Określanie całkowitego kosztu posiadania infrastruktury centrum

Określanie
całkowitego
kosztu posiadania
infrastruktury
centrum
obliczeniowego
i serwerowni
Raport nr 6
Wersja 2
Streszczenie
W opracowaniu niniejszym opisano – z podaniem przykładów – udoskonaloną metodę określania
całkowitego kosztu posiadania (TCO, ang. Total Cost of Ownership) fizycznej infrastruktury centrum
obliczeniowego i serwerowni, a także powiązania tych kosztów z całą infrastrukturą informatyczną.
Dokonano ilościowej oceny czynników kosztotwórczych. Wykazano, iż najważniejszym z tych
czynników są zbędne niezaabsorbowane koszty wynikające z przewymiarowania infrastruktury.
©2003 American Power Conversion. Wszelkie prawa zastrzeżone. Żadna część niniejszej publikacji nie może być wykorzystywana, powielana, kopiowana,
przesyłana ani przechowywana w jakimkolwiek systemie wyszukiwawczym bez pisemnej zgody właściciela praw autorskich. www.apc.comWersja 2002-3
2
Wstęp
Oszacowanie całkowitego kosztu posiadania (TCO, ang. Total Cost of Ownership) infrastruktury fizycznej serwerowni
i centrów obliczeniowych jest niezbędne podczas analizy zwrotu z inwestycji oraz w innych procesach decyzyjnych.
Ponadto ustalenie głównych czynników kosztotwórczych wpływających na TCO pozwala określić obszary, w których
możliwe jest lepsze kontrolowanie kosztów. Dla wielu użytkowników zaskakujący jest fakt, że całkowity koszt
posiadania infrastruktury fizycznej może być porównywalny lub większy niż całkowity koszt posiadania obsługiwanego
przez tę infrastrukturę sprzętu informatycznego.
W niniejszym artykule opisana została metoda określania całkowitego kosztu posiadania infrastruktury fizycznej
centrum obliczeniowego i serwerowni. W tym kontekście przez infrastrukturę fizyczną rozumie się elementy
wyposażenia budynku niezbędne do zapewnienia zasilania, chłodzenia i ochrony fizycznej sprzętu informatycznego,
nie zaś sam sprzęt informatyczny.
Nie istnieją powszechnie przyjęte standardy miary całkowitego kosztu posiadania fizycznej infrastruktury centrów
obliczeniowych. Proste metody oparte na sumowaniu różnych wydatków inwestycyjnych i operacyjnych pozwalają
uzyskać obraz poniesionych wydatków bezpośrednich, jednak nie uwzględniają one poziomu faktycznego
wykorzystania środków.
Weźmy pod uwagę dwa identycznie zbudowane centra obliczeniowe, każde o mocy 100 kW; w pierwszym przypadku
wykorzystane jest 100% przestrzeni fizycznej i mocy zasilania centrum obliczeniowego; w drugim przypadku centrum
mieści zaledwie jedną szafę ze sprzętem pobierającym moc 2 kW. Choć suma bezpośrednich kosztów eksploatacji
obu tych centrów przez cały okres ich użytkowania będzie porównywalna, użyteczny zwrot z obu tych inwestycji będzie
diametralnie różny. W przypadku pełnego wykorzystania całkowity koszt posiadania centrum obliczeniowego rozkłada
się na liczne urządzenia informatyczne wykonujące użyteczną pracę. W wariancie z minimalnym wykorzystaniem całe
wydatki na utrzymanie fizycznego centrum obliczeniowego sumują się z kosztami eksploatacji jednej szafy. Gdy
całkowity koszt posiadania fizycznej infrastruktury centrum danych lub serwerowni mierzyć będziemy w kontekście
wykonanej użytecznej pracy, a w szczególności ilości obsługiwanego sprzętu informatycznego, niepełne
wykorzystanie infrastruktury może generować gigantyczne koszty.
W niniejszym artykule wykażemy, że gdy całkowity koszt posiadania rozpatrywany jest w kontekście wykonanej
użytecznej pracy, największym czynnikiem kosztotwórczym wpływającym na TCO infrastruktury fizycznej centrum
obliczeniowego i serwerowni jest niezaabsorbowany koszt ogólny nie w pełni wykorzystanej infrastruktury. Chcąc
uzyskać jak najwyższy zwrot z inwestycji, operator lub podmiot zamawiający typowe centrum danych powinien przede
wszystkim zapewnić jego prawidłowe zwymiarowanie. W artykule dokonano kwantyfikacji możliwego do uzyskania
zwrotu z inwestycji przy założeniu, że przyjęta zostanie strategia optymalnego doboru wielkości infrastruktury.
Powiązanie całkowitego kosztu posiadania z wykonaną
użyteczną pracą
Efektem większości prób kwantyfikacji całkowitego kosztu posiadania jest wyrażenie TCO przypadającego na
całe centrum obliczeniowe, na metr kwadratowy centrum obliczeniowego lub na kW mocy zasilania centrum
obliczeniowego. Miary te nie są użyteczne w kontekście faktycznie wykonanej użytecznej pracy i nie ułatwiają
ustalania zwrotu z inwestycji w projekty informatyczne. Są całkowicie nieprzydatne przy określaniu TCO powiązanego
z wdrożeniem nowej aplikacji w istniejącym centrum obliczeniowym lub serwerowni.
©2003 American Power Conversion. Wszelkie prawa zastrzeżone. Żadna część niniejszej publikacji nie może być wykorzystywana, powielana, kopiowana,
przesyłana ani przechowywana w jakimkolwiek systemie wyszukiwawczym bez pisemnej zgody właściciela praw autorskich. www.apc.comWersja 2002-3
3
Jednostką infrastruktury fizycznej, którą mogą posługiwać się zarówno pracownicy odpowiedzialni za infrastrukturę
centrum, jak i informatycy, jest jedna szafa. Zasilanie, chłodzenie i przestrzeń zajmowana przez szafę to elementy
infrastruktury stosunkowo dobrze ujęte w standardy. Informatycy z reguły dość dobrze orientują się w ilości sprzętu
mieszczącego się w jednej szafie i funkcjonalności tego sprzętu. Stąd zrodził się pomysł, by wielkość infrastruktury
wyrażać w jednostkach równych „jednej szafie” – metoda ta zaczyna obecnie zdobywać szerokie uznanie.1
Na potrzeby niniejszego omówienia przyjmujemy, że określenie „szafa” oznacza szafę stelażową, obudowę lub
niestandardowe typy szafek i obudów, np. obudowy komputerów klasy mainframe lub dużych systemów pamięci
dyskowych.
Jak wykazują badania, typowe centrum obliczeniowe wykorzystuje zaledwie 30% dostępnej mocy zasilania. Choć
niektóre centra obliczeniowe wykorzystują 90% lub więcej mocy, podobna ich liczba wykorzystuje zaledwie 10%.
Co więcej, wykorzystanie centrum obliczeniowego w całym okresie użytkowania zmienia się według stosunkowo
powtarzalnego wzorca. Stopień wykorzystania oraz jego zmienność w czasie to ważna zmienna modelu
obliczeniowego TCO. W niniejszym artykule przyjęto typowy model, przedstawiony na Rysunku 1. Pełniejsze
omówienie tego zagadnienia można znaleźć w raporcie White Paper nr 37, „Avoiding Costs from Oversizing Data
Center and Network Room Infrastructure” (Jak uniknąć kosztów wynikających z przewymiarowania infrastruktury
centrum obliczeniowego i serwerowni).
120%
Moc zainstalowanej infrastruktury
100%
80%
Oczekiwane zapotrzebowanie
60%
40%
Rzeczywiste zapotrzebowanie
20%
0%
0
5
10
Lata od początku eksploatacji
Rysunek 1 – Wykorzystanie infrastruktury zasilania centrum obliczeniowego w całym okresie użytkowania
Jeśli wyrazimy całkowity koszt posiadania jako kwotę przypadającą na jedną szafę, całkowity koszt centrum
obliczeniowego lub serwerowni rozłoży się na szafy faktycznie wykorzystane. W ten sposób nie powstaną żadne
niezaalokowane koszty ogólne, zaś koszty związane z infrastrukturą fizyczną centrum obliczeniowego lub serwerowni
będzie można z większą dokładnością powiązać z infrastrukturą IT.
1
Snevely, R., Enterprise Data Center Design and Methodology, Palo Alto: Prentice Hall PTR, 2002, s. 35.
©2003 American Power Conversion. Wszelkie prawa zastrzeżone. Żadna część niniejszej publikacji nie może być wykorzystywana, powielana, kopiowana,
przesyłana ani przechowywana w jakimkolwiek systemie wyszukiwawczym bez pisemnej zgody właściciela praw autorskich. www.apc.comWersja 2002-3
4
Typowy przykład obliczania całkowitego kosztu posiadania
Do obliczenia całkowitego kosztu posiadania i wyrażenia go w kwocie przypadającej na jedną szafę potrzebne są
liczne dane wejściowe, w tym nakłady inwestycyjne, koszty projektowania, instalacji oraz eksploatacji poszczególnych
elementów infrastruktury fizycznej centrum obliczeniowego lub serwerowni, a także parametry techniczne, takie jak
powierzchnia zajmowana przez jedną szafę, moc pobierana przez jedną szafę, harmonogram wykorzystania,
przewidywany czas eksploatacji, opcje zapewniające nadmiarowość itp.
Obliczenia na danych prezentowanych w dalszej części niniejszego opracowania wykonano przy użyciu programu
APC TCO Calculator, opracowanego i rozwijanego przez Ośrodek Badań nad Zapewnieniem Dostępności (Availability
Science Center) firmy APC2. www.apcc.com/tools/isx/tco Program TCO Calculator skonfigurowano w taki sposób, by
bazował na przeciętnych kosztach wyposażenia zasadniczego, instalacji, projektowania i eksploatacji. Przedstawione
wyniki uzyskano na podstawie wartości przeciętnych dla branży i ośrodka. Założono, że wykorzystanie zmienia się w
funkcji czasu wg profilu przedstawionego wcześniej na Rysunku 1.
Aby określić całkowity koszt posiadania typowego centrum obliczeniowego, przyjęto, że centrum, którego dotyczą
obliczenia, ma następujące parametry:
Moc znamionowa: 100 kW
Gęstość zasilania: 50 W/stopę kwadratową
Okres eksploatacji 10 lat
Średnia moc szafy: 1500 W
Nadmiarowość: 2N
Testy potwierdziły, że zmiana tych parametrów w typowych zakresach nie zmienia w sposób istotny wyników ani
wniosków z niniejszego opracowania.
2
Więcej informacji na temat wykorzystania programu TCO Calculator w konkretnych zastosowaniach można
uzyskać w Ośrodku Badań nad Zapewnieniem Dostępności (Availability Science Center), [email protected].
©2003 American Power Conversion. Wszelkie prawa zastrzeżone. Żadna część niniejszej publikacji nie może być wykorzystywana, powielana, kopiowana,
przesyłana ani przechowywana w jakimkolwiek systemie wyszukiwawczym bez pisemnej zgody właściciela praw autorskich. www.apc.comWersja 2002-3
5
Wyniki
Całkowity koszt posiadania szafy w centrum obliczeniowym wynosi w przybliżeniu 120 000 USD za cały okres
eksploatacji. W wielu przypadkach koszt ten jest porównywalny z kosztem sprzętu informatycznego, który będzie w
niej zainstalowany. Około połowa ze 120 000 USD całkowitego kosztu posiadania szafy w całym okresie eksploatacji
przypada na nakłady inwestycyjne, a druga – na wydatki eksploatacyjne. Rozbicie kosztów na poszczególne kategorie
przedstawiono na Rysunku 2.
Chłodzenie
8%
Szafy
3%
Udoskonalenia
8%
Sprzęt
zasilający
36%
Przestrzeń
9%
Serwis
17%
Energia el.
19%
Rysunek 2 – Rozbicie składników kosztowych TCO dla typowej szafy w centrum obliczeniowym o wysokiej dostępności (2N)
Analiza składników kosztowych TCO pozwala określić obszary, w których możliwe jest ograniczenie lub lepsze
kontrolowanie kosztów.
Możliwe obszary kontroli TCO
Wskazać można szereg różnych strategii kontroli całkowitych kosztów posiadania w całym okresie eksploatacji.
Należą do nich strategie poprawy wydajności, jakości planowania, optymalizacja wymiarowania systemu,
negocjowanie kosztów, serwis we własnym zakresie itp. Program TCO Calculator umożliwia badanie wpływu różnych
strategii na całkowity koszt posiadania, a tym samym określenie dziedzin, na których warto skupić zainteresowanie i
inwestycje. Poniżej przedstawiono zestawienie oszczędności w całkowitych kosztach posiadania przypadających na
jedną szafę w typowym centrum obliczeniowym lub serwerowni z nadmiarowością 2N, biorąc pod uwagę różne
strategie kontroli kosztów:
©2003 American Power Conversion. Wszelkie prawa zastrzeżone. Żadna część niniejszej publikacji nie może być wykorzystywana, powielana, kopiowana,
przesyłana ani przechowywana w jakimkolwiek systemie wyszukiwawczym bez pisemnej zgody właściciela praw autorskich. www.apc.comWersja 2002-3
6
Strategia
Redukcja TCO na 1 szafę
% zaoszczędzonego TCO
Zakup urządzeń zasilających o wydajności elektrycznej lepszej o 2%
1 472 USD
1,1%
Zmniejszenie stawki za energię elektryczną o 1 cent na kWh
3 100 USD
2,4%
Rezygnacja z podwyższonej podłogi
4 200 USD
3,3%
Zwiększenie współczynnika wydajności chłodzenia o 100%
5 500 USD
4,3%
Prawo do bezpłatnego korzystania z przestrzeni fizycznej
12 000 USD
9,4%
Zakup całego wyposażenia zasadniczego z 50% opustem od ceny
standardowej
15 700 USD
12,3%
Optymalne zwymiarowanie systemu dostosowane do wymagań
zmieniających się w czasie
76 400 USD
60,1%
Kwoty podane w tabeli to oszczędności przypadające na jedną szafę; a zatem oszczędności kosztów posiadania
centrum obliczeniowego lub serwerowni dowolnej wielkości obliczyć można, mnożąc podane kwoty przez liczbę szaf.
Należy zauważyć, że w każdym przypadku możliwe jest uzyskanie znacznych oszczędności w porównaniu z
rozwiązaniami starego typu, jednak możliwość faktycznego uzyskania realnych korzyści nie jest pewna.
Prawidłowe zwymiarowanie systemu zapewnia największe potencjalne oszczędności spośród wszystkich powyższych
strategii. Wynika to z opisanego wcześniej i przedstawionego na Rysunku 1 wpływu przewymiarowania. Optymalne
zwymiarowanie pozwala uzyskać duże oszczędności, gdyż: A) pozwala uniknąć budowania infrastruktury, która nie będzie
nigdy wykorzystania oraz B) infrastruktura centrum obliczeniowego lub serwerowni jest rozbudowywana w miarę potrzeb.
Praktyczne korzyści z optymalnego zwymiarowania
infrastruktury
Jak wykazaliśmy w poprzednich rozdziałach, strategia wdrożenia zapobiegająca przewymiarowaniu infrastruktury
teoretycznie pozwala na ograniczenie kosztu jej posiadania o 60%. Idealna architektura centrum obliczeniowego lub
serwerowni powinna być optymalnie zwymiarowana, pochłaniając tylko te koszty, które są w danym momencie niezbędne.
Aby faktycznie można było uzyskać tę teoretyczną stopę oszczędności, idealne centrum obliczeniowe lub serwerownia
powinny być wyposażone tylko w taką infrastrukturę zasilania i chłodzenia, jaka jest niezbędna w danym czasie, powinny
zajmować tylko tyle miejsca, ile w danym momencie jest potrzebne, zaś koszty serwisu powinny odpowiadać wielkości
infrastruktury, która faktycznie jest wykorzystywana. Idealna architektura powinna być w pełni swobodnie skalowalna. Choć
nie jest obecnie możliwa praktyczna realizacja tak zdefiniowanej architektury idealnej, celowe i opłacalne jest wzięcie pod
uwagę takiej strategii budowy centrum obliczeniowego i serwerowni, która zapewni skalowalność i modularność, a tym
samym pozwoli na uzyskanie znaczącej części z teoretycznie możliwych oszczędności.
Dostępne obecnie technologie pozwalają na zastosowanie metody modularnego i skalowalnego wdrażania wielu
elementów centrów obliczeniowych i serwerowni, takich jak zasilacze UPS, urządzenia do dystrybucji zasilania i
urządzenia klimatyzacyjne. Jako przykład takiej skalowalnej architektury wskazać można architekturę InfraStruXure
firmy APC Corp. Stopniowe instalowanie podzespołów w miarę, jak stają się potrzebne, pozwala ograniczyć nie tylko
nakłady na sprzęt, lecz także koszty serwisu i energii elektrycznej. Istnieje szereg składników całkowitego kosztu
centrum obliczeniowego, które bardzo trudno byłoby skalować w czasie, i które zwykle stanowią wydatki ponoszone
z góry, takie jak adaptacja pomieszczeń, aparatura rozdzielcza w budynku oraz koszty projektowania. Na podstawie
obliczeń wykonanych w programie TCO Calculator można oszacować, że zastosowanie modularnej, skalowalnej
technologii w zakresie, w jakim jest to możliwe już dziś, pozwoli na uzyskanie około 50% teoretycznie dostępnych
oszczędności związanych z prawidłowym zwymiarowaniem infrastruktury. Wyniki przestawiono na Rysunku 3.
©2003 American Power Conversion. Wszelkie prawa zastrzeżone. Żadna część niniejszej publikacji nie może być wykorzystywana, powielana, kopiowana,
przesyłana ani przechowywana w jakimkolwiek systemie wyszukiwawczym bez pisemnej zgody właściciela praw autorskich. www.apc.comWersja 2002-3
7
Koszt/szafę za okres eksp. (tys. USD)
Wydatki eksploatacyjne w okresie eksp.
Nakłady inwestycyjne w okresie eksp.
140
120
100
30% oszczędności względem starych rozwiązań
80
60
40
20
0
Stare rozwiązania
Realnie skalowalna
Idealnie skalowalna
Typ architektury infrastruktury
Rysunek 3 – Koszt przypadający na jedną szafę w całym okresie eksploatacji dla trzech typów infrastruktur
centrum obliczeniowego i serwerowni
Oszczędności w przypadku „realnie skalowalnym” na Rysunku 3 są mniejsze od teoretycznych oszczędności
(architektura „idealnie skalowalna”), ponieważ obecnie nie istnieje jeszcze technologia pozwalająca na skalowalną
i modułową rozbudowę niektórych składników centrum obliczeniowego, takich jak systemy przeciwpożarowe,
podwyższone podłogi, przestrzeń fizyczna lub rozdzielnica budynku. Ponadto niektóre elementy, takie jak zasilacze
UPS, nie mogą być instalowane w konfiguracjach minimalnych, idealnie odpowiadających zapotrzebowaniu, ponieważ
wymagana jest instalacja w krokach pozostawiających niezbędny margines bezpieczeństwa. Mimo tego istnieje
możliwość bardzo istotnego zmniejszenia całkowitego kosztu posiadania w całym okresie eksploatacji.
65% oszczędności z architektury „realnie skalowalnej” na Rysunku 3 to ograniczenia nakładów inwestycyjnych, a 35% to
ograniczenia kosztów operacyjnych. Strategia zakładająca skalowalność pozwala z roku na rok ograniczać wydatki
bezpośrednie, przy czym największe oszczędności uzyskuje się w roku 1. W przypadku stosowania przestarzałych strategii
projektowania centrów obliczeniowych zwykle inwestor ponosi aż 90% nakładów w pierwszym roku, mimo że na tym etapie
poziom wykorzystania centrum może być najniższy, a wiedza na temat przyszłych wymagań jest ograniczona. W rezultacie
wskaźnik zwrotu z inwestycji może być tak niski, że podważy zasadność całego przedsięwzięcia.
Oszczędności uzyskane w konkretnej sytuacji zależeć będą od przyjętych w konkretnym projekcie założeń i
ograniczeń; aby uzyskać bardziej dokładne oszacowanie całkowitego kosztu posiadania, należy do programu
TCO Calculator wprowadzić dane właściwe dla konkretnej inwestycji.
©2003 American Power Conversion. Wszelkie prawa zastrzeżone. Żadna część niniejszej publikacji nie może być wykorzystywana, powielana, kopiowana,
przesyłana ani przechowywana w jakimkolwiek systemie wyszukiwawczym bez pisemnej zgody właściciela praw autorskich. www.apc.comWersja 2002-3
8
Wnioski
Wyrażenie całkowitego kosztu posiadania infrastruktury centrum obliczeniowego i serwerowni jako kwoty
przypadającej na jedną szafę pozwala na znormalizowanie miary tego kosztu; tak znormalizowana miara może
posłużyć do porównywania centrów obliczeniowych / serwerowni i różnych strategii ich projektowania.
W artykule opisano zastosowanie narzędzia do obliczania całkowitego kosztu posiadania (programu TCO Calculator)
oraz metodę obliczeń. Narzędzie to umożliwia ocenę różnych strategii redukcji kosztów oraz oszacowanie całkowitego
kosztu posiadania konkretnych instalacji.
Całkowity koszt posiadania jednej szafy w całym okresie eksploatacji dla centrum obliczeniowego o wysokiej
dostępności wynosi około 120 tysięcy USD. Przewymiarowanie infrastruktury to główny składnik tego kosztu, zaś
wdrażając w praktyce odpowiednie techniki projektowania modularnej i skalowalnej infrastruktury centrum
obliczeniowego można uzyskać średnio 30-procentowe oszczędności.
©2003 American Power Conversion. Wszelkie prawa zastrzeżone. Żadna część niniejszej publikacji nie może być wykorzystywana, powielana, kopiowana,
przesyłana ani przechowywana w jakimkolwiek systemie wyszukiwawczym bez pisemnej zgody właściciela praw autorskich. www.apc.comWersja 2002-3
9