Autora / Editor: Astrid Hennevogl-Kaulhausen* / Ulrike Ostler**

O que os sistemas UPS modulares fornecem? Quais as vantagens dos sistemas de esfriamento modular? Astrid Hennevogl-Kaulhausen, Chefe de Vendas de Soluções para Infraestrutura de Missão Crítica (MCIS), e UPS na Alemanha, Delta Energy Systems, tem algumas respostas.

O que diferencia centros de dados modulares de abordagens convencionais, e quais são os benefícios concretos que eles oferecem para a empresa? Para quais exigências eles são a solução ideal? Como eles devem ser projetados, de maneira a oferecer todos os benefícios técnicos e econômicos?

Computação em nuvem, big data, e a Internet das Coisas (IoT) precisam de centros de dados com desempenho e flexibilidade significativamente mais altos. As exigências variam desde fases simples e curtas de planejamento à implantação rápida de aplicativos e ao redimensionamento contínuo durante operações em andamento, até melhor eficiência energética e rentabilidade.

Uma abordagem para o gerenciamento da complexidade crescente e de maiores exigências é a construção de centros de dados modulares. Na prática, isso significa: Sistemas de esfriamento, fornecimento de energia e gerenciamento de energia são divididos em componentes e módulos individuais. Qualquer subárea do centro de dados é projetada de acordo com um padrão uniforme com base em seu tamanho, volume de trabalho e configuração. Isso garante uma operação livre de falhas e independente, sem recursos compartilhados.

Três vantagens dos centros de dados modulares, em resumo:

1. Padronização alta, qualidade mais alta
   A padronização alta de componentes e processos permite a produção em massa; isso significa custos mais baixos, qualidade mais alta, reparo mais fácil e tempo de espera mais curto.

2. Expansibilidade alta, flexibilidade maior
   A estrutura modular permite a fácil expansão e ajuste das exigências de TI. A instalação, atualização e reconfiguração de componentes independentes e interfaces torna as expansões muito mais baratas.

3. Tempo Médio para Reparo (MTTR) Mais Curto
   Recursos de modularidade, flexibilidade e conexão por tomada significam que muitas operações - ex. equipamentos de pré-cabeamento e distribuidor antes da entrega ou consertos de módulos padrão - podem ser realizadas pelo fabricante com qualidade ideal e rentabilidade. Um módulo que seja configurado ou consertado na planta muito dificilmente será a origem de quaisquer falhas.

Quais são os benefícios da padronização?

1. Economiza tempo e custos
   O alto grau de padronização em centros de dados modulares é uma das vantagens mais importantes: Ele está em torno de 90 por cento, tornando-o o motivo mais importante para tempos curtos de implantação, rentabilidade e redimensionamento. Quando se trata de custos, há três fatores primários que levam à economia, em comparação com centros de dados convencionais. O primeiro é o uso eficiente de espaço e a redução associada em custos de construção, o segundo é a previsão segura de custos de módulo, e o terceiro é a alta eficiência energética.
   
   Centros de dados construídos por meio do uso de componentes pré-fabricados e padronizados já têm custos de construção significativamente mais baixos: Os custos de projeto, gerenciamento e construção pronta para operação são 30 por cento mais baixos do que aqueles para centros de dados convencionais. O tempo de construção pura é de geralmente poucas semanas. Estimativas anteriores da construção até o início das operações ficavam em torno de 400 dias; para centros de dados modulares, este período é de apenas poucos meses.
   
   A produção em massa dos módulos e a tecnologia padronizada de conexão são os motivos principais para tempos de construção mais rápidos e início mais rápido das operações: Os módulos são testados antecipadamente, desta forma reduzindo drasticamente o tempo para configuração e conexão no local. Centros de dados modulares também fornecem soluções para configuração, tais como N, N + 1 e 2N, e eles suportam reservas de energia de acordo com as exigências do cliente: Isso proporciona o nível mais alto de certificação para centros de dados, Tier 4, pelo TIA-942.

2. Alta qualidade a partir de alta padronização
   A forma pela qual os cabos são colocados e gerenciados também tem um impacto direto na configuração e estabilidade de todo o sistema de TI e dos custos. No centro de dados modular, todos os cabos de dados e de energia são padronizados e pré-configurados, assim eles podem ser colocados, gerenciados e reparados facilmente e de maneira rentável.
   
   Além disso, graças ao projeto modular, padronizado e altamente integrado, centros de dados modulares são ainda mais estáveis – especialmente se os módulos são do mesmo fornecedor e são configurados e testados antes do início das operações. Todos os módulos, tais como fornecimento de energia, esfriamento, racks, cabeamento e um sistema de monitoramento para gerenciamento de energia e ventilação são projetados para a perfeita interação.

Sistemas UPS modulares – Não apenas dimensionáveis, mas energeticamente eficientes

Custos de energia mais baixos, fornecimento de energia confiável

Os custos de energia no centro de dados compõem o maior componente do custo total de propriedade (TCO). A PUE (Eficácia de Uso de Energia – o consumo total de energia de um centro de dados dividido pelo consumo de energia de TI) é geralmente alta em centros de dados convencionais. Ela fica geralmente em torno de 2,0 ou mais alta. Isso significa: somente metade da energia é gasta no volume de trabalho em TI. A outra metade é consumida pela infraestrutura física e crítica, tal como fornecimento de energia, esfriamento e iluminação.

Figura 1: UPS Modular para expansão impecável do centro de dados

Centros de dados modulares são muito mais eficazes: eles permitem a coordenação ideal entre a capacidade e o volume de trabalho dos sistemas de energia e esfriamento, melhorando a eficiência e evitando a configuração excessiva. Com suprimentos modulares de energia ininterrupta (UPS), por exemplo, é fácil simplesmente aumentar o número de módulos de fornecimento de energia quando você precisar expandir o centro de dados. Isso significa: maior crescimento, facilitando a implementação da "expansão impecável" do UPS (vide Figura 1).

Para economizar energia, a eficiência dos componentes deve ser aumentada e o volume de trabalho deve ser aumentado. UPS modernos podem ser usados para reduzir de maneira significativa os custos de energia, em comparação com o UPS convencional.

Geralmente, os centros de dados são instalados com suprimentos de energia N+X redundantes, ou mesmo configurações 2N (Barramento duplo) para garantir operações confiáveis. Isso significa que a porcentagem do volume de trabalho geralmente fica em torno de 30 a 40 por cento, ou até menos.

Figura 2: Alta eficiência a um volume de trabalho baixo: Um UPS com alta eficiência utiliza aproximadamente 5 por cento menos energia do que um UPS convencional.

De acordo com um relatório de 2013 da Gartner, empresa de pesquisa de mercado, além da eficiência do UPS a um volume máximo de trabalho, ela também é particularmente importante para se considerar a curva de eficiência (vide Figura 2) a um volume de trabalho entre 20 e 100 por cento, de maneira a identificar o estado ideal de "alta eficiência a um volume de trabalho baixo".

Se você levar em conta as diferenças de volume de trabalho no centro de dados durante o dia e a noite, então um UPS modular altamente eficiente – por exemplo, com uma capacidade de 200 kVA – consome aproximadamente 5 por cento menos energia do que um UPS convencional (vide: tabela 1).

Tabela 1: Cálculo e comparação de custos de energia de UPS

Tecnologia inteligente de esfriamento

Centros de dados modulares usam corredores quentes e frios separados e unidades de esfriamento em série, para garantir o esfriamento de racks compactos integrados e para reduzir perdas de energia com esfriamento. A densidade de racks individuais pode ser aumentada para mais de 20 quilowatts.

Se você conectar placas de supressão em locais do rack onde nenhum servidor estiver instalado, 95 por cento do ar frio passa diretamente via corredores frios nos racks do servidor. O ar quente liberado de todos os racks é então alimentado de volta por meio da unidade de esfriamento e não circula para a frente do rack. Um sistema de contenção para o corredor frio ou quente no centro de dados modular aumenta a utilização e reduz o consumo.

Figura 3: Simulação de fluxo de ar em um centro de dados com duas "contenções de corredor quente". Está claro que não há mistura de ar quente e frio aqui. O ar quente é retido no corredor quente contido.

Este método de esfriamento "em fila" melhora o desempenho de esfriamento, porque o ar frio é guiado diretamente para os pontos quentes. Além disso, a contenção do corredor frio é isolada para prevenir a mistura de ar frio e quente e para prevenir a formação de ilhas quentes (vide: Figura 3). O desempenho de esfriamento em centros de dados modulares é 12 por cento maior em comparação com centros de dados convencionais. Quando o esfriamento do tipo água gelada e o esfriamento livre são combinados, a PUE pode ser reduzida a menos do que 1,5.

Por último, mas não menos importante, sistemas inteligentes de gerenciamento ajudam a reduzir custos de energia. Por exemplo, análises de big data podem ser usadas para criar planos de economia de energia e adaptá-los de maneira dinâmica.

Densidade de energia mais alta no rack

Como o componente central do serviço de TI do centro de dados, o rack consiste na estrutura física, na estrutura de suporte, instalação e compatibilidade dos equipamentos de TI, gerenciamento térmico (entrada de ar, saída de ar, gerenciamento do fluxo de ar), distribuição de energia (fornecimento duplo de energia, gabinete de distribuição montável no rack), gerenciamento de cabo (cabos de energia e dados) e muito mais.

Graças à padronização destes componentes, é possível aumentar a densidade de compactação dos racks em centros de dados modulares – eles precisam de aproximadamente 35 por cento menos energia, e fornecem o mesmo desempenho em uma área menor. Isso significa que em poucos anos, um centro de dados modular que abranja uma área de aproximadamente 800 m² e com uma saída de calor de 20 kW por rack atingirá os mesmos valores de desempenho que um centro de dados de 3.000 m² hoje em dia. As economias – com base em custos de construção – giram em torno de 700.000 a 2 milhões de euros.

Vantagens das soluções em centros de dados modulares da Delta

1. Centros de dados modulares usam um sistema de fiação suspensa e o rack de cabeamento interno é conectado à parte superior dos racks modulares. Eletricidade de baixa e alta tensão são separadas.

2. Os gabinetes de distribuição de energia fornecem o abastecimento de energia para os gabinetes da rede.

3. A bateria/fonte de alimentação recarregável pode ser instalada no compartimento de bateria.

4. Centros de dados modulares são monitorados com ou sem o painel colorido digital, que é designado para cada módulo. Um upload de informações é executado via painel digital para o primeiro ou via Unidade de Processamento para Coleta de Dados (DAM) para o último.

5. Centros de dados modulares são equipados com sistemas de proteção para iluminação classe B e C.

6. O painel digital (opcional) exibe informações sobre os gabinetes de distribuição de energia, esfriamento de precisão, o ambiente nos racks, vazamentos de água, temperatura, umidade, detecção de fumaça, status da porta e muito mais.

7. O UPS e o esfriamento de precisão têm o mesmo formato, tamanho e cor. Todos os gabinetes têm uma estrutura altamente integrada.

8. Todos os sistemas UPS, de esfriamento de precisão e de monitoramento são desenvolvidos pela Delta. As tecnologias de núcleo e o conhecimento específicos são originários do centro de pesquisa e desenvolvimento da Delta.

9. Os sistemas de fornecimento de energia, distribuição de energia e baterias para centros de dados modulares pequenos e médios são integrados a um único gabinete (UPS Modulon série DPH 75kW) de maneira a reservar espaço mais valioso para os equipamentos principais de TI.

No entanto, a energia computacional crescente por rack requer sistemas especiais de esfriamento e fornecimento de energia. Isso requer uma combinação de conceitos de corredor quente/frio combinados com esfriamento de água e "Unidades de Distribuição de Energia" (PDUs) modulares no rack. Isso torna possível a redução das exigências de energia dos sistemas em aproximadamente um terço por rack.

Projeto modular: "sistema de repartição"

As novas estruturas modulares oferecem a maior flexibilidade possível para atender a desafios futuros. Exemplo: Se você terceiriza aplicativos específicos para a nuvem, isso muda a demanda por energia no centro de dados. Como o consumo reduzido de energia proporciona um potencial ainda maior de economia, o UPS e a solução de esfriamento devem ser adaptados para as necessidades de energia.

Para sistemas UPS modulares, você pode utilizar módulos de energia para aumentar ou diminuir a capacidade de energia, se necessário, sem afetar a redundância N + 1 ou o tempo de reserva disponível. Se a solução de esfriamento fizer parte do "projeto modular", isso também pode ser adaptado com uma abordagem dimensionável. A principal vantagem é a capacidade de implementar tanta infraestrutura quanto for necessário, ao mesmo tempo em que se mantém a opção de adaptar o sistema, de maneira flexível, em todas as áreas – energia, esfriamento e gerenciamento.

Agora há muitas opções para implementação de um conceito de centro de dados modular. Essas opções variam desde soluções de módulos individuais para racks até contêineres como unidades completas para centros de dados e células de energia. Geralmente, a aquisição de UPS modular é o primeiro passo, já que isso facilita e simplifica a conversão do centro de dados. Em todas essas abordagens, o projeto modular garante um custo previsível de construção, instalação, reparo e manutenção.

* Astrid Hennevogl-Kaulhausen é Chefe de Vendas de Soluções para Infraestrutura de Missão Crítica (MCIS)/UPS na Alemanha, Delta Energy Sy

** Ulrike Ostler é o editor-chefe do DataCenter insider, uma publicação online e impressa na Alemanha, com enfoque nas áreas de TI e centros de dados

Delta, uma líder global em soluções de gerenciamento térmico e de energia, mostrará, na CeBIT 2017, suas soluções inovadoras em centros de dados modulares, que abordam exigências computacionais de alto nível na era da Internet das Coisas (IoT). O centro de dados modular InfraSuite da Delta é uma arquitetura inteligente e flexível, indicada para aplicações em pequenas e médias empresas. Além da integração dos principais sistemas de energia, esfriamento, racks e monitoramento, a contenção de corredor frio ou quente também fornece um gerenciamento superior do fluxo de ar, de maneira a aprimorar a eficiência de esfriamento.

Damos-lhe as boas vindas para que visite e conheça nossas novas soluções para centros de dados avançados conteinerizados, gestão de energia, soluções eficientes de esfriamento e uma demonstração ao vivo de DCIM em nosso stand da Delta, localizado no Stand D83, Corredor 12 durante a CeBIT 201 7 em Hannover, Alemanha, de 20 a 24 de março.