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HP ProLiant ラックマウントシステム用 電力要件の計算
HP ProLiant ラックマウントシステム用 電力要件の計算 技術概要 概要 ................................................................................................................................................... 2 はじめに ............................................................................................................................................. 2 主要パラメータ ................................................................................................................................. 2 入力電圧 ..................................................................................................................................... 2 デバイスの VA 定格 ...................................................................................................................... 3 デバイスの入力電力...................................................................................................................... 3 冷却に必要な BTU......................................................................................................................... 3 入力/突入電流............................................................................................................................. 3 漏れ電流 ..................................................................................................................................... 3 所要電力の決定 ............................................................................................................................... 3 HP Power Calculator ............................................................................................................................ 4 Calculator の開発............................................................................................................................. 4 Calculator の使用............................................................................................................................. 5 ラックの計算例..................................................................................................................................... 6 まとめ................................................................................................................................................. 8 Calculator を使用すべき場合.......................................................................................................... 8 Calculator を使用してはならない場合............................................................................................... 8 関連情報 ............................................................................................................................................ 9 ご意見をお寄せください ......................................................................................................................... 9 概要 コンピュータ機器の所要電力が増大を続け、エネルギーコストが果てしなく上昇していく中、IT 組織では データセンターの設計および拡張に際して、電力および冷却能力の要件を正確に見積もることが必要に なっています。機器の定格値を使用すると異常に高い数値になる場合があるため、電源インフラストラク チャ コンポーネントに費用をかけ過ぎ、データセンター設計の効率も悪くなります。HP では、IT 計画者が HP ProLiant システムの電力需要をより正確に見積もることができる、Power Calculator ユーティリティを開 発しました。本文書では、所要電力に影響する要因を明らかにし、Power Calculator の機能について説明 し、使用例を紹介します。 はじめに 統合テクノロジの発展とシステムの高密度化に伴い、かつて複数台ラックのコンピュータ機器で必要とされ た電力量が、今や 1 台のラックに搭載されたシステムで消費されるようになりました。高密度システムの主 な利点は、設置面積を小さくすることで貴重なスペースを効率よく利用できることです。またプロセッサアー キテクチャと処理速度の進歩により、ワット性能(1W あたりのパフォーマンス)が向上し、トランザクションあ たりのコストが削減されました。表 1 は、4 年間でワット性能が約 3 倍に向上したことを示しています。 表 1. 1tpm あたりのコスト比較 HP ProLiant システム システムの発売日 TPC-C [1] キャビネットの電力 1tpm あたりのコスト[2] DL580 6/900 4P Intel Xeon 10/15/01 39.1K 5.8 kW $7.95 DL585 G1 DC AMD Opteron 11/28/05 236.034 K 10.8 kW $2.02 注記: [1]オンライントランザクション処理(OLTP)の Transaction Processing Performance Council ベンチマーク [2] tpm = transactions per minute: 1 分あたりのトランザクション しかしながら、新しいアプリケーションや仮想化技術は、より高い処理性能や I/O 容量を必要とするため、 ラックあたりの電力消費は今後さらに上昇していくでしょう。IT コストを管理しながら、コンピューティング イ ンフラストラクチャを効果的にサイジングするには、現在および将来の電力要件および冷却要件を現実的 に見積もる必要があります。個々のラックの消費電力を確定することにより、データセンター全体の消費電 力を見積もることができます。また、そこから、ラックレベルでの配電要件と冷却要件を決定することもでき ます。 配電、電源の冗長性、バックアップ電源の各要件を決定するには、動作パラメータに基づいて、ラック内の 主要なアクティブコンポーネントの要件を分析する必要があります。計画に際しては、システムの保守性や スケーラビリティなどの留意事項も考慮する必要があります。 主要パラメータ データセンター全体の電力要件を決定するには、以下の主要パラメータを考慮する必要があります。 入力電圧 入力電圧には低電圧と高電圧があり、データセンターで使用可能な電圧によって決定されます。 低電圧(100∼120V AC(VAC))は一般的に北米や日本の標準の AC コンセントで使用されており、高電圧 (200∼240 VAC)は世界の他の地域で広く使用されていますが、北米や日本のデータセンターでも次第に 一般的に利用されるようになってきています。ほとんどの HP サーバ機器は、100∼240 VAC の範囲で動 作するように設計されています。 高い電力消費を必要とする電気機器は、通常、200∼240 VAC で最も効率的に動作します。高電圧を使 用するとカレントドレインが少なくなり、発熱も抑えられるため、機器の信頼性を高めると同時に冷却システ ムの所要量(kW/時)を削減することができます。低電圧または高電圧のどちらにも対応したシステムであっ ても、仕様上の最大パフォーマンスを実現するために、実際には高電圧を必要とします。データセンターで は、交流電源を単相または三相でも配電できます。三相高電圧(米国における三相 208 VAC など)の方が 効率が良いため、3 kW 以上を必要とするシステムではこちらを使用することをお勧めします。 2 デバイスの VA 定格 施設の AC 電源から供給されるデバイスの総所要電力は、皮相電力と呼ばれ、ボルトアンペア(VA)で測定 されます。システム内のすべてのアクティブコンポーネントの総電力量(VA)を把握しておくと、IT 設計者が特 定のラック構成に必要な、パワー ディストリビューション ユニット(PDU)および無停電電源装置(UPS)の種 類と数量を決定するのに役立ちます。 デバイスの入力電力 デバイスが動作し、熱として放出する電力量は、実際の(真の)電力と呼ばれ、ワット(W)で測定されます。電 気機器によって生成された熱はすべて排出する必要があるため、データセンター内のシステムによって生 成される総ワット数を把握しておくことは、データセンターで必要な冷却能力を決定するのに役立ちます。 冷却に必要な BTU 英サーマルユニット(BTU)は、冷却システムの能力を測定する基準です。機器の消費電力(ワット)がわかれ ば、次の式に基づいて、コンポーネントの冷却に必要な BTU/hr の値が算出できます。 BTU/hr = ワット数 x 3.41 例: 399 ワット x 3.41 = 1360 BTU/hr 空調設備は一般的に、氷(トン単位)の冷却能力を基にした古い計測値である、冷凍トン数で表されます(1 冷凍トン=12000 BTU/hr)。 入力/突入電流 入力電流とは、通常稼動時にシステムが引き込むアンペアの量です。ただし、AC 電圧が最初に加えられ たとき(電源コードが差し込まれたとき、または回路ブレーカのスイッチが入ったとき)、電気コンポ−ネントの 電源は、瞬間的に、動作時に引き込む電流の数倍の電流を引き込むことがあります。この突入電流は、一 般的な電力回路内のデバイス間で累積されるため、ラックを構成する際に考慮する必要があります。HP サーバの電源には、突入電流を最小限に抑える回路が搭載されています。分岐回路を交互にアクティブに すると、突入電流の影響をさらに軽減することができます。 漏れ電流 漏れ電流(通常 mA 単位で測定)とは、電源フィルタで発生し、シャーシ接地から流れて各位相と中性線に至 る残留電流です。漏れ電流は、配電回路内のコンポーネント間で累積され、適切に接地されていない場合 には危険が生じる恐れがあります。 所要電力の決定 機器の所要電力は、一般的に次のいずれかの方法で決定されています。 • 定格値 • 実際の電力測定値 電源の定格値は、通常、電源が供給することのできる最大出力です。定格値は通常、最大処理能力および 最大容量のストレージで構成されたサーバを、100%の使用率で稼動した場合の所要電力に基づいていま す。最大構成のサーバを 100%の使用率で稼動することはほとんどないため、定格値を使用してラックの 電力要件を見積もると、異常に高い数値となる場合があります。 図 1 は、定格値を使用した場合、ラックのインストール計画にどのような影響が出るかを示しています。定 格値 700 ワットの電源を基準として使用した場合、10 kW の電力を処理するように設計されたラックには、 DL360 G5 サーバを 14 台しか搭載することができません。これでは、ラックスペースの大部分が未使用の 状態になります。しかし、プロセッサや周辺機器の構成とシステムの使用率によっては、DL360 G5 サーバ の使用電力はそれよりかなり少なくなる可能性があります。最新の省電設計の Intel プロセッサを使用率 75%で使用した場合、1 台の DL360 G5 に必要な電力は 400 ワットになり、同じ 10 kW のラックにさらに 多くのサーバを搭載することができます。 3 図 1. 10 kW のラックの搭載 定格値を使用した場合の ラックの搭載状況 実際の測定値を使用した場合の ラックの搭載状況 DL360 G5 14 台のサーバ@ 700 W = 9800 ワット DL360 G5 25 台のサーバ@ 400 W = 10,000 ワット 最も正確な消費電力予測は、負荷のかかった実際のシステムを事前に構成し、計測することによって取得 できます。しかしこの方法でデータを取得するには、各コンポーネントを購入、セットアップ、構成のうえ、稼 動させて測定値を得る必要があるため、計画段階のお客様にとっては、あまり現実的なこととはいえません。 HP では、実際の電力要件を確定するため、自ら率先して、さまざまな構成下のサーバ製品に対して多数の テストを実施してきました。 HP Power Calculator HP Power Calculator ユーティリティは、ProLiant サーバベースのシステムの電力要件を確定するための、 調査や推測作業を軽減します。各 Calculator は、計画者が、1 つのシステム、さらにはシステムラックの電 力および冷却要件を正確に予測するのに利用できる、精度の高いデータを提供します。 注記: HP Power Calculator は、消費電力を多めに見積もるように設計されています。 2 つのソフトウェアプログラムで、まったく同じ量の電力を消費することはありま せん。報告される CPU 使用率が同じプログラムであっても、実行される命令の 正確な混合や順序によって、電力消費特性は異なります。HP Power Calculator の測定基準として使用されているプログラムは、実際のユーザーア プリケーションが消費するのと同等あるいはそれ以上の消費電力を想定してい ます。 Calculatorの開発 HP では、サーバテストにより収集されたデータを使用して、ProLiant サーバに特化した独自の Power Calculator を開発しました。各テストは、最大数のプロセッサ、メモリ、ハードドライブ、拡張カード、電源に よって最大構成されたシステムから開始します。専用ソフトウェアを使用して、プロセッサとすべての周辺装 置を動作させて電圧と電流を測定します。テストは、サポートされているプロセッサのすべての速度に対し、 メモリ容量とハードドライブのサイズを変えて繰り返し実施されます。Calculator の完全性を確保するため、 開発サイクル中に修正または更新されたサーバは再度テストされます。 4 Calculatorの使用 HP ProLiant DL、ML、PL サーバ用のオンライン HP Power Calculator は、次の URL からご利用いただけま す。（ブラウザのエンコードが Unicode(UTF-8)であることを確認してお使いください。） http://h30099.www3.hp.com/configurator/powercalcs.asp (英語) HP ProLiant BladeSystem (BL) p-Class および c-Class サーバ用のオンライン Power Sizer ユーティリティは、 次の URL からご利用いただけます。（HP Passport にユーザー登録(無料)をしてください。） HP BladeSystem Power Sizer (http://www.hp.com/go/bladesystem/powercalculator) 注記: 異機種混合型インストールを計画している場合は、次の URL から HP Site Preparation Utility もご 利用いただけます。 http://h30099.www3.hp.com/configurator/calc/Site%20Preparation%20Utility.XLS (英語) プログラムのダウンロードに要する時間は、インターネットへの接続状況によって異なります。 図 2 は、HP ProLiant DL380 G5 用 Power Calculator の画面の一部を示しています。画面の上半分は、 サーバモデルの概要です。画面の下半分は、サーバを希望どおりに構成するためのデータフィ−ルドです。 ユーザーは、入力電圧のレベル、プロセッサの数、タイプ、処理速度、メモリ容量、ハードドライブの数とサ イズ、拡張ボードの種類など、電力消費に影響するパラメータを構成できます。構成を反映した動作パラ メータがリアルタイムで表示されます。 図 2. HP ProLiant DL380 G5 用の HP Power Calculator (表示画面の一部) 5 各 Power Calculator にはスライダコントロールも用意されており、ユーザーはサーバの使用率レベルを 0 (最小またはアイドル)∼100% (最大使用率)の範囲で設定することができます。消費電力の結果データはリ アルタイムで更新されます。 注記: スライダコントロールは、オペレーティングシステムによって測定される CPU 使 用率を複製するものではありません。その代わり、より意味のある数値である、 システム全体の使用率の概算値を見積もります。 ラックの計算例 HP Power Calculator ユーティリティは、サーバを搭載したラックの最大電力要件を計画者が事前に決定で きるように、正確な動作パラメータを提供します。次の例では、標準の 42U ラックに HP ProLiant DL380 G5 サーバを主要コンポーネントとして搭載します。HP ProLiant DL380 G5 サーバは、1 個または 2 個の Intel® Xeon® 5000、5100、または 5300 シリーズのプロセッサ、最大 32 ギガバイト(GB)のメモリ、最大 8 台の ホットプラグハードドライブ、4 枚の PCI 拡張カード、電源 1 台(プラス冗長用電源 1 台)をサポートしていま す。 ここでは、ラック内の各サーバを、2 個の Intel Xeon 5150 プロセッサ、2 GB のメモリ、1 枚の PCI Express (PCI-e)カード、4 台の 72 GB のハードドライブ、1 台の電源+ 1 台の冗長用電源で構成して計算します(図 3)。 図 3. 1 台の HP DL380 G5 サーバの電力計算 6 システム使用率スライダコントロールを 75%に設定すると、208 VAC で動作する場合のシステム入力要件 は 372 ワットとなります。必要な皮相電力(VA)は 399 VA となり、システムは約 1.9 アンペアの電流を引き 込みます。 標準の 42U ラックには物理的に 21 台の ProLiant DL380 G5 サーバを搭載できますが、サーバの拡張、 PDU や UPS などの配電コンポーネント、キーボード/ビデオ/マウス(KVM)装置、ネットワークコンポーネント のためのスペースを確保しておくことをお勧めします。図 4 は、冗長電源を装備した 16 台のサーバからな るラック構成を示しています。Power Calculator を使用して算出された個々のユニットの所要電力に基づく と、このラック構成の要件は次のようになります。 • 配電コンポーネントが処理すべき皮相電力は合計 6384 VA (16 x 399 VA) • 16 台のサーバによって引き込まれる電流合計は 30.4 アンペア(16 x 1.9 A) 冗長電源を装備したシステムでは(図 4)、各サーバの電源(PS A と PS B)は通常、PDU を通じて別々の電源 バスに接続されます。電源バスが両方ともアクティブな場合、各電源はサーバの負荷を均等に分担します。 どちらか一方のバスに障害が発生した場合、アクティブなバスの電源がサーバ負荷を 100%処理します。 関連付けられている PDU は、すべてのサーバで必要な 30.4 アンペア(16 x 1.9 A)すべてを配電する必要 があります。 使用可能なコンセントのある PDU に追加のコンポーネントを接続することは一般的ですが、通常の条件下 で行われた計測で、PDU の負荷が定格出力より十分低い場合であっても、賢明な方法ではありません。完 全な冗長性を確保するため、通常の動作環境では、各 PDU に定格出力の 50%以上の負荷をかけないでく ださい。分岐回路を備えたリダンダント PDU では、各分岐回路の負荷は、回路ブレーカ定格値の 50%未満 に抑える必要があります。図 4 の構成では、40 アンペアの PDU で、追加の機器を装着するための余裕を 持たせています。 図 4. リダンダント電源を搭載した HP ProLiant DL380 G5 サーバの 42U ラック構成 物理的な構成 機能ブロック図 40A PDU 40A PDU DL380 G5 サーバ 1∼8 DL380 G5 サーバ 1∼8 DL380 G5 サーバ 9∼16 DL380 G5 サーバ 9∼16 16A バス A (208 VAC) 31A 16A バス B (208 VAC) 通常の運用 冗長運用 (バス A の障害) 図 4 のラック構成の冷却要件は、20288 BTU/hr となります(1268 x 16)。実際の冷却要件は、ラック内の エアフローやデータセンター内のラックの設置場所など、その他の要因による影響を受けます。図 4 の構成 で電源障害によるバックアップ電源サポートが必要な場合、UPS はサーバ群に対し 6384 VA を提供する必 要があります。HP の UPS および PDU サイジングツールは、ユーザーが入力した値に基づき適切な UPS お よび PDU モデルを示します。このサイジングツールは次の URL からご利用いただけます。 http://www.upssizer.com/ (英語) 7 まとめ HP Power Calculator は、HP ProLiant 製品をベースにしたシステムを計画するための重要なユーティリティ です。Calculator は、インフラストラクチャのサイジングにおいて、消費電力を有効に見積もります。ただし、 インストール済みシステムで実行するアプリケーションの種類によっては、実際の消費電力が異なる場合 があります。Power Calculator を効果的に使用するため、以下の注意事項を必ずお守りください。 Calculator を使用した方が良い場合 • HP システム専用の要件の見積もり • ユニット(シャーシ)およびラックレベルでの機器の最大所要電力および冷却要件の決定 Calculator を使用してはならない場合 • 他社製システムの要件の見積もり • 他社製品との直接比較 • 特定のアプリケーションを実行しているサーバの単一インスタンスの電力消費の正確な予測。実際の電 力消費は、Power Calculator によって示された電力要件および冷却要件よりも少なくなる可能性があり ます。 • 個々のコンポーネント(メモリ、ハードドライブ、カードなど)の電力消費の見積もり ご注意 HP Power Calculator は、一切の保証を伴わず「現状のまま」提供されます。 Power Calculator を使用した結果生じるすべてのリスクは、すべてお客様に帰 するものとします。いかなる場合も、HP は、直接的損害、付随的損害、偶発的 損害、特殊損害、懲罰的損害、またはその他すべての損害(営業利益の逸失、 ビジネスの中断、またはビジネス情報の損失を含むが、これに限定されない)に 対し、仮に HP がそのような損害の可能性について忠告を受けていた場合で あっても、一切の責任を負わないものとします。詳細については、HP Power Calculator プログラムライセンス条項を参照してください。 8 関連情報 詳細については、以下のリソースを参照してください。 ソース ハイパーリンク HP Power Calculator カタログ (英語) http://h30099.www3.hp.com/configurator/powercalcs.asp または http://www.hp.com/go/bladesystem/powercalculator HP UPS および PDU Sizer (英語) http://www.upssizer.com/ HP ラック製品 http://www.hp.com/jp/servers/rack HP UPS 製品 http://www.hp.com/jp/servers/ups HP UPS 管理ソフトウェア http://www.hp.com/jp/servers/ups_manage HP PDU 製品 http://www.hp.com/jp/servers/pdu HP Site Preparation Utility (英語) http://h30099.www3.hp.com/configurator/calc/Site%20Preparation%20Utility.XLS ご意見をお寄せください 本書に関するご意見は、[email protected] (英語)までお送りください。 © 2007 Hewlett-Packard Development Company, L.P. 本文書に記載の事項は、予告な く変更されることがあります。HP 製品およびサービスの保証は、各製品およびサービスに 添付された保証書に記載の明示保証のみとなります。追加保証に違反すると解釈される 事項は、本文書に一切記載されていません。HP は、本文書に記載の技術上、編集上の 過失または不作為に対し、法的責任はありません。 Intel および Xeon は、アメリカ合衆国またはその他の国における、Intel Corporation また はその子会社の商標または登録商標です。 TC070301TB、2007 年 3 月