Влияет ли выбор ЦП на энергетический бюджет фермы серверов массового потребления?

Question

Ваш первоначальный вопрос:полностьюслишком широко, поскольку невозможно сделать даже грубую оценку реальных долларов, потому что естьтолькоСлишком много переменных (сотни тысяч). Я даже не буду пытаться назвать цифру. Вместо этого я просто обсужу один конкретный аспект расходов на хостинг: процессор.

Процессоры!

Эксплуатационные расходы ЦП зависяттяжелонапоколениесервера.

КпоколениеЯ имею в виду, когда примерно был выпущен процессор, но, что еще важнее, на какой архитектуре он основан.

По мере того, как процессоры становились все более сложными и более продвинутыми, они также разработали более сложные функции управления питанием. Давайте рассмотрим эволюцию управления питанием процессоров Intel, и учтите, что все функциикумулятивныйсо временем это означает, что если функция существовала в старом процессоре, она, вероятно, существует и в новых, но она может быть улучшена или более эффективна в новых поколениях процессоров.

В качестве крайнего примера, если бы вы взглянули на очень старый серверный чип, что-то вродеPentium II Xeon, вы могли заметить, что в спецификации ничего не говорится о технологии энергосбережения. Этот чип будет использовать свой максимальный TDP практически все время.

Что-то немного поновее (но все еще очень старое - ~2005 года), напримерXeon 3.80E, который немного новее Pentium IV, но старше архитектуры «Core», начинает показывать признаки того, что Intel осознает необходимость экономии энергии: в техническом описании продукта указана «технология Intel SpeedStep».

Перейдем к процессору Xeon на базе микроархитектуры Core2 (~2008), например, такомуX5365, и вы замечаете несколько вещей:

Процессор имеетСостояния простояфункциональность энергосбережения, которая означает, что он может перейти в режим пониженного энергопотребления, в некую точку между "выключенным" и "полностью запущенным", когда он ничего активно не делает. Он может переключаться в состояния бездействия десятки или сотни раз в секунду, для множества очень "тонкозернистых" экономий энергии.
Технология SpeedStep, которую мы видели раньше, теперьПовышеннаяТехнология SpeedStep, которая является более детальной, означает, что ЦП может понижать напряжение до определенного значения, которое точно соответствует текущей рабочей нагрузке, и если рабочая нагрузка увеличивается или уменьшается, она может масштабировать как скорость вращения вентилятора, так и энергопотребление ЦП в зависимости от изменений рабочей нагрузки (даже если рабочая нагрузка колеблется чаще одного раза в секунду).
Начиная с микроархитектуры Core, мы видим, что Intel продает процессоры Xeon с префиксом "L", что означает "Low-voltage". Эти процессоры имеют более низкую тепловую мощность (TDP), что означает, что они разработаны для постоянной работы при меньшем потреблении энергии (в первую очередь за счет работы при более низком напряжении), чем их более энергоемкие аналоги. Эти детали предлагаются какопция, поскольку вы можете получить немного большую производительность, если будете использовать обычные энергоемкие детали, которые имеют префикс «E» или «X».
Используется технология Intel Demand-Based Switching. Цитата с сайта Intel:

Intel® Demand Based Switching — это технология управления питанием, в которой подаваемое напряжение и тактовая частота микропроцессора поддерживаются на минимально необходимых уровнях до тех пор, пока не потребуется больше вычислительной мощности. Эта технология была представлена на рынке серверов как Intel SpeedStep® Technology.

Перейдем к Xeon на базе микроархитектуры Nehalem, например, вот такX3480, и вы замечаете несколько вещей:

Технология Intel Turbo Boost; этот процессор большую часть времени будет работать на очень энергоэффективных скоростях (высокая производительность на ватт), но если процессор испытывает очень высокие пики загрузки, он может превысить обычный TDP (увеличивая энергопотребление и снижая эффективность), чтобы обеспечить большую производительность в режиме «Турбо».
Гиперпоточность; это означает, что вы можете запустить четыре ядра с производительностьюоколокакова производительность была бы с восемью ядрами, но с очень высокой эффективностью. Гиперпоточность — это как экономия затрат, так и энергосберегающий механизм, позволяющий вам получить лучшеепроизводительность на ватт(вы вкладываете столько же энергии, но получаете большую производительность, чем на процессорах)безHyper Threading).

Перейти к Westmere (Nehalem-C, он же die shrink of Nehalem)Xeon X5650, о чем вы спрашивали в своем вопросе, и ситуация в целом такая же с точки зрения энергопотребления, как и у оригинального Nehalem выше, за исключением того, что у вас будет немного меньшее энергопотребление по всем направлениям, поскольку размер изготовления меньше.

Теперь, после Вестмера/Нейхалема, у нас естьтриЕще несколько микроархитектур, которые позволят нам дойти до наших дней:

Sandy Bridge, 2011, семейство процессоров, выполненных по 32-нм техпроцессу с новой микроархитектурой (также известной как «tock»);
Ivy Bridge, 2012, семейство процессоров, выполненных по 22-нм техпроцессу на базе микроархитектуры Sandy Bridge, но с более низким энергопотреблением и лучшей энергоэффективностью (также известное как «тик-плюс»);
Haswell, 2013, семейство процессоров, выполненных по 22-нм техпроцессу, с новой микроархитектурой (также известной как «tock»).

Каждое из этих последовательных поколений процессоров предоставляло нам лучшие функции управления питанием, поскольку в настоящее время это одно из основных направлений деятельности Intel по нескольким причинам:

Они поставляют планшеты x86 с очень маленькой емкостью аккумулятора, которым требуются энергоэффективные процессоры.
Центры обработки данных хотят сократить расходы на электроэнергию, отопление и охлаждение.
Поскольку обычным пользователям настольных компьютеров больше не требуется все больше вычислительной мощности, они могут начать сокращать свои расходы на электроэнергию, тепловыделение и т. д., перейдя на более эффективные процессоры, которые обеспечивают более скромное повышение производительности, но при этом существенно сокращают энергопотребление.
По мере того, как процессоры становятся все более сложными изнутри, появляется больше места для сложной логики и схем, которые точно вычисляют, сколько энергии необходимо для эффективного обеспечения текущей рабочей нагрузки, при этом сводя отходы к абсолютному минимуму. Intel вложила значительные средства в эту технологию в последних поколениях ЦП.
Низковольтный Xeon Sandy Bridge, такой какЕ3-1260Л, являетсядовольноэффективный, при этом четырехъядерный с гиперпоточностью. Его 45 Вт TDP не следует воспринимать как показатель того, что он медленный; это далеко не так — он намного быстрее, чем даже 105 Вт TDP процессоров всего несколько лет назад.
Низковольтный процессор Xeon на базе архитектуры Ivy Bridge, такой какE3-1265L v2, еще более эффективен, чем 1260L, с TDP 45 Вт, но значительно более высокой производительностью и встроенным в процессор регулятором напряжения для чрезвычайно быстрого реагирования на изменение напряжения.
Низковольтный процессор Haswell Xeon, такой какE3-1265L v3, является вершиной того, что в настоящее время доступно на рынке с точки зрения энергоэффективности, с TDP 45 Вт, но при этом с лучшей производительностью и большим энергосбережением.

Конечно, за пределами категории с низким напряжением, в последних сериях есть и более производительные Xeon, такие как чудовищный15-ядерныйE7-8890 v2, выпуск которого запланирован на первый квартал 2014 года, невероятно продвинутый процессор с TDP 155 Вт (очень много для ЦП) — огромная разница в том, что со всеми этими высокопроизводительными ядрами этот процессор может делатьмногобольше, чем просто низковольтный чип.

В целом, ваш X5650, будучи на четыре поколения дальше от текущего поколения (кстати, у него всего 6 ядер с гиперпоточностью, а не 12), будет конкурировать с чем-то вроде четырехъядерного Xeon "E3" товарного уровня из поколений Ivy Bridge или Haswell, даже несмотря на то, что у него больше ядер. Новые процессоры имеют более высокую тактовую частоту, больше кэша L3, поддерживают более быструю оперативную память и более энергоэффективны, чем старый X5650, что означает, что они смогут конкурировать с ним, даже несмотря на то, что у них меньше ядер.

Влияние корректировки нагрузки на стоимость

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

Что ж, исходя из того, что мы знаем выше, если бы процессоры были современными (Sandy Bridge, Ivy Bridge или Haswell), то, скорее всего, затраты на электроэнергию и охлаждениедля процессора в одиночку(не говоря уже о материнской плате, жестком диске, оперативной памяти и т.д.) скорее всего выйдут из строяприблизительно линейнос уменьшенной нагрузкой. Такова конечная цель, в любом случае: если вы хотите X количество инструкций в секунду, это будет стоить $YYY; если вы хотите X*10 количество инструкций в секунду, это будет стоить $YYY*10. Линейные шкалы обеспечивают очень предсказуемую экономику, так что это то, к чему стремится Intel.

Конечно, процессоры старого поколения даже близко не были линейными, поскольку они тратили много энергии просто в режиме ожидания, и даже когда они были полностью загружены, они не использовали доступные ресурсы наилучшим образом, поскольку им не хватало таких функций, как HyperThreading.

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

Теперь, когда вы знаете все эти подробности о ЦП, я открою вам секрет: ЦП не составляют большую часть эксплуатационных расходов крупных веб-сайтов. Самые большие расходы — этосотрудники,удобства(недвижимость, земля, центры обработки данных и т. д.) иохлаждение.

Чтобы рассчитать приблизительные эксплуатационные расходы для чего-то вроде Facebook или Twitter, необходимо учесть следующее:

Даже если они используют новейшие процессоры, они все равно платят за электроэнергию для охлаждения (она стоит меньше, очевидно, 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 «внесетевую» энергию (ветер, солнце) или покупают электроэнергию у коммунальной компании, которая может производить ее из угля или атомной энергии и т. д. Расходы также сильно различаются от страны к стране, поскольку стоимость энергии варьируется от региона к региону в зависимости от того, откуда они получают энергию, насколько велик спрос и т. д.
Материнские платы, жесткие диски, твердотельные накопители, оперативная память, вентиляторы охлаждения, сетевое оборудование, освещение, средства безопасности, офисы для сотрудников и т. д. — все это потребляет дополнительную энергию, и возникающие здесь расходы могут различаться.диков зависимости от того, насколько эффективно выполняется операция.
Расходы на объекты будут зависеть от того, насколько большое внимание уделяется безопасности и защите. Например, резервные дизельные генераторы требуют значительных затрат, как с точки зрения топлива, так и регулярного тестирования правильности работы генераторов, аккумуляторных батарей (для поддержания постоянной мощности при запуске дизельных генераторов) и т. д. Без этих затрат ваш центр обработки данных более склонен к полному отключению в случае отключения основного питания, но ежедневные эксплуатационные расходы значительно снизятся. Кроме того, расходы растут из-за таких вещей, как камеры видеонаблюдения, вооруженная охрана, считыватели бейджей и т. д., которые также можно считать «дополнительными опциями», если вы действительно пытаетесь обойтись без всего.
Вам также придется доработатьопределение вопроса, который вы задаетедля того, чтобы получить точные цифры. Например, считаются ли специалисты по ИТ-поддержке, которые обслуживают серверное оборудование и сеть, частью стоимости работы центра обработки данных? Учитываются ли в стоимости программисты, которые пишут программное обеспечение? А как насчет системных администраторов? А как насчет менеджеров? А как насчет уборщиков, которые моют полы и меняют лампочки? А как насчет налогов, которые они должны платить правительству? Где вы останавливаете измерение расходов? Все это часть определения вашей проблемы, и поскольку я не экстрасенс и не знаю, что именно вы спрашиваете, я не буду пытаться ответить ни на один из этих вопросов. Большинство из них не по теме для SuperUser, в любом случае.

Сказав все это, явсе ещене буду делать никаких грубых оценок в долларах. Вам придется выяснить это самостоятельно, основываясь на любых предположениях, которые вы хотите сделать относительно рабочих процедур компании, стоимости электроэнергии, наружной температуры, стоимости рабочей силы и т. д.

Answer 1

Ваш первоначальный вопрос:полностьюслишком широко, поскольку невозможно сделать даже грубую оценку реальных долларов, потому что естьтолькоСлишком много переменных (сотни тысяч). Я даже не буду пытаться назвать цифру. Вместо этого я просто обсужу один конкретный аспект расходов на хостинг: процессор.

Процессоры!

Эксплуатационные расходы ЦП зависяттяжелонапоколениесервера.

КпоколениеЯ имею в виду, когда примерно был выпущен процессор, но, что еще важнее, на какой архитектуре он основан.

По мере того, как процессоры становились все более сложными и более продвинутыми, они также разработали более сложные функции управления питанием. Давайте рассмотрим эволюцию управления питанием процессоров Intel, и учтите, что все функциикумулятивныйсо временем это означает, что если функция существовала в старом процессоре, она, вероятно, существует и в новых, но она может быть улучшена или более эффективна в новых поколениях процессоров.

В качестве крайнего примера, если бы вы взглянули на очень старый серверный чип, что-то вродеPentium II Xeon, вы могли заметить, что в спецификации ничего не говорится о технологии энергосбережения. Этот чип будет использовать свой максимальный TDP практически все время.

Что-то немного поновее (но все еще очень старое - ~2005 года), напримерXeon 3.80E, который немного новее Pentium IV, но старше архитектуры «Core», начинает показывать признаки того, что Intel осознает необходимость экономии энергии: в техническом описании продукта указана «технология Intel SpeedStep».

Перейдем к процессору Xeon на базе микроархитектуры Core2 (~2008), например, такомуX5365, и вы замечаете несколько вещей:

Процессор имеетСостояния простояфункциональность энергосбережения, которая означает, что он может перейти в режим пониженного энергопотребления, в некую точку между "выключенным" и "полностью запущенным", когда он ничего активно не делает. Он может переключаться в состояния бездействия десятки или сотни раз в секунду, для множества очень "тонкозернистых" экономий энергии.
Технология SpeedStep, которую мы видели раньше, теперьПовышеннаяТехнология SpeedStep, которая является более детальной, означает, что ЦП может понижать напряжение до определенного значения, которое точно соответствует текущей рабочей нагрузке, и если рабочая нагрузка увеличивается или уменьшается, она может масштабировать как скорость вращения вентилятора, так и энергопотребление ЦП в зависимости от изменений рабочей нагрузки (даже если рабочая нагрузка колеблется чаще одного раза в секунду).
Начиная с микроархитектуры Core, мы видим, что Intel продает процессоры Xeon с префиксом "L", что означает "Low-voltage". Эти процессоры имеют более низкую тепловую мощность (TDP), что означает, что они разработаны для постоянной работы при меньшем потреблении энергии (в первую очередь за счет работы при более низком напряжении), чем их более энергоемкие аналоги. Эти детали предлагаются какопция, поскольку вы можете получить немного большую производительность, если будете использовать обычные энергоемкие детали, которые имеют префикс «E» или «X».
Используется технология Intel Demand-Based Switching. Цитата с сайта Intel:

Intel® Demand Based Switching — это технология управления питанием, в которой подаваемое напряжение и тактовая частота микропроцессора поддерживаются на минимально необходимых уровнях до тех пор, пока не потребуется больше вычислительной мощности. Эта технология была представлена на рынке серверов как Intel SpeedStep® Technology.

Перейдем к Xeon на базе микроархитектуры Nehalem, например, вот такX3480, и вы замечаете несколько вещей:

Технология Intel Turbo Boost; этот процессор большую часть времени будет работать на очень энергоэффективных скоростях (высокая производительность на ватт), но если процессор испытывает очень высокие пики загрузки, он может превысить обычный TDP (увеличивая энергопотребление и снижая эффективность), чтобы обеспечить большую производительность в режиме «Турбо».
Гиперпоточность; это означает, что вы можете запустить четыре ядра с производительностьюоколокакова производительность была бы с восемью ядрами, но с очень высокой эффективностью. Гиперпоточность — это как экономия затрат, так и энергосберегающий механизм, позволяющий вам получить лучшеепроизводительность на ватт(вы вкладываете столько же энергии, но получаете большую производительность, чем на процессорах)безHyper Threading).

Перейти к Westmere (Nehalem-C, он же die shrink of Nehalem)Xeon X5650, о чем вы спрашивали в своем вопросе, и ситуация в целом такая же с точки зрения энергопотребления, как и у оригинального Nehalem выше, за исключением того, что у вас будет немного меньшее энергопотребление по всем направлениям, поскольку размер изготовления меньше.

Теперь, после Вестмера/Нейхалема, у нас естьтриЕще несколько микроархитектур, которые позволят нам дойти до наших дней:

Sandy Bridge, 2011, семейство процессоров, выполненных по 32-нм техпроцессу с новой микроархитектурой (также известной как «tock»);
Ivy Bridge, 2012, семейство процессоров, выполненных по 22-нм техпроцессу на базе микроархитектуры Sandy Bridge, но с более низким энергопотреблением и лучшей энергоэффективностью (также известное как «тик-плюс»);
Haswell, 2013, семейство процессоров, выполненных по 22-нм техпроцессу, с новой микроархитектурой (также известной как «tock»).

Каждое из этих последовательных поколений процессоров предоставляло нам лучшие функции управления питанием, поскольку в настоящее время это одно из основных направлений деятельности Intel по нескольким причинам:

Они поставляют планшеты x86 с очень маленькой емкостью аккумулятора, которым требуются энергоэффективные процессоры.
Центры обработки данных хотят сократить расходы на электроэнергию, отопление и охлаждение.
Поскольку обычным пользователям настольных компьютеров больше не требуется все больше вычислительной мощности, они могут начать сокращать свои расходы на электроэнергию, тепловыделение и т. д., перейдя на более эффективные процессоры, которые обеспечивают более скромное повышение производительности, но при этом существенно сокращают энергопотребление.
По мере того, как процессоры становятся все более сложными изнутри, появляется больше места для сложной логики и схем, которые точно вычисляют, сколько энергии необходимо для эффективного обеспечения текущей рабочей нагрузки, при этом сводя отходы к абсолютному минимуму. Intel вложила значительные средства в эту технологию в последних поколениях ЦП.
Низковольтный Xeon Sandy Bridge, такой какЕ3-1260Л, являетсядовольноэффективный, при этом четырехъядерный с гиперпоточностью. Его 45 Вт TDP не следует воспринимать как показатель того, что он медленный; это далеко не так — он намного быстрее, чем даже 105 Вт TDP процессоров всего несколько лет назад.
Низковольтный процессор Xeon на базе архитектуры Ivy Bridge, такой какE3-1265L v2, еще более эффективен, чем 1260L, с TDP 45 Вт, но значительно более высокой производительностью и встроенным в процессор регулятором напряжения для чрезвычайно быстрого реагирования на изменение напряжения.
Низковольтный процессор Haswell Xeon, такой какE3-1265L v3, является вершиной того, что в настоящее время доступно на рынке с точки зрения энергоэффективности, с TDP 45 Вт, но при этом с лучшей производительностью и большим энергосбережением.

Конечно, за пределами категории с низким напряжением, в последних сериях есть и более производительные Xeon, такие как чудовищный15-ядерныйE7-8890 v2, выпуск которого запланирован на первый квартал 2014 года, невероятно продвинутый процессор с TDP 155 Вт (очень много для ЦП) — огромная разница в том, что со всеми этими высокопроизводительными ядрами этот процессор может делатьмногобольше, чем просто низковольтный чип.

В целом, ваш X5650, будучи на четыре поколения дальше от текущего поколения (кстати, у него всего 6 ядер с гиперпоточностью, а не 12), будет конкурировать с чем-то вроде четырехъядерного Xeon "E3" товарного уровня из поколений Ivy Bridge или Haswell, даже несмотря на то, что у него больше ядер. Новые процессоры имеют более высокую тактовую частоту, больше кэша L3, поддерживают более быструю оперативную память и более энергоэффективны, чем старый X5650, что означает, что они смогут конкурировать с ним, даже несмотря на то, что у них меньше ядер.

Влияние корректировки нагрузки на стоимость

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

Что ж, исходя из того, что мы знаем выше, если бы процессоры были современными (Sandy Bridge, Ivy Bridge или Haswell), то, скорее всего, затраты на электроэнергию и охлаждениедля процессора в одиночку(не говоря уже о материнской плате, жестком диске, оперативной памяти и т.д.) скорее всего выйдут из строяприблизительно линейнос уменьшенной нагрузкой. Такова конечная цель, в любом случае: если вы хотите X количество инструкций в секунду, это будет стоить $YYY; если вы хотите X*10 количество инструкций в секунду, это будет стоить $YYY*10. Линейные шкалы обеспечивают очень предсказуемую экономику, так что это то, к чему стремится Intel.

Конечно, процессоры старого поколения даже близко не были линейными, поскольку они тратили много энергии просто в режиме ожидания, и даже когда они были полностью загружены, они не использовали доступные ресурсы наилучшим образом, поскольку им не хватало таких функций, как HyperThreading.

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

Теперь, когда вы знаете все эти подробности о ЦП, я открою вам секрет: ЦП не составляют большую часть эксплуатационных расходов крупных веб-сайтов. Самые большие расходы — этосотрудники,удобства(недвижимость, земля, центры обработки данных и т. д.) иохлаждение.

Чтобы рассчитать приблизительные эксплуатационные расходы для чего-то вроде Facebook или Twitter, необходимо учесть следующее:

Даже если они используют новейшие процессоры, они все равно платят за электроэнергию для охлаждения (она стоит меньше, очевидно, 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 «внесетевую» энергию (ветер, солнце) или покупают электроэнергию у коммунальной компании, которая может производить ее из угля или атомной энергии и т. д. Расходы также сильно различаются от страны к стране, поскольку стоимость энергии варьируется от региона к региону в зависимости от того, откуда они получают энергию, насколько велик спрос и т. д.
Материнские платы, жесткие диски, твердотельные накопители, оперативная память, вентиляторы охлаждения, сетевое оборудование, освещение, средства безопасности, офисы для сотрудников и т. д. — все это потребляет дополнительную энергию, и возникающие здесь расходы могут различаться.диков зависимости от того, насколько эффективно выполняется операция.
Расходы на объекты будут зависеть от того, насколько большое внимание уделяется безопасности и защите. Например, резервные дизельные генераторы требуют значительных затрат, как с точки зрения топлива, так и регулярного тестирования правильности работы генераторов, аккумуляторных батарей (для поддержания постоянной мощности при запуске дизельных генераторов) и т. д. Без этих затрат ваш центр обработки данных более склонен к полному отключению в случае отключения основного питания, но ежедневные эксплуатационные расходы значительно снизятся. Кроме того, расходы растут из-за таких вещей, как камеры видеонаблюдения, вооруженная охрана, считыватели бейджей и т. д., которые также можно считать «дополнительными опциями», если вы действительно пытаетесь обойтись без всего.
Вам также придется доработатьопределение вопроса, который вы задаетедля того, чтобы получить точные цифры. Например, считаются ли специалисты по ИТ-поддержке, которые обслуживают серверное оборудование и сеть, частью стоимости работы центра обработки данных? Учитываются ли в стоимости программисты, которые пишут программное обеспечение? А как насчет системных администраторов? А как насчет менеджеров? А как насчет уборщиков, которые моют полы и меняют лампочки? А как насчет налогов, которые они должны платить правительству? Где вы останавливаете измерение расходов? Все это часть определения вашей проблемы, и поскольку я не экстрасенс и не знаю, что именно вы спрашиваете, я не буду пытаться ответить ни на один из этих вопросов. Большинство из них не по теме для SuperUser, в любом случае.

Сказав все это, явсе ещене буду делать никаких грубых оценок в долларах. Вам придется выяснить это самостоятельно, основываясь на любых предположениях, которые вы хотите сделать относительно рабочих процедур компании, стоимости электроэнергии, наружной температуры, стоимости рабочей силы и т. д.

Влияет ли выбор ЦП на энергетический бюджет фермы серверов массового потребления?

решение1

Процессоры!

Влияние корректировки нагрузки на стоимость

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

Связанный контент