Автор / редактор: Астрид Хеннефогль-Каульхаузен* / Ульрике Остлер**

Каковы преимущества модульных ИБП и систем охлаждения? На этот вопрос отвечает Астрид Хеннефогль-Каульхаузен (Astrid Hennevogl-Kaulhausen), руководитель подразделения Mission Critical Infrastructure Solutions (MCIS) и отдела продаж ИБП в Германии в компании Delta Energy Systems.

Чем модульные ЦОД отличаются от традиционных и в чем заключаются их преимущества для бизнеса? Под какие требования они идеально подходят? Как следует проектировать такие ЦОД, чтобы получить от них максимальную отдачу как в техническом, так и в экономическом плане?

Компаниям, работающим в сфере облачных вычислений, больших объемов данных и Интернета вещей, необходимы ЦОД, обладающие гораздо более высокой производительностью и гибкостью. Среди их требований к ЦОД: простой и короткий этап планирования, быстрое развертывание необходимых приложений, простое масштабирование без прерывания эксплуатации, высокая энергоэффективность и рентабельность.

Один из способов решений проблемы возрастания сложности и требований — строительство модульных ЦОД. По сути, это означает разбиение систем охлаждения, питания и управления энергопотреблением на отдельные компоненты и модули. Каждый участок ЦОД проектируется в соответствии с единым стандартом на основе его размера, рабочей нагрузки и конфигурации. Это позволяет обеспечить безотказную, независимую работу ЦОД.

Три преимущества модульных ЦОД:

1. Стандартизация и высокое качество.
   Высокий уровень стандартизации компонентов позволяет выпускать их серийно, а это обеспечивает снижение затрат, повышение качества, упрощение ремонта и сокращение сроков изготовления.

2. Расширяемость и гибкость.
   Модульная структура позволяет легко наращивать мощность при повышении требований в будущем. Независимость компонентов и интерфейсов значительно снижает стоимость монтажа, обновления и переконфигурации при расширении ЦОД.

3. Сокращение среднего времени восстановления после отказа.
   Благодаря модульности, гибкости и разъемным соединениям многие операции, например, такие как предварительная разводка кабеля или ремонт стандартных модулей, могут выполняться изготовителем с оптимальным качеством и рентабельностью. Модуль, который настраивается или ремонтируется в заводских условиях, вряд ли сможет стать причиной сбоя.

Каковы преимущества стандартизации?

1. Экономия времени и средств.
   Высокий уровень стандартизации в модульных ЦОД является одним из их важнейших преимуществ. Значение уровня стандартизации достигает 90%, поэтому он становится главным фактором, обусловливающим краткие сроки развертывания, рентабельность и масштабируемость. Что касается затрат, существуют три основных фактора, которые позволяют экономить больше средств по сравнению с традиционными ЦОД. Первый — это эффективное использование пространства, приводящее к снижению затрат на строительные работы; второй — надежное прогнозирование затрат на модули; а третий — высокая энергоэффективность.
   
   На строительство ЦОД с использованием готовых и стандартизованных компонентов тратится значительно меньше средств. Траты на проектирование, управление и строительство под ключ на 30% ниже по сравнению с традиционными ЦОД. Чистая продолжительность строительно-монтажных работ обычно составляет всего несколько недель. Раньше период от начала строительства до начала эксплуатации обычно составлял около 400 дней, а у модульных ЦОД это занимает всего несколько месяцев.
   
   Серийный выпуск модулей и стандартизованная технология подключения обусловливают малую продолжительность строительно-монтажных работ и быстрый пуск в эксплуатацию. Тестирование модулей проводится заранее, благодаря чему значительно сокращаются затраты времени на настройку и подключение на месте монтажа. Модульные ЦОД поддерживают варианты резервирования питания в соответствии с требованиями клиента. Могут быть реализованы такие схемы резервирования, как N, N+1 и 2N. Это позволяет достичь высшего уровня сертификации ЦОД Tier 4 согласно стандарту TIA-942.

2. Высокое качество благодаря стандартизации.
   Способ разводки кабелей также имеет непосредственное влияние на стабильность всей ИТ-системы, а также на объем затрат. В модульном ЦОД все силовые кабели и кабели для передачи данных стандартизованы и предварительно подобраны, что позволяет легко и с низкими затратами производить их разводку и ремонт.
   
   Кроме того, благодаря модульной, стандартизованной и высокоинтегрированной конструкции модульные ЦОД обладают большей стабильностью, в особенности если все модули заказаны у одного поставщика, настроены и протестированы до пуска в эксплуатацию. Источники питания, система охлаждения, стойки, кабельная система и система мониторинга, которая управляет энергопотреблением и вентиляцией, идеально взаимодействуют друг с другом.

Модульные ИБП: не только масштабируемые, но и энергоэффективные

Снижение расходов на электроэнергию, надежное обеспечение питанием

Расходы на оплату электроэнергии являются крупнейшей составляющей в общей стоимости владения ЦОД. Коэффициент эффективности энергопотребления (отношение общего энергопотребления ЦОД к энергопотреблению ИТ-оборудования) в традиционном ЦОД обычно высок. Его значение часто составляет 2 или даже выше. Это означает, что только половина энергии тратится на полезную ИТ-нагрузку. Другая половина потребляется физической и критически важной инфраструктурой, такой как источники питания, системы охлаждения и освещения.

Рис. 1. Удобство наращивания мощности ЦОД благодаря модульным ИБП.

Модульные ЦОД намного более эффективны: они обеспечивают оптимальное соотношение между производительностью и рабочей нагрузкой систем энергоснабжения и охлаждения, позволяя повысить их эффективность и избежать лишних операций по настройке. Например, при использовании модульных источников бесперебойного питания (ИБП) можно просто увеличить число модулей, чтобы нарастить мощность ЦОД (см. рис. 1).

Для экономии энергии необходимо повысить КПД компонентов и снизить рабочую нагрузку. Современные ИБП позволяет значительно сократить расходы на оплату энергии по сравнению с традиционными источниками питания.

Для обеспечения надежности в ЦОД обычно устанавливаются ИБП со схемой резервирования N+X или даже 2N (с двойной шиной). Это означает, что рабочая нагрузка обычно составляет от 30 до 40% или даже меньше.

Рис. 2. Высокая эффективность при низкой рабочей нагрузке. ИБП с высоким КПД потребляет примерно на 5% меньше энергии, чем традиционный.

Согласно опубликованному в 2013 году отчету компании Gartner, занимающейся исследованиями рынка, помимо КПД ИБП при полной рабочей нагрузке, также важно учитывать кривую КПД (см. рис. 2) при рабочей нагрузке в диапазоне от 20 до 100% для подтверждения идеальной ситуации: высокий КПД при низкой рабочей нагрузке.

Если принять в расчет разницу в дневных и ночных нагрузках в ЦОД, то высокоэффективный модульный ИБП (например, мощностью 200 кВА) потребляет примерно на 5% меньше энергии, чем традиционный (см. таблицу 1).

Таблица 1. Расчет и сравнение расходов на оплату энергии, потребляемой ИБП

Интеллектуальная технология охлаждения

Для охлаждения компактных объединенных стоек и уменьшения потерь энергии охлаждения в модульных ЦОД используются системы горячих и холодных коридоров, а также кондиционеры. Плотность мощности в отдельных стойках может быть увеличена более чем на 20 кВт.

Если поставить на стойках заглушки в тех местах, где не установлены серверы, 95% потока холодного воздуха пройдет непосредственно по холодным коридорам. Горячий воздух, исходящих от всех стоек, в таком случае будет подаваться на кондиционер, а не на переднюю часть стойки. Система горячих и холодных коридоров в модульном ЦОД повышает эффективность использования пространства и сокращает энергопотребление.

Рис. 3. Модель воздушного потока в ЦОД с 2 горячими коридорами. Видно, что горячий и холодный воздух не смешиваются. Горячий воздух остается в горячем коридоре.

Такой метод межрядного охлаждения чрезвычайно эффективен, так как холодный воздух направляется непосредственно в места, нуждающиеся в охлаждении. Кроме того, холодный коридор изолирован, чтобы предотвратить смешивание холодного и горячего воздуха и образование "горячих островков" (см. рис. 3). Эффективность охлаждения в модульных ЦОД на 12% выше, чем в традиционных. При совместном использовании систем водяного и естественного охлаждения коэффициент эффективности энергопотребления можно уменьшить до 1,5 и ниже.

Что не менее важно, системы интеллектуального управления помогают сократить расходы на электроэнергию. Методы анализа больших объемов данных, реализованные в этих системах, можно применить для разработки планов экономии энергии и их постоянной динамической корректировки

Повышение плотности мощности в стойке

Базовый компонент ИТ-оборудования ЦОД — это стойка. Стойка представляет собой несущую конструкцию, в которой смонтированы ИТ-оборудование, средства терморегулирования (воздухозаборники, воздуховыпускные отверстия, средства управления воздушным потоком), устройства распределения питания (сдвоенные источники питания, монтируемый в стойке кабинет распределения питания), кабельная разводка (силовые кабели и кабели передачи данных), а также многое другое.

Благодаря стандартизации этих компонентов можно повысить плотность монтажа у стоек в модульных ЦОД. Они потребляют на 35% меньше энергии и обеспечивают такой же КПД на меньшей площади. Это означает, что через несколько лет модульный ЦОД площадью около 800 м² с теплоотдачей 20 кВт на стойку будет иметь такой же КПД, как у ЦОД площадью 3000 м² сегодня. Экономия (рассчитанная на основе затрат на строительно-монтажные работы) составит от 700000 до 2 млн евро.

Преимущества решений для модульных ЦОД от Delta

1. В модульных ЦОД используется подвесная кабельная проводка. Стойка с внутренней кабельной проводкой крепится над модульными стойками. Высоковольтные и низковольтные кабели размещаются отдельно.

2. Кабинеты распределения питания обеспечивают питанием сетевые шкафы.

3. Батарея/подзаряжаемый портативный источник питания устанавливается в батарейный отсек.

4. Мониторинг модульных ЦОД может осуществляться с помощью цветной сенсорной панели, назначаемой отдельно каждому модулю. Если такие панели не используются, информация загружается через мейнфрейм сбора данных (Data Acquisition Mainframe, DAM).

5. Модульные ЦОД оборудуются системами молниезащиты класса B и C.

6. Сенсорный экран (доступен опционально) отображает информацию о кабинетах распределения питания, системах прецизионного охлаждения, условиях в стойках, попадании воды, температуре, влажности, задымлении, состоянии дверей и других параметрах.

7. ИБП и кондиционеры прецизионного охлаждения имеют одинаковую форму, размер и цвет. Все кабинеты имеют конструкцию с высокой степенью интеграции.

8. Все ИБП, прецизионные кондиционеры и системы мониторинга разрабатываются компанией Delta. В них используются технологии и наработки центра НИОКР Delta.

9. Системы подачи и распределения питания, а также батареи для модульных ЦОД малого и среднего размера помещаются в одном корпусе (ИБП Modulon DPH 75 кВт). Это позволяет освободить больше ценного места для крупного ИТ-оборудования.

Тем не менее, рост вычислительной мощности на стойку требует использования специальных систем охлаждения и питания. Необходимо использовать систему горячих и холодных коридоров в сочетании с кондиционерами с водяным охлаждением и блоками распределения питания в стойке. Это позволяет снизить энергопотребление систем в стойке почти на одну треть.

Модульная конструкция: оплата по факту

Новые модульные устройства обеспечивают невероятную гибкость и позволяют удовлетворять возрастающие потребности в будущем. К примеру, если вы передадите некоторые приложения в облако, это изменит потребность в обеспечении ЦОД энергией. Поскольку снижение энергопотребления позволяет значительно экономить средства, необходимо адаптировать ИБП и систему охлаждения к новым требованиям по питанию.

Модульные ИБП позволяют использовать отдельные силовые модули для повышения или понижения общей мощности при возникновении такой необходимости, не меняя схему резервирования N + 1 или длительность автономной работы. Если система охлаждения имеет модульную конструкцию, ее также можно масштабировать. Основное преимущество — это внедрение инфраструктуры в требуемых объемах с сохранением возможности гибкой адаптации всех аспектов системы: питания, охлаждения и управления.

Сейчас доступно множество вариантов реализации концепции модульного ЦОД. Вы можете выбрать модули в виде отдельных стоек, контейнеры с полноценным ЦОД или элементы питания. Часто первым шагом может быть закупка модульных ИБП, так как это упрощает модернизацию ЦОД. В любом случае, модульная конструкция обеспечивает прогнозируемость строительства, монтажа, обслуживания и стоимости эксплуатации.

* Астрид Хеннефогль-Каульхаузен (Astrid Hennevogl-Kaulhausen) — руководитель подразделения Mission Critical Infrastructure Solutions (MCIS) и отдела продаж ИБП в Германии в компании Delta Energy Systems

** Ульрике Остлер (Ulrike Ostler) — главный редактор DataCenter Insider, немецкого печатного и онлайн-журнала, посвященного ИТ и ЦОД

Компания Delta, мировой лидер в области решений для терморегулирования и управления электропитанием, представит на выставке CeBIT 2017 свои инновационные решения для модульных ЦОД, удовлетворяющие самым высоким требованиям к вычислениям в эпоху Интернета вещей. Модульный ЦОД и Delta InfraSuite — гибкое интеллектуальное решение для малого и среднего бизнеса. Помимо интеграции основных систем, таких как системы питания, устройства охлаждения, стойки и системы мониторинга, решение также предусматривает холодные и горячие коридоры, которые обеспечивают передовые возможности управления воздушным потоком, повышающие эффективность охлаждения.

Приглашаем вас познакомиться с нашими новыми передовыми контейнерными решениями для ЦОД, решениями для управления электропитанием и эффективного охлаждения, а также посмотреть демонстрацию системы управления инфраструктурой ЦОД. Экспозиция Delta расположится на стенде D83 в зале 12 на выставке CeBIT 2017, которая будет проходить в Ганновере (Германия) с 20 по 24 марта.