Goede bekabeling levert energiebesparing op

Overheden en milieuagentschappen oefenen steeds meer druk uit op organisaties en landen om hun energie-efficiëntie en -verbruik te verbeteren en het probleem op verantwoordelijke wijze onder ogen te zien. Het gevolg hiervan is dat wereldwijd regelgeving wordt ingevoerd. Organisaties die aandacht besteden aan deze oproepen en die nu al proactief te werk gaan om hun koolstofvoetafdruk te verbeteren, zullen dan ook voordelen genieten.

Voor managers van datacenters zal het altijd moeilijk blijven om enig idee te krijgen van de omvang van het probleem, als ze de huidige niveaus van efficiëntie en verbruik niet meten. Nuchter inzicht in de belangrijkste zwakke punten van hun kostenefficiëntie en verbruik is vereist. Stroomverbruik, eventueel in combinatie met temperatuur, kunnen per rack en per server bewaakt worden.

Met behulp van IIM- en EMAC-tools (Intelligent Infrastructure Management, respectievelijk Environmental Monitoring and Control), is het mogelijk om een real time overzicht te krijgen van de status van alle individuele componenten en toestellen, in de vorm van feitelijk stroomverbruik tot op rackniveau. Ze leveren ook trendgegevens voor afzonderlijke of gegroepeerde fysieke apparaten en systemen. EMAC meet stroomverbruik op poortniveau op elke pdu (Power Distribution Unit) en genereert e-mailwaarschuwingen zodra vooraf bepaalde parameters voor energieverbruik worden overtroffen. Dc-managers kunnen op die manier snel reageren op gebeurtenissen en tegelijk proactief – door effectiever gebruik te maken van middelen zoals switches – de energieprestaties optimaliseren van de netwerken die zij onder hun hoede hebben.

Glas of koper

Glasvezelverbindingen verbruiken normaal gesproken minder energie dan koperverbindingen. Dat komt omdat ieder glasvezel transceiver in een netwerk al snel een paar Watt minder verbruikt. Op dit moment zijn ook Ethernet-initiatieven beschikbaar om het energieverbruik te beperken die vooral werken met gestructureerde koperbekabeling. Ze hebben vooral te maken met uitschakeling van servers en switches wanneer deze niet actief zijn, en stroomvermindering wanneer transceivers in gebruik zijn.

1. Uitschakeling van servers en switches wanneer deze niet actief zijn
Het principe is dat geen energie moet worden verspild aan componenten die niet in werking zijn, die met andere woorden niet productief zijn. Het is een bekend feit dat servers in zogenaamde 'idle' modus nog 50 tot 80 procent van hun normale stroomverbruik in werking verbruiken – zonder iets te presteren! Dit geldt ook voor switches: inactieve switches gebruiken nog altijd tot 90 procent van hun stroomverbruik in werking.

Met de onlangs geratificeerde IEEE Std. 802.3az EEE-standaard (Energy Efficient Ethernet) kunnen gebruikers nu inactieve toestellen in slaapmodus laten zetten. Dit principe maakt gebruik van de functies lpi (Low Power Idle) en wol (Wake on lan). Wanneer een connectie tussen twee Ethernet apparaten stil valt, detecteert lpi dit en schakelt de phy-voeding terug en laat deze op 100Mbps stand-by snelheid werken. Daarop wordt een trigger verstuurd die subsystemen boven de fysieke laag in slaapmodus zet. Wol verstuurt een ‘magic packet' die de apparaten snel en gecontroleerd terug uit slaapmodus schakelt wanneer dit weer nodig is. Lpi schakelt de phy's van inactieve servers en switches terug naar 100Mbps op basis van Ethernet auto-negociatie van transmissie snelheden. Dit impliceert dat dit principe alleen met koperbekabeling kan werken. Glasvezeltransmissie binnen Ethernet kent geen auto-negociatie.

Inmiddels wordt EEE ondersteund in switches en 1G- en 10G- NIC-cards (Network Interface Controller). De besparingen kunnen aanzienlijk zijn: bij 60 procent servergebruik bespaart EEE 33 procent van het stroomverbruik van die server. Dit loopt op tot 58 procent indien het servergebruik slechts 40 procent bedraagt, en zelfs tot 78 procent indien de server slechts voor 20 procent wordt gebruikt.

De kwaliteit van de bekabeling die voor deze applicaties wordt gebruikt, is van belang. De wake-up tijd om uit slaapmodus te ontwaken mag niet vertraagd of aangetast worden omdat latency de systeemprestaties negatief beïnvloedt. Externe ruis kan verstorend werken voor die hersteltijd. Afgeschermde bekabeling weert deze externe ruis en presteert daarom beter.

2. Stroomvermindering wanneer transceivers in gebruik zijn
Het tweede principe is te besparen op de energie die nodig is om data te versturen. Verdere besparing is mogelijk door stroom over korte afstanden te beperken, door effectief alleen de energie te gebruiken die echt nodig is om met het signaal de vereiste afstand te overbruggen. Dit is mogelijk met de Power Backoff-functie van 10G Ethernet, ook 'Data Centre mode' genoemd. 10G Ethernet lijkt nu echt op grote schaal gebruikt te worden in data centres en rekencentra. Net zoals bij lpi, presteert Power Backoff optimaal bij de juiste keuze van koperbekabeling.

Met hoogkwalitatieve bekabeling kan de Power Backoff-functie grotere afstanden overbruggen dan met minder goede bekabeling. De energiebesparing hangt af van il (insertion loss, invoegverlies), een kenmerk van de kabel. Hoe lager dit il, hoe lager het stroomverbruik. Omdat il afhankelijk is van lengte, wordt een ‘goede kabel' direct vertaald in het voordeel van langere afstand over 10G Ethernet in Data Centre mode.., Datacenters met lange serverrijen hebben hier duidelijk een voordeel. Dankzij de uitstekende il-kenmerken van ISO genormeerde category 7A koperbekabeling mogen serverrijen bijvoorbeeld 10 kasten langer zijn, vergeleken met Cat.6A, en blijven ze evengoed in 'low power'-modus werken.

Lengte (m) Iil250 MHz (dB) Backoff (dB)
0 – 25 <9.0 14
25 – 45 9.0 – 16.2 12
45 – 55 16.2 – 19.8 10
55 – 65 19.8 – 23.4 8
65 – 75 23.4 – 26.9 6
75 – 85 26.9 – 30.5 4
85 – 95 30.5 – 34.1 2
>95 34.1 0

Een nadeel van onafgeschermde koperbekabeling is dat het veel ruis oppikt en daarmee het transmissiesignaal verstoort. Huidige transmissietechnologie gebruikt tot wel 50 procent van hun chipcapaciteit en -energie om deze ruis weg te filteren. Hoogwaardige bekabeling zoals categorie 7A heeft dergelijk goede eigenschappen dat de signaal-ruis verhouding veel gezonder is. Door hiervan gebruik te maken hoeven er potentieel veel minder ruisonderdrukkers in chipsets aangesproken worden en kan het stroomverbruik van die chipsets theoretisch tot wel 50 procent verminderen.

De mogelijke energiebesparingen zijn aanzienlijk als men de factor tijd in acht neemt. Indien de server-adapterkaart het volledige potentieel aan energiebesparing benut, kan de aanschafprijs van de categorie 7A bekabeling (vergeleken met Cat.6A) binnen een aantal jaar al terugverdiend zijn. Daarna gaat het jaar na jaar om pure besparing.

Het gebruik van gestructureerde bekabeling biedt het bijkomende voordeel dat de hotspotrisico's beperkt blijven en dat een evenwichtigere koelingsbalans gewaarborgd is in datacenters, wat andermaal bijdraagt tot verbeterde energie-efficiëntie.

Er is berekend dat iedere Watt aan processorvermogen 2,5 maal zoveel energie vraagt in ondersteunende systemen zoals AC/DC-conversie, ups, koeling enzovoort. It- en dc-managers kunnen door hun keuze van bekabeling een groot verschil realiseren in energiegebruik. De keuze van hoogwaardige koperbekabeling zoals categorie 7A voor met name switch-to-server verbindingen heeft een groot besparingspotentieel. Daarnaast kunnen organisaties de levensduur van hun netwerkinfrastructuur verlengen. Deze nieuwste kabeltechnologie is in eerste instantie bedoeld om van huidige bandbreedteklasse te upgraden naar hogere snelheden, zonder onnodige verwijderingkosten en herinstallatie. Niet alleen energieverbruik staat hier op het spel, maar ook een significante besparing in extra installatiekosten.