがかかります。これらのコストがなければ、主電源障害が発生した場合にデータセンターが完全に停止する可能性が高くなりますが、日常の運用コストは大幅に削減されます。また、セキュリティ カメラ、武装警備員、バッジ リーダーなどのコストも高くなりますが、本当に必要最低限​​の設備で済ませようとしている場合は、これらも「オプションの追加機能」と見なすことができます。

  • また、あなたが尋ねている質問の定義正確な数字を出すためには、次のような質問に回答する必要があります。たとえば、サーバーのハードウェアとネットワークを管理する IT サポート スペシャリストは、データセンターの運用コストの一部と見なされますか? ソフトウェアを作成するプログラマーは、コストに含まれますか? システム管理者はどうですか? マネージャーはどうですか? 床を掃除したり電球を交換したりする管理人はどうですか? 彼らが政府に支払う税金はどうですか? コストの測定はどこで終了しますか? これらはすべて、問題の定義の一部です。私は霊能者ではなく、あなたが何を尋ねているのか正確にはわかりませんので、これらの質問のいずれにも答えようとはしません。いずれにせよ、そのほとんどは SuperUser のトピック外です。

そうは言っても、私はまだ金額で大まかな見積もりは出しません。会社の運営手順、電気代、外気温、人件費など、あなたが想定するあらゆる要素に基づいて、自分で計算する必要があります。

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