u VALUE のタネ 21 ● 消費電力最大％削減へデータセンタ省電力化プロジェクトクールセンターかつてＩＴは、生産活動や物流の効率化、資源消費の削減など、省エネルギーや環境保ト上を流れる情報量の増加にともない、ＩＴなり始めたのだ。動画情報などインターネッダーが省電力化へ乗り出した。を受ける形でデータセンター関連の各ベン力化の必要性を強く示唆した。そして、これタ省電力化プロジェクトクールセンターその活動の中心に位置しているのが、２００７年９月より推進しているデータセンもちろん、日立としても積極的なデータセンター省電力化への取り組みを重ねている。機器全体の消費電力は今後ますます増加していくことが予想されている。省エネルギーや環境保護に対するプラス要因であったＩＴは、いまやマイナス要因に転じてしまった。そのターニングポイントとなったのは２００７年と言われている。ある。２００８年度から２０１２年度までの︶で同年の８月、アメリカの環境保護庁が﹁サーバとデータセンターの電力効率に関する報告５年間で、データセンター全体の消費電力を︵以下、プロジェクトクールセンターそれが現在、状況は一変している。データセンターを中心として爆発的に増加していく書﹂を米議会に提出し、データセンター省電護に大きな貢献を果たす存在であった。実用化に向けて歩み始めたこの IT 設備連係制御技術への取り組みについて、日立製作所中央研究所グリーンコンピューティング研究部主任研究員の野尻徹が語った。ＩＴ機器が消費する電力が大きな社会問題と％削減することを同プロジェクトはすることをめざすのだ。の消費電力を２００７年度比で最大％削減によって相殺し、データセンター全体としてによって増加していく電力をこの取り組み目標としている。ＩＴの高度化や利用拡大最大 50 進し、着実な成果を上げています﹂らゆるレイヤーの設備について技術開発を推、インバータ制御 Supply無停電電源装置︶の空調機まで、データセンターを構成するあジュール、ＵＰＳ︵ Uninterruptible Power 機器やコンポーネントから、高効率の電源モ﹁日立では、データセンターの消費電力削減を図るため、サーバやストレージなどのＩＴ語る。部の主任研究員である野尻徹は、次のようにそこでの取り組みの状況を、日立製作所中央研究所グリーンコンピューティング研究 50 ユニークなところでは、本誌号で紹介し All Rights Reserved,Copyright ©2011,Hitachi,Ltd. 50 20 1 文＝小山健治写真＝吉江好樹 2 データセンターのさらなる省電力化へ。日立 IT設備連係制御技術 50 ＣＯ２排出量抑制や電力コストの削減、そして継続的な電力不足に対処するために一層の節電が求められている昨今、ＩＴシステム運用の拠点インフラであるデータセンターにおいて、ＩＴ機器のみならず空調機なども含めた総合的な省電力化が急がれている。そうした中で日立が注力しているのが、IT 設備連係制御技術だ。ＩＴを対象とした制御システムと設備管理を対象とした制御システム、この二つの制御システム間で相互に情報を交換・連係することで、データセンター全体としての省電力運用を実現するものである。実証実験を経て、いよいよ株式会社日立製作所中央研究所グリーンコンピューティング研究部主任研究員野尻徹 50 50 ■日立 IT 設備連係制御技術の概要と特徴して、外気を活用することでデータセンター組みもある。気温や湿度の低い冬季を中心とた自然外気冷房型空調システムのような取りデータセンターの電力使用効率が高いと見以外が占める電力消費の割合が小さくなり、や電力設備、照明、監視装置などＩＴ機器現したいと考えました﹂とで、データセンター全体の省電力運用を実システム間で相互に情報を交換・連係するこム﹂の３つのシステムで構成される。そして、力管理システム﹂、﹁空調機最適化制御システ具体的に日立の考えるＩＴ設備連係制御技術は、﹁ＩＴ負荷最適化制御システム﹂、﹁電られるわけだ。れは正しいアプローチである。各ベンダーは、このＰＵＥの相対値を下げることに苦心してきた。そしてもちろん、この省電力化を図るというものだ。もっとも、これらの技術をそのまま実際のデータセンターに適用すれば、狙いどおりの省電力化を達成できるわけではない。野尻ターで急がれているのは、電力使用効率もさこれらの実用化︵製品化︶をめざし、次のよ﹁成果を上げてきたのは、あくまでも要素技術としての話です。これらの技術を多様かることながら、絶対値としての総消費電力量まずステップ１では、電力管理システムと空調機最適化制御システムを組み合わせたは一方で、次のようにも語る。つ複雑な条件・環境下にある実際のデータセの削減に他ならない。先に野尻が語った﹁乗﹁空調運転最適制御システム﹂を構築し、リをもとに、空調機の省エネ運転を実現する。アルタイムなＩＴ機器の温度情報・電力情報ンのシナリオが描かれている。うな２つのステップによるインテグレーションターでいかにインテグレーションし、運用り越えなければならない壁﹂の一つが、そこただ、本当に電力使用効率を追求するだけで十分と言えるだろうか。今日のデータセンしていくのか。お客さまに提供するソリューにある。そうした中で日立が新たな技術開発のテーマとして注力しているのが、ＩＴ設備連係制ションとして実用化︵事業化︶するまでには、乗り越えなくてはならない壁がまだたくさん残っています﹂﹁データセンターでは通常、ＩＴを対象とした制御システムと設備管理を対象とした制ＩＴ設備連係制御技術とはいかなるものなのか、野尻はこのように説明する。機器と空調機双方の省エネ運転を実現する。報によるムダのない空調機運転により、ＩＴスとしたＩＴ機器の負荷最適配置による不要続くステップ２では、ステップ１による空調運転最適制御システムにＩＴ負荷最適化制御システムがそれぞれの機器の稼働状態を見これがすなわち、ＩＴ設備連係制御技術の御技術である。える化し、最適な制御を行っています。しかゴールである。なＩＴ機器の電源オフと、ＣＰＵ負荷予測情御システムを組み合わせ、仮想化技術をベー一般にデータセンターの省電力化︵エネルギー利用の効率化︶の度合いを示す数値としし、省電力化の観点で見た場合、ＩＴ側では日立ＩＴ設備連係制御技術の実用化に向けた２つのステップて、ＰＵＥ︵ Power Usage Effectiveness ︶という指標が用いられている。サーバやストレージの稼働率が低かったり、とはいえ、ＩＴ系の制御と設備系の制御は、もともと違った﹁思想﹂や﹁体系﹂のもとで機器の消費電力が占めていることになる。データセンター全体の消費電力の半分をＩＴである。例えばＰＵＥが２・０である場合、所や日立プラントテクノロジーの松戸研究所た。我々はそこに着目し、これら二つの制御込んだ対策は行われていないのが現状でしあります。わかっていながら、そこまで踏みと、明らかにムダな運用をしているケースがと呼ばれる技術もその一つだ。献があった。例えば、﹁温度感度テーブル﹂﹁日立グループには、横浜研究所や中央研究所といったＩＴ系の研究所の他、日立研究うほど簡単なことではない。発展してきた技術であり、その連係は口で言設備側では空調機が過剰に運転していたりＰＵＥの値が小さければ小さいほど、空調機といった設備系の研究開発拠点があり、プロしていこうと結集しました。そして始まったため、各研究所が持つ技術やノウハウを融合度や稼働台数を制御する仕組みを基本とした予測消費電力を空調機側に伝え、給気温先に述べたように、ＩＴ設備連係制御技術では、各ＩＴ機器の稼働履歴から割り出しの目標を達成するのが、今回のＩＴ設備連係制御技術への取りている。ジェクトクールセンター組みというわけです。ＩＴ系制御と設備系制しかし、その時々のデータセンター内の温度を予測し、より効率のよい制御条件を算出御の両方を手掛ける世界でもまれな企業グループである日立だからこそ、実現可能な課するには、三次元熱流体解析と呼ばれる高速制御可能なインバータ型の電算室用空冷パッしたことが、解析処理の大幅なスピード化調機の給還気温度の関係をデータベース化したのである。ＩＴ機器の入排気温度と空稼働台数を効率よく制御することを可能とアルタイムに実行し、空調機の給気温度と温度感度テーブルはその限界に一歩踏み込み、シミュレーターによる解析処理をリを使っていたのが実情だ。かどうかを判断するためにシミュレーター下で空調機を制御し、その設定温度が妥当する。そこで経験的に設定された一定の条件シミュレーターを用いても長い処理時間を要題であると自負しています﹂と野尻は語る。実験室内の模擬システムで大幅な省電力化に手応えこうしたチャレンジのもと、ＩＴ設備連係制御技術の実用化をめざす実証実験が、中央研究所において始まった。２００９年夏のことである。ブレードサーバの消費電力や発熱を模擬する台のダミーサーバならびに、空調能力をケージエアコン２台を実験室に設置。この空につながった。システムによる﹁制御なし﹂と﹁制御あり﹂データセンター内で発生している気流は、そのほとんどが空調機から吹き出される風にで省エネ効果にどの程度の差があらわれるか人の動きなどによる自然対流はほぼ無視してよって起こされるもので、外気の吹き込みや﹁その結果、空調の最適制御を行うことでかまわない。したがって、ＩＴ機器の温度上比較を行ったのである。％∼ ％という非常に大きな省エネ効果を語る。背景には、さまざまな新技術による貢見込めることが確認できたのです﹂と野尻は法によって近似的に導き出すことができる。昇と空調機の給気温度の関係は、統計的な手 34 無停電電源配電盤空調機設備機器 50 調機２台分の消費電力を、空調機最適化制御 20 18 運転状態管理稼働情報交換ジョブスケジュール管理運転制御温度･電力稼働状態ジョブ制御 IT 機器ネットワークストレｰジサｰバ空調運転最適化制御 IT 負荷配置最適化制御オンタイムシミュレーション ④運転パターン生成 ⑤室温環境予測連係 ①負荷変動予測 ②負荷集約案生成 ③負荷配置最適化オンタイムシミュレーション設備管理･制御システム IT 管理･制御システム 3 4 これは、データセンター全体の消費電力をサーバなどのＩＴ機器の消費電力で割った値オンタイムシミュレーションによる最適化制御で、機器の省電力稼働を実現稼働情報を交換し連係動作することで、更に効率のよい省電力制御が可能 ■日立 IT 設備連係制御技術実証設備（横浜第 3 センタ）の概要そこに着目したのが、すなわち温度感度テーブルというわけだ。中央研究所では、サーバや空調機のスペック、レイアウトなどを三次元熱流体解析によってあらかじめシミュレーションした温度感度テーブルに加え、空調機そのものの冷房パッケージ型空調機台数：2 台台数：1 台例えば、企業に要請されている節電の重みそのものが、以前と現在では大きく変わっていることも考慮しなければならない。これまで多くの企業が省電力化を推進する先にあったのは、ＣＯ２排出量抑制に代表される地球環境保護や電力コストの抑制といった課題の解決であった。そこでの前提は、ＩＴシステム上で運用しているさまざまなアプリケーションのレスポンスやサービスレベルを落とさないことであり、業務に支障をきたさない範囲内で省電力化をめざせばよかった。冷却能力：30kW 昇値に対し、空調電力を最小化する最適化計く、消費電力を大幅に低減させられることをケーションの運用に悪影響を及ぼすことなそして、その先にいよいよ見えてくるのが、ＩＴ設備連係制御技術の実用化だ。せて実証を行っているという。自然外気冷房による連係効果についてもあわ現在、横浜第３センタのラボスペースには自然外気冷房用の空調機も併設され、ＩＴとも力がこもる。実証することができました﹂と野尻の言葉に算を短時間で行えるようにしたのである。横浜第３センタへ場を移し実用化を見据えた実証実験へ月に実証実験の場を環境配慮型データ 10 ＩＴ設備連係制御技術は、いよいよ実用化に向けた第二段階を迎えたのである。 50 横浜第３センタ内に用意された約㎡のラボスペースに、サーバラック台、パッケージみ合っており、〝必要最小限〟というモデル﹁我々がこれまで開発してきたさまざまな要素技術をパッケージ化して提供することは型空調機２台で構成された実証設備を導入。ているシステム環境を構築し、実際の業務と可能ですが、実際のデータセンターに適用すを導き出すこと自体が非常に難しい。同じような負荷をかけ、稼働履歴を収集・分るためには、ＩＴインフラの再構築や大幅なやメールシステムなど、一般企業で広く使われ析するといった形で実証実験は進められた。ます。理想と現実の間にあるギャップをどうト、すなわちデータセンター全体としての消テムエンジニアの役割となります。裏を返せを提供していくのか。それは人間であるシスカスタマイズが必要となるケースも出てき﹁この実証設備そして２０１１年３月末、において﹂という注釈は付くものの、プロジェやって埋めながら、より良いソリューション費電力を２００７年度比で最大％削減するクトクールセンターによるコミットメンこの基盤の上にＥＲＰ︵基幹業務パッケージ︶では、さまざまな業務やその要件が複雑に絡も述べたように、実際の企業のデータセンター小限の電力で動かすことにある。ただ、先にＩＴ設備連係制御技術の最終形は、必要最センターである横浜第３センタへ移管した。小限のＩＴ機器や空調などの設備を、必要最年ンターにより近い環境で検証すべく、２０１０さらに日立では、こうした実験室レベルで効率と電力量を示す﹁空調機特性テーブル﹂獲得してきた成果や技術を、実際のデータセ冷却能力：56kW 空調機（自然外気冷房用） 16 も作っておくことで、ＩＴ機器の予測温度上 3.5m 台数：16 台企業の業務や事情を熟知した省電力化ソリューションを提供サーバラックしかしながら、継続的な電力不足に対処するために節電が求められている現在、企業はという目標を達成するに至ったのである。う整えていくのかが、ＩＴ設備連係制御技術ば、そうしたフィールドサポートの体制をどの省電力化の相乗効果により、業務アプリょう﹂と野尻は今後を見据えている。蓄積した稼働履歴を読み取ってそうしたパといったように、企業それぞれの業種や業務﹁状況によっては、各アプリケーションのレスポンスを多少犠牲にしてでも、サービスターンを分析することで、ＩＴシステムの負いうメリハリをつけた運用の〝最適解〟を導プリケーションの重要度にも差があり、どう御できるかが求められるのです。当然、各アないまでも状況に即した制御を行うことが可ソースに引き当てることで、理想的とは言え力の上限値から逆算された利用可能な物理リ﹁我々はキャッピングと呼んでいるのですが、ＩＴシステムの負荷変化を先読みし、電の特性に応じたパターンが表れる。長期的にの継続を優先しなければならないケースも出荷変化を事前に予測するのである。いていくのか、ユーザーの業務や事情を熟知能となります。例えば、電力の上限値が提供する、データセンター最適化のための多その意味ではＩＴ設備連係制御技術は、フィールドの最前線でシステムエンジニアがることができます。いずれにしても、まずは分散させるのかといった運用方針を策定すらを何台の物理サーバに対して、どのように kWに抑えられている中で１０００個の仮想様なソリューションを体系的にインテグレーデータセンター内で稼働しているシステムサーバを動かさなければならない場合、それションし、効率的に運用していくための〝フの挙動を正しく把握・分析することが第一歩となります。また、その前提が整ってこそそこでの背骨となる役割を果たすのが、過去の稼働履歴をもンターの省電力化を実現することができる可能となり、複雑な要求に応えるデータセ空調機をはじめとする設備の的確な制御もとに今後のＩＴシステムの負荷のです。ＩＴ設備連係制御技術は、そうしたソリューションの発展を支えていきます﹂る。あるいは、四半期の決算時に変化するピークの波が存在す初めと月末といった時間とともいくのである。までにない価値を発揮しつつ、進化を遂げてていく中で、ＩＴ設備連係制御技術はこれ実証実験から実用化への段階を迎え、フィールドでの基盤テクノロジーとして活用されと野尻。に突出したアクセスが発生する一般にＩＴシステムの負荷は、昼間と夜間、週初めと週末、月術である。変化を〝見える化〟する予測技もできる。レームワーク〟として見ることことができません﹂と野尻は語る。したシステムエンジニアでなくては対応するＩＴ機器や空調などの設備をいかに的確に制てきます。決められた電力の上限値の中で、一層身を削った節電が求められている。の実用化に向けた最大のポイントになるでし﹁仮想化技術を用いたＩＴ機器の片寄せによる省電力化と、それに応じた空調最適制御 50 横浜第 3 センタ室面積：50m2 5 6 80 50 8.5m 7.2m 試験用サーバ室