チップの電力削減がデータセンターの経済に与える影響の調査
パワーを最大化してコストとパフォーマンスの向上を実現
急速に進化するデータセンターの状況では、エネルギー消費の最適化が重要な焦点となっています。 このブログ投稿では、電力消費の複雑さを掘り下げ、CPU、GPU、AIアクセラレータという3つの主要コンポーネントの経済性と、proteanTecs 電力削減ソリューションの実装によって電力効率と計算能力の両方がどのように変化するかを探っていきます。
データセンターにおける電力最適化の重要性
クラウド規模のデータセンターの要件は、インフラストラクチャのパフォーマンスと復元力の限界を押し広げており、電力の最適化が重要な要素として際立っています。 デジタル化が進む世界の需要を満たすためにデータセンターは拡大し続けていますが、電力の効率的な使用はコスト削減戦略であるだけでなく、持続可能性と環境責任に対する基本的なアプローチでもあります。
なぜ電力の最適化が不可欠なのか
・コスト効率: データセンターには莫大なエネルギー需要があるため、電力使用量の最適化は運用コストに直接影響します。 効率的な電力消費はデータセンター運営者にとって大幅な節約につながり、これらの施設の全体的な経済性が向上します。
・環境への影響: 財務上の検討事項を超えて、電力の最適化は環境の持続可能性の目標と一致します。テクノロジーが環境に及ぼす影響が真剣に検討されている時代において、データセンターの二酸化炭素排出量の削減は優先事項となっています。
エネルギー効率を超えて: インフラストラクチャのパフォーマンスの強化
データセンター内の個々のデバイスの電力消費量を削減することは、エネルギー効率に貢献するだけでなく、インフラストラクチャのパフォーマンスを向上させる鍵にもなります。各システムの電力需要を下げることにより、データセンター全体の予算内で利用可能な電力が比例して増加します。 この余剰電力は戦略的に再配分され、システム利用率の向上が可能になります。事実上、デバイスごとの電力の最適化により、データセンターインフラストラクチャが強化され、電力の制約を超えることなく、より多くの計算タスクを処理できるようになります。この動的平衡により、応答性が高く効率的なデータセンターが確保され、デバイスの電力で節約された各ワットがコンピューティング需要を満たすための容量の拡大に貢献します。
データセンターの電力最適化における課題
ただし、データセンターで効果的な電力最適化を実現するには、次のような課題がないわけではありません。
・動的なワークロード: データセンターは、さまざまなワークロードを持つ多様なアプリケーションを抱えています。動的に変化するワークロード全体で電力を最適化するには、需要の変動に適応できる高度なテクノロジーが必要です。
・老朽化したインフラストラクチャ: 多くのデータセンターには、最適な電力効率を実現するように本質的に設計されていない可能性のあるレガシーインフラストラクチャがあります。 このようなインフラストラクチャのアップグレードまたは改修は、包括的な電力の最適化を達成する上で課題を引き起こします。
・冷却要件: データセンターは大量の熱を発生するため、冷却システムが不可欠です。方程式は単純です。デバイスが消費する電力が増えるほど、デバイスを冷却するために必要な電力も増加します。悪循環です。IT機器の消費電力と冷却システムのエネルギー需要のバランスをとることは、全体的な効率を達成する上で複雑な課題となります。企業は、電力使用効率(PUE)を最適化された1:1の比率まで下げるよう努めています。
proteanTecs AVS Pro™ による電力削減
proteanTecsは、データセンターの電源管理という複雑なタスクに最先端のソリューションを導入しました。動的なワークロード、プロセスの変動、環境要因、経年変化の影響などの課題に対応して、proteanTecs AVS Pro™は、従来の適応型電圧スケーリング(AVS)方式をはるかに超えて、ミッションモードでの電力使用量を監視するリアルタイムの詳細なデータアプリケーションを提供します。
何百万ものロジックパスをリアルタイムで継続的に監視するオンチップエージェントを採用することで、AVS Proはタイミング障害に対する最低マージンを独自に識別します。このリアルタイム解析により、システムは実際のタイミングマージンに基づいて供給電圧を動的に調整し、エラーのない機能を確保しながら消費電力を最適化できます。ローカルのオンチップセンサーやエミュレータによって制限される従来のAVS方法とは異なり、AVS Proのマージンエージェントは比類のないカバー範囲を提供し、デバイスの寿命全体にわたる動的な影響に対処します。
AVS Proは、余剰マージンを活用して電力とパフォーマンスの最適化を可能にするだけでなく、タイミング障害に対する保護も行い、信頼性、効率、パフォーマンスの間の均衡を再定義します。
proteanTecs AVS Proの詳細については、ここからホワイト ペーパーをダウンロードしてください。
複数の顧客システムで実証済みのproteanTecs AVS Proは、9～14%の範囲の電力節約を実証しています。データセンターやクラウドプロバイダーにとって、これは年間数百万ドルの節約につながります。
電力の経済学の再定義
システム電力削減による財務上の影響と、インフラストラクチャの使用率への影響を詳しく見てみましょう。上記の節約を考慮に入れて、次のモデルは、データセンターのコストと運用面の両方への影響を評価するための包括的なフレームワークを提供します[＊]。
CPUs
ベースラインの理解: proteanTecsを組み込む前、データセンターはCPUについて次の前提条件に基づいて運用されていました。
• 消費電力(kWh): 0.15
• 使用率: 60%
• PUE: 1.3
• CPUあたりの合計電力(kWh): 0.117
500,000個のCPUと0.10 kW/時間の電力コストを考慮すると、年間電力コストは5,1246,000ドルになります。
proteanTecsの効果影響: proteanTecsテクノロジーの導入により、CPUあたり11%という驚くべき省電力が実現しました。これは年間5,637,060ドルのコスト削減に相当します。
トランザクションパフォーマンスの向上: コスト削減を超えて、CPUあたりの電力削減により、1秒あたりのトランザクション数(TPS)が19億増加する可能性があります。
GPUs
ベースラインの理解: proteanTecsが登場する前は、モデル化されたGPUインフラストラクチャは次のもので構成されていました。
• 消費電力(kWh): 0.35
• 使用率: 60%
• PUE: 1.3
• GPUあたりの合計電力(kWh): 0.273
500,000個のGPUと0.10 kW/時間の電力コストを考慮すると、年間電力コストは合計1億 1,957万4,000 ドルになります。
proteanTecsの効果影響: proteanTecsの実装により、GPUあたり10%の電力節約がもたらされ、データセンターの潜在的な年間コスト削減額は11,957,400ドルに相当します。
FPSの強化: 電力削減が使用率向上に向けられた場合、GPU電力削減に直接起因して、1秒あたりのフレーム数(FPS)は400万増加する見込みです。
AIアクセラレータ
ベースラインの理解: モデル化されたAIアクセラレータのセットアップには、当初次の機能がありました。
・消費電力(kWh)：0.2
• 使用率: 60%
• UE: 1.3
• AIアクセラレータごとの総電力(kWh): 0.156
500,000個のAIアクセラレータと0.10 kW/時間の電力コストを考慮すると、年間電力コストは 6,832万8,000ドルに達します。
proteanTecsの効果影響: proteanTecsの統合により、AIアクセラレータあたり12%の電力削減が実現し、データセンターの年間コスト削減に換算すると8,199,360ドルに相当する可能性があります。
推論速度の急増: 推論に関しては、電力削減により1秒あたりの推論(Inf/s)が123億という驚くべき増加を経験する可能性があります。
このケーススタディは、CPU、GPU、AIアクセラレータを含むデータセンターエレクトロニクス全体にわたるproteanTecsの変革的な影響を強調しています。 このテクノロジーは大幅なコスト削減を超えて、計算能力の向上を可能にし、データセンター効率のパラダイムシフトを実証します。
OPEX から CAPEX へ（費用から資本支出へ）
デバイスごとのエネルギー消費量を削減すると、すぐに電力/パフォーマンスのメリットが得られるだけでなく、無数のさらなるメリットへの扉が開かれ、インフラストラクチャ全体に波及効果が生まれます。 注目すべき利点の1つは、システムの寿命が延長されることです。 電力使用量を最適化することで、ハードウェアコンポーネントの劣化磨耗が軽減され、寿命が長くなり、平均故障時間 (MTTF)が向上します。これにより、ハードウェア交換の必要性が先送りされるため、メンテナンスコストの削減と資本支出(CAPEX)の削減に貢献します。 今日のデータセンターの状況では、設備投資の最適化が最も重要な戦略です。従来の3～4年のハードウェア交換サイクルから、より持続可能な5～6年のサイクルに移行し、耐用年数を最大化し、インフラストラクチャの長期的な存続可能性を強化することを目指すことが可能となります。
結論
proteanTecs 電力削減ソリューションの一部であるAVS Proは、電力管理テクノロジの大幅な進歩を実現し、既存の方法による制約に対応します。業界初のタイミングマージンとアプリケーション固有のワークロードのリアルタイム監視により、信頼性を維持しながら消費電力を最適化するための包括的なソリューションを提供します。利点としては、動的電力の削減、タイミング障害に対する保護、デバイスの耐用年数にわたる変化する条件に適応する機能などが挙げられます。 proteanTecs AVS Proの統合は、データセンターの電力消費における進化する課題に直面して、優れた電力効率とパフォーマンスを達成するための戦略的な動きです。
データセンターの電力最適化に向けた取り組みは、情報技術環境のより持続可能で効率的な未来を形作る上で極めて重要なステップとなります。課題や制限があるにもかかわらず、proteanTecsのようなテクノロジーの進歩は、大幅な改善の可能性を示しています。
proteanTecs AVS Proは既に実績があり、大手半導体メーカー、ハイパースケールクラウドベンダー、モバイルブランドのICに使用されています。このソリューションは、3nmまでの高度なプロセスノードに組み込まれています。
proteanTecs AVS Proについて詳しく知りたい方は、デモの予約をお願い致します。
[＊]： モデルは仮定に基づいた推定値として提供しています。 実際の結果は、特定のハードウェア構成、ワークロード、使用パターン、データセンター環境によって異なる場合があります。