CEED
Control of Energy Efficiency in Modern Data Centers
Syftet med detta ettåriga förstudieprojekt var att utveckla en vägkarta för forsknings- och utvecklingsaktiviteter med syfte att förbättra energieffektiviteten i datacenter. Detta ämne är särskilt viktigt i Norrbottensregionen, som strävar efter att bli en globalt attraktiv värdregion för datacenter.
Traditionellt sett har förbättringar av energiförbrukningen i servrar i datacenter huvudsakligen sökts genom att schemalägga beräkningsprocesser och arbetsflöden som körs i servrar, vilket görs av dedikerad programvara. Det har också varit väl förstått att betydande energivinster kan uppnås genom en bättre utformning av användningen av uppvärmning, ventilation och kylsystem (HVAC), som för närvarande utförs med traditionella system för byggnadsautomation (BMS) och byggnadsautomatiseringssystem (BAS). Placering av servrar på platser med svalare klimat (såsom Norrbottensregionen) är ett enkelt sätt att minska kostnaderna för kylning, men det anses finnas mycket potential i förbättringar av BMS driftsalgoritmer.
I nuvarande stora datacenter fungerar dock kylsystemen baserat på fläktarnas maximala kapacitet och servrarnas belastning. I detta tillvägagångssätt används överflödig energi vid förändringar i miljöförhållandena, såsom volatil datorkapacitet, växlande väderförhållanden eller minskad elförsörjning. En mer flexibel styrning av ventilationen kan leda till energibesparingar.
Under vår inledande forskning och litteraturöversikt insåg vi att en robust teknik behövdes för att dynamiskt modellera kylsystemet, simulera dess beteende och optimera dess prestanda med avseende på energiförbrukning. Det slutliga målet är då att föreslå en anpassningsbar och energieffektiv cyber-fysisk arkitektur för att kontrollera datacentrets kylsystem för att minska onödig energiförbrukning och spill.
Efter en omfattande undersökning fann vi att modularitet och objektorienterad design av automationsprogramvara effektivt kan öka flexibiliteten hos BAS-systemen. Dessutom, eftersom samtida BAS har en distribuerad och heterogen natur, måste distribuerad intelligens inkorporeras i programvarulösningarna för BAS. Dessutom är det viktigt och avgörande för att skapa energieffektiva kylsystem att ha en termisk modell av ett serverrum för att validera effektiviteten hos distribuerad kontroll. Slutligen är en simuleringsmiljö som kan inkludera alla ovanstående koncept en väsentlig del av lösningen. Därför består vår lösning av följande moduler:
- Modulär funktionblock (FB)-arkitektur definierad enligt IEC 61499, som en teknologi som ger modularitet av automationsprogramvara och bibehåller heterogeniteten hos BAS-kylsystemen.
- Användning av multiagent-system som en möjliggörande teknik för tillämpning av distribuerad artificiell intelligens.
- Användning av formaliserade modelleringstekniker för att skapa realtids- och noggrann termisk modell av serverrummets kylsystem.
- En anpassningsbar simuleringsmiljö för att undersöka och utvärdera olika styrstrategier för att välja den mest energieffektiva strategin under systemets (kylsystemets) körning vid varje given period.
Förstudieprojekt (augusti 2014 - september 2015)
Finansierat av: Energimyndigheten, Svenska Energimyndigheten
Luleå tekniska universitet, Luleå, Sverige
ABB Corporate Research, Västerås, Sverige
Uppdaterad: