Sun Project Blackbox Tour

IT, energieverbruik en duurzaamheid

De rondleiding door de Blackbox werd voorafgegaan door een presentatie van Richard Barrington over de initiatieven die Sun neemt op het gebied van duurzaam ondernemen. Barrington is hoofd Corporate Affairs en Public Policy van Sun in het Verenigd Koninkrijk en Ierland en is in zijn functie onder andere lid van diverse Britse overheidsorganen die zich bezighouden met vraagstukken over duurzaam consumeren en produceren. Steeds meer bedrijven onderkennen het belang van duurzaam ondernemen en Sun wil daarin een vooraanstaande rol spelen.

Sun's Richard Barrington Barrington verklaarde dat Sun tot het inzicht is gekomen dat de mens minder hulpbronnen, zoals water, energie, grondstoffen en andere materialen, moet consumeren om de huidige hoge levensstandaard van de westerse maatschappij in de toekomst te handhaven. Informatietechnologie is volgens hem inmiddels verantwoordelijk voor twee tot vier procent van de energieconsumptie op onze planeet. In ontwikkelde landen vormt IT acht tot elf procent van de energiebehoefte, vergelijkbaar met de luchtvaart.

Sun kijkt in zijn streven om milieuvriendelijk te produceren niet alleen naar het terugdringen van het energieverbruik van zijn producten tijdens het gebruik ervan: het bedrijf werkt aan het verminderen van het gebruik van materialen en energie tijdens de gehele productie- en levenscyclus. Dit betekent onder andere het terugdringen van de afvalstroom, door het gebruik van materialen die goed gerecycled en herwonnen kunnen worden, en het verlengen van de economische levensduur, zodat apparaten minder snel vervangen moeten worden. De productie van computersystemen is zeer energie-intensief. Het produceren van een processor vraagt een ton aan water en voor de fabricage van een pc is in gewicht het tweehonderdvoudige aan grondstoffen nodig. Voor de productie van een koelkast is slechts twee keer zoveel materiaal nodig als het gewicht van de koelkast.

Het energieverbruik van de werkende mens bestaat volgens de cijfers uit de presentatie voor vijftig procent uit woon-werkverkeer. De andere helft wordt voor zestig procent opgeslokt door verwarming en koeling, voor vijfendertig procent door IT, voor twee procent door waterverbruik en voor vier procent door de mensen zelf. Voor elke watt die er aan IT wordt besteed, is er een watt nodig voor koeling. De computersystemen zelf worden over het algemeen niet erg efficiënt gebruikt. Met de huidige overdaad aan rekencapaciteit is een pc meestal niets aan het doen. Servers maken al een stuk nuttiger gebruik van hun beschikbare rekencapaciteit en opgenomen vermogen. Volgens Barrington besteedt een Wintel-server gemiddeld acht tot tien procent van zijn klokcycli op een nuttige wijze. Op een Linux of Unix-server zou dit gemiddeld achttien tot 22 procent zijn. Het toverwoord voor besparing van energie in grootschalige kantooromgevingen is dan ook consolidatie. Door desktops te virtualiseren en te consolideren op een klein aantal servers en de beeldschermweergave uit te besteden aan energiezuinige virtual display clients denkt Sun veel energie te kunnen besparen.

Virtual display clients

Sun heeft in het verleden een aantal eigenwijze producten op de markt gebracht, die niet altijd even succesvol zijn geweest, maar waarvan achteraf gezegd kan worden dat ze hun tijd vooruit waren. Een voorbeeld daarvan was de Sun JavaStation uit 1995. De JavaStation was Sun's interpretatie van de networkcomputer, een idee van Oracle-ceo Larry Ellison. De networkcomputer was een eenvoudige desktopcomputer die in principe zonder harde schijf werd geleverd en het netwerk voor opslag gebruikte. De eenvoudige applicaties waarvoor het apparaat was bedoeld, werden client-side uitgevoerd. De networkcomputer werd nooit een succes. De applicaties presteerden onvoldoende, de netwerkverbindingen van die tijd waren niet snel genoeg en de kostenbesparing was onvoldoende ten opzichte van de prijsdaling die pc's eind jaren negentig doormaakten.

Sun Ray 1 (klein) In 1999 volgde de Sun Ray 1, die een stap verder ging dan het concept van de networkcomputer. De desktopomgeving werd gecentraliseerd op een server. De Sun Ray verzorgde enkel de schermweergave en de invoer van toetsenbord en muis. Vergelijkbare softwarematige oplossingen werden ontwikkeld door onder andere Citrix en Microsoft. Deze oplossingen zijn wel succesvol geworden en worden in toenemende mate toegepast door bedrijven. De oorspronkelijke doelstellingen waren met name het besparen van beheerskosten en het verbeteren van het beveiligingsniveau. Sun voert nu ook energiebesparing aan als argument om desktops te virtualiseren op centrale servers.

Sun kondigde in april 2006 de tweede generatie Sun Ray-clients aan. De Sun Ray 2 is een slank kastje dat beschikt over een netwerkinterface, twee usb-poorten en een dvi-i-aansluiting. Tevens is er een smartcardreader ingebouwd die benut kan worden om gebruikers te herkennen. Het apparaatje heeft een energieverbruik van slechts vier watt. Inclusief server share komt het energieverbruik op ongeveer acht watt. Een belangrijke verbetering van de Sun Ray 2 ten opzichte van oudere versies is dat het apparaat ondersteuning heeft gekregen voor het remote desktop-protocol van Microsoft. Het toestel kan daardoor probleemloos Windows-desktops weergeven. Er moet nog wel een Sun Ray Server op Solaris of Linux als tussenstation ingericht worden, maar daarachter kunnen allerlei platformen, waaronder Windows, Linux, AIX en HP-UX voor de desktop gebruikt worden. Dit is een grote verbetering ten opzichte van oudere Sun Rays, die de gebruikers nog verplichtten om Solaris te gebruiken. De Sun Ray 2 is verkrijgbaar in diverse varianten, waaronder een versie die in een monitor geïntegreerd is en een versie met ondersteuning voor twee displays. Later dit jaar wordt er een variant op de markt gebracht die ondersteuning heeft voor power over ethernet, zodat het apparaat via het netwerk van stroom voorzien kan worden. Verder zal er een fysieke aan/uitknop geïntroduceerd worden waarmee de Sun Ray 2 volledig uitgeschakeld kan worden.

Sun Ray 2-familie

De Sun Ray 2 is in meerdere opzichten milieuvriendelijk. Niet alleen is het energieverbruik exclusief monitor zo'n veertig keer lager dan van een gemiddelde pc, ook heeft het toestel een hoge mtbf van twintig jaar en is de economische levensduur langer. Omdat het apparaat enkel fungeert als doorgeefluik voor beeld en invoer, veroudert hij minder snel dan een desktopcomputer. De Sun Ray 2 is, zoals Barrington het noemt, 'a tube looking into the network'. Het apparaat is bovendien eenvoudiger van constructie dan een desktop-pc waardoor minder materiaal nodig is voor de productie ervan. Volgens Barrington kunnen er vijftig Sun Ray 2's gebouwd worden van het materiaal dat gebruikt wordt voor de productie van een enkele pc.

Het snelle verouderingsproces van desktopcomputers is een belangrijk onderdeel van de milieuproblematiek rond het gebruik van informatietechnologie. Volgens de door Sun genoemde statistieken werden er in 2006 170 miljoen pc's weggegooid en waren er in 2004 reeds 300 miljoen verouderde machines. Sun denkt dat Windows Vista de helft van de pc's verouderd zal maken. De Sun Ray 2 heeft geen last van dit probleem. Bij virtuele desktops is het up-to-date houden van de technologie een zaak van de hardware en software waaruit de servers zijn opgebouwd. Omdat Sun in tegenstelling tot andere grote hardwarefabrikanten geen belangen heeft in de vervangingsmarkt van desktop-pc's, kan het bedrijf clients met een langere levenscyclus aanbieden zonder zijn eigen economische belangen te schaden. Voor bedrijven zoals Dell en HP is die stap moeilijker te zetten.

Om het goede voorbeeld te geven deed Richard Barrington zijn presentatie vanaf een energiezuinige Sun Ray 2-client, die de weergave verzorgde van een virtuele desktop op een server in de UK. Met behulp van een smartcard en een wachtwoord kan Barrington inloggen op een willekeurige Sun Ray 2 in het netwerk van Sun en daarmee toegang krijgen tot zijn sessie op de server. Dit alles werkte vlekkeloos tijdens de presentatie.

Servers en datacenters

Duurzame productiemethoden worden ook toegepast in de servers van Sun. Het bedrijf is in 1999 begonnen met het invoeren van nieuwe productiemethoden, die het milieu minder belasten. Er wordt minder soldeer gebruikt en plastics zijn zoveel mogelijk vervangen door aluminium, zodat een groter deel van de materialen hergebruikt kan worden. Bij het recyclen van plastics bestaat het probleem dat het materiaal snel in kwaliteit afneemt waardoor een eens zo mooi frontje van een Sun-server binnen enkele gebruikscycli is gedegradeerd tot een bermpaal. Aluminium heeft dit probleem niet. Metalen hebben tevens als voordeel dat onderdelen met lagere toleranties geproduceerd kunnen worden, waardoor de pasvorm beter is en er minder bijkomende onderdelen, zoals schroeven, nodig zijn om de onderdelen op hun plek te houden. Tweakers.net heeft in het verleden een aantal van de nieuwe Sun-systemen getest en we kunnen niet anders zeggen dan dat de bouwkwaliteit van deze machines voortreffelijk is.

Sun Fire X4200

Het energieverbruik van datacenters is voor steeds meer bedrijven een grote kostenpost. Volgens Barrington zijn de datacenters van Google verantwoordelijk voor een energieverbruik dat gelijk is dat van aan Bristol, een stad van 400.000 inwoners. Een gemiddeld datacenter kost bijna acht miljoen euro aan energie per jaar. Minder dan de helft van de verbruikte energie komt terecht bij het moederbord. Tweederde wordt opgeslokt door noodstroomvoorziening, airconditioning en verlichting. Dertig procent komt bij het systeem en die gebruikt weer de helft voor zijn eigen koeling. Elke watt die de chips en de opslag in een systeem aan energie gebruiken vertaalt zich zodoende naar ruim vier watt aan bijkomend energieverbruik. Barrington moedigt aan tot joined up thinking van verschillende betrokken partijen om het energieverbruik van datacenters terug te dringen. Voorbeelden zijn het gebruik van overtollige warmte van airconditioners om water voor huishoudens te verwarmen, of het verplaatsen van datacenters naar regionen met een koeler klimaat. IJsland plukt hier al de vruchten van. Dankzij overdadig aanwezige natuurlijke hulpbronnen is IJsland het eerste westerse land dat volledig van duurzame energie voorzien is. De energiekosten zijn er laag en door het koude klimaat is er minder energie nodig voor koeling van datacenters dan in andere geografische regio's.

Ook wat betreft de ontwikkeling van cpu's is Sun een nieuwe weg ingeslagen. In 2004 besloot het bedrijf de ontwikkeling van de Ultrasparc V te staken en zich niet meer te richten op gecompliceerde processors die proberen om met één of twee cores een zo groot mogelijke aantal instructies per klokcyclus uit te voeren bij een zo hoog mogelijke kloksnelheid. De ontwikkelingen die nodig zijn om deze processors beter te laten presteren veroorzaken een complexiteitsexplosie die steeds minder resultaat oplevert. Sun kwam tot de conclusie dat het verstandiger was om zich toe te gaan leggen op grootschalige chip-multiprocessing en chip-multithreading. De UltraSparc T1 is het eerste resultaat van die strategie. De T1 beschikt over acht eenvoudige cores die ieder vier simultane threads kunnen verwerken, wat een totaal van 32 threads per processor oplevert. De cores draaien op een kloksnelheid van maximaal 1,4GHz. De eerste generatie systemen is gericht op het uitvoeren van relatief eenvoudige simultane taken in een netwerkomgeving, bijvoorbeeld het serveren van internetpagina's op een webserver. Barrington vergelijkt de Ultrasparc T1 met efficiënt massatransport, bijvoorbeeld een passagierstrein, waar gecompliceerde en hoog geklokte superscalar-processors met een tweepersoons sportwagen te vergelijken zijn. De trein doet er langer over om zijn bestemming te bereiken maar verplaatst veel passagiers en heeft een laag energieverbruik per vervoerde passagier. De sportwagen bereikt eerder zijn bestemming, maar hij moet wel vaker op en neer en verbruikt meer energie.

Barrington vergeleek het energieverbruik van 70 watt voor de 32-threads UltraSparc T1 met een Itanium die 130 watt verstookt en maar één thread tegelijkertijd kan uitvoeren. Hij ging daarmee voorbij aan het bestaan van de halverwege 2006 geïntroduceerde Montecito-Itanium, die 100 watt verbruikt en vier threads kan afhandelen. In onze eigen PostgreSQL-databasetests van de UltraSparc T1 was de processor ondanks goede schaling meer dan 25 procent trager dan een dual Opteron 280.

Een beperking van de Ultrasparc T1 is de ontbrekende ondersteuning voor smp, waardoor de processor enkel geschikt is voor systemen met één cpu. Sun ontwikkelt onder de codenaam 'Rock' een processorfamilie die hogere prestaties per kloktik zal bieden dan de Ultrasparc T1 en een betere smp-schaalbaarheid zal hebben. Verder is er een opvolger van de T1 in ontwikkeling die acht threads per core zal kunnen afhandelen voor een totaal van 64 threads per cpu. Deze nieuwe generatie krijgt tevens verbeterde floating-pointprestaties. In plaats van een floating-point-unit per processor zal elke core over een fpu kunnen beschikken.

Project Blackbox (1)

Nadat Richard Barrington klaar was met zijn relaas, nam Martien Ouwens het woord om het hoofdonderwerp van de dag, Project Blackbox, te bespreken. Wie de gedachtengang achter Project Blackbox niet kent, zal het ombouwen van een zeecontainer tot een datacenter wellicht scharen in de categorie prestigeobjecten, marketingstunts en aandachttrekkerij. Martien Ouwens verzekerde ons er echter van dat er in de markt behoefte is aan het product Blackbox.

Een klaagzang die Ouwens in zijn functie van Data Center Solutions Architect veelvuldig van zijn klanten te horen kreeg, was: 'Ik heb geen ruimte, geen stroom en geen koeling, en nieuwe gebouwen neerzetten kost tijd'. Door de toename van de dichtheid van computersystemen in datacenters is in de afgelopen jaren niet alleen de rekencapaciteit sterk gestegen, maar ook het energieverbruik. Veel bedrijven komen daardoor in de knel met hun servercapaciteit. Sun ontwikkelde de Blackbox in eerste instantie als oplossing voor snelle capaciteitsuitbreiding van serverruimtes. Ook disaster relief en de inzet van mobiele datacenters bij evenementen werden als toepassingen gezien.

De Blackbox heeft als basis een standaard zeecontainer die is voorzien van een opgewaardeerde constructie en verbeterde isolatie. Sun koos voor de 20-voets zeecontainer als 'form factor' voor zijn mobiele datacenters omdat de zeecontainer een gestandaardiseerd formaat is waarvoor een complete transport- en opslaginfrastructuur aanwezig is. In de container bevindt zich een gangpad met aan weerszijden vier racks. Van de acht racks is één rack gereserveerd voor netwerkapparatuur, een luchtontvochtiger, de temperatuurbeheersingssystemen en de alarm- en emergency power off-controls. De overgebleven racks bieden met de huidige technologie plaats aan maximaal 700 cpu's, 2000 cores, 8000 threads of 1,5 petabyte aan opslagruimte. De container wordt in zijn geheel, inclusief alle servers en apparatuur van derde partijen, geassembleerd in Suns Customer Ready Systems-fabriek en compleet afgeleverd aan de klant. Als de klant er eenmaal op is uitgekeken neemt Sun de gehele container terug en worden de onderdelen waar mogelijk hergebruikt. Dit moet ervoor zorgen dat er zo min mogelijk materiaal in de afvalstroom terecht komt.

Gangpad met links het rack voor ondersteunende apparatuur

Sun Blackbox event - Stroomvoorziening

Luchtontvochtiging

Sun Blackbox event - Stroomvoorziening fans

Stroomvoorziening ventilators

Sun Blackbox event - Waterleidingen

De Blackbox wordt geleverd inclusief intern netwerk, stroomdistributie, waterkoeling en een intern beveiligingssysteem. Een brandblusinstallatie is als optie leverbaar. De gebruiker moet stroom, water en een netwerkverbinding aanleveren om zijn mobiele datacenter gebruiksklaar te maken. Ook moet er voor fysieke beveiliging gezorgd worden om te voorkomen dat toevallig passerende heftrucks de Blackbox meenemen. De commerciële units zullen overigens in anonieme kleuren zonder bestickering geleverd worden, zodat zij niet opvallen tussen normale transportcontainers.

Sun Blackbox event - Stroomaansluitingen

Sun Blackbox event - Waterleiding-aansluitingen

Sun Blackbox event - Stroomkabels en waterleidingen

De stroom voor de Blackbox kan aangeleverd worden door een aggregaat of via het vaste net, al naar gelang de wensen van de gebruiker. Zowel 208V- als 380V-krachtstroom wordt ondersteund. De demonstratie-unit die tijdens de Europese Project Blackbox Tour wordt rondgereden, is geïnstalleerd op een vrachtwagen met een aggregaat en een waterkoeler. Het aangeleverde water heeft idealiter een temperatuur van 13 graden Celcius en wordt gebruikt om de luchtstroom in de racks te koelen. Hiertoe zijn er tussen de racks een aantal radiatoren geplaatst. De werking is tegenovergesteld aan die in een motor van een auto. In plaats van koude lucht te gebruiken om warm water te koelen, wordt er koud water gebruikt om warme lucht te koelen. De afgekoelde lucht stroomt in een ringvorm door de racks. De twee ingangen en het gangpad zijn voorzien van dubbele deuren zodat de koellucht in de ruimte tussen de binnen- en buitendeur van de ene naar de andere kant van de container kan stromen. Doordat de racks achter (in plaats van naast) elkaar zijn geplaatst kan de snelheid van de luchtstroom optimaal benut worden. Anders dan bij een normale rackopstelling in een datacenter, wordt de lucht niet telkens versneld in het rack en vervolgens tot stilstand gebracht in het gangpad. Sun claimt hierdoor twintig procent minder energie nodig te hebben voor de luchtkoeling. Tevens kan er volstaan worden met laagtoerige ventilatoren die minder energie verbruiken. Tijdens de demonstratie waren er geen servers ingeschakeld waardoor het temperatuur- en geluidsniveau in de Blackbox niet door ons beoordeeld kon worden.

Aggregaat en waterkoeler

Sun Blackbox event - Aggregaat

Binnendeur met links zekeringkast

Sun Blackbox event - Zekeringen

Zekeringkast rechterzijde

Sun Blackbox event - Luchtfilter

Luchtfilter

Project Blackbox (2)

De Blackbox kan een vermogen van 25kW per rack aan en heeft een gewicht van maximaal 9700kg. Het stapelen van Blackboxen is technisch mogelijk maar wordt vooralsnog niet geadviseerd vanwege praktische bezwaren zoals de bereikbaarheid van hooggestapelde containers. Om de apparatuur tijdens transport te beveiligen, zijn de racks voorzien van gepatenteerde schokdempers. Deze zorgen ervoor dat schokken tot negen keer de zwaartekracht geabsorbeerd kunnen worden. Met behulp van een slede kan een rack relatief eenvoudig (er is nog steeds behoorlijk wat kracht nodig) in het gangpad geschoven worden. Daarna is de apparatuur in het rack bereikbaar. De beheerders zullen overigens om de container heen moeten lopen om de andere kant van het rack te bereiken, of ze moeten het rack terugduwen en vanaf de andere kant weer uitschuiven. De werkruimte in het gangpad is aan de krappe kant en ook de racks zelf zijn met een diepte van 77cm niet bijzonder ruim.

Gangpad

Kabelgoot

Uitgeschoven rack

Sun Blackbox event - Schokdempers

Schokdempers

Sun Blackbox event - Rack voorzijde

Voorzijde rack

Sun Blackbox event - Rack achterzijde

Achterzijde rack

Sun Blackbox event - Waterleidingen

Waterleidingen

Project Blackbox werd oorspronkelijk ontwikkeld als snelle capaciteitsuitbreiding voor overvolle datacenters. Sun merkte echter dat klanten, door de nieuwe mogelijkheden die hen met een datacenter in zeecontainerformaat werden aangereikt, ook andere creatieve toepassingen voor de Blackbox vonden. Een voorbeeld is het creeëren van tijdelijke capaciteit om een consolidatieproces in een overvolle serverruimte te faciliteren. Klanten die servers in volle datacenters willen consolideren zitten nu vaak met het probleem dat er geen ruimte is om nieuwe machines te plaatsen zolang de oude niet vervangen zijn. De Blackbox biedt hiervoor een oplossing. Verder ontving Sun belangstelling van klanten die de Blackbox willen gebruiken als een backupdatacenter op afstand en kreeg het bedrijf onverwachte verzoeken van overheden en defensie. Defensieorganisaties hebben tijdens vredesmissies vaak het probleem dat er snel een nieuwe infrastructuur opgezet moet worden. De Blackbox kan daarvoor een oplossing zijn, omdat hij vrijwel compleet aangeleverd wordt. Door de mobiliteit van de Blackbox is het mogelijk om een datacenter in zijn geheel te verplaatsen naar een plek waar stroom goedkoper is of waar de omstandigheden veiliger zijn. In het verleden was het niet mogelijk om datacenters (eenvoudig) te verplaatsen. De klanten hebben actief meegedacht met de ontwikkeling van de Blackbox en Sun heeft waar mogelijk de wensen van de klanten in het ontwerp verwerkt. Sun biedt klanten verschillende mogelijkheden om een Blackbox te financieren. Bedrijven kunnen huren, leasen of kopen.

Sun Project Blackbox scenario - Parkeergarage

Sun Project Blackbox scenario - Disaster relief

Sun Project Blackbox scenario - Olieplatform

Sun Project Blackbox scenario - City rooftop

Diverse Blackbox-scenario's

Sun heeft momenteel negen Blackboxen gebouwd, waarvan vier units intern gebruikt worden door de engineering- en marketingafdelingen. Vijf exemplaren zijn door klanten in gebruik als early access units. De eerste klant waarvan de naam bekend gemaakt mag worden is Stanford University. Verrassend is dat niet, gezien de goede banden tussen Stanford en Sun. De naam Sun stond van origine immers voor Stanford University Network. Sun verwacht deze zomer te beginnen met het leveren van commerciële units aan klanten.