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    Estrategias de energía y refrigeración del centro de datos para aumentar la densidad de energía del bastidor

    Como el rápido crecimiento de la densidad de energía por rack en los centros de datos se convierte en una tendencia, las empresas deben encontrar maneras más efectivas de enfrentar los desafíos de energía, refrigeración y espacio que vienen junto. Afortunadamente, los expertos de Delta están integrando el concepto de modularización en productos y soluciones diseñadas para centros de datos para ofrecer más flexibilidad y prepararse para aumentar la carga de trabajo.

    En los últimos años, los centros de datos enfrentan a muchos desafíos debido a cambios rápidos en las tecnologías y las tendencias de TI. Los centros de datos de alta densidad se han convertido en un problema que las empresas deben afrontar.

    A medida que las personas tienen demandas más estrictas para los servicios de Internet, las empresas deben pensar en maneras de satisfacer las expectativas de los usuarios en cuanto a disponibilidad 24 horas al día, 7 días a la semana. El número de servidores continúa aumentando mientras que otros recursos y capacidades de computación se incorporan en casos más pequeños y menores. Servidores de Blade Small Form Factor (SFF) a servidores Hyperscale hasta la infraestructura compuesta que se utilizan para lograr cuadros más flexibles, se están desarrollando en respuesta a esta demanda.

    Servidores de densidad más alta significan que es necesario un mayor consumo de energía para cada servidor. A medida que el mundo se concentra cada vez más en el consumo de energía, las empresas empezaron a tratar más seriamente las cuestiones de eficiencia energética y las responsabilidades medioambientales. La tecnología de virtualización ofrece soluciones para empresas que permiten a cada servidor manipular una carga de trabajo mayor para que se utilicen al máximo. En la actual fase de la tendencia global de la nube, muchas empresas ya ven "Cloud First" (Nube Primero) como una de las principales estrategias. Más presupuestos de TI están invirtiendo en infraestructura de TI y software relacionados con la "nube" y algunas organizaciones empresariales o proveedores de TI usan "Cloud Only" (Sólo Nube) como su estrategia principal. Cuando los servidores están densamente colocados en centros de datos en la nube, definitivamente traerá mayores desafíos de mantenimiento.

    Desde el desarrollo de las plataformas de movilización y redes sociales, los datos necesarios para el poder de computación masiva para analizar y extraer han aumentado rápidamente. Con el continuo desarrollo de Internet de las Cosas (IoT), los datos recopilados a través de sensores se orientar a los centros de datos de backend para realizar grandes análisis de datos. Estos cambios están llevando a los centros de datos a desarrollarse hacia la alta densidad. Con el rápido crecimiento de la densidad del equipo del centro de datos, los centros de datos construidos a lo largo de conceptos tradicionales ya no son suficientes.

     

    Problemas potenciales de alta densidad de energía

    De acuerdo con un informe de investigación de Colocation America (2014), la densidad de energía de un gabinete de bastidor único en centros de datos fue de aproximadamente 6kW en 2008, que alcanzó 12 kW en 2016. Se estima que para 2020 la densidad de potencia de un gabinete de bastidor único en centros de datos alcanzará los 16,5 kW. Por ejemplo, cuando Intel instaló dos fundiciones en un centro de datos verde con alta densidad de energía, la densidad de energía por rack alcanzó hasta 43kW.

     ¿Cuál es la densidad de energía media (en kW) por rack en su centro de datos?

    Fuente: Colocation America, 2014

    Como el rápido crecimiento de la densidad de energía por rack en los centros de datos se convierte en una tendencia, las empresas deben encontrar maneras más efectivas de enfrentar los desafíos que vienen junto. Por ejemplo, la alta densidad alcanza un mejor uso del espacio y el tiempo de respuesta de fallo del sistema es significativamente reducido. Sin embargo, una vez que hay un fallo de energía, las grandes cantidades de calor generadas por el equipo no se pueden extraer y resultará en un apagado del servidor.

    La densidad de potencia cada vez mayor también ha superado las capacidades de procesamiento de la mayoría de las instalaciones antiguas. En los años anteriores, cada bastidor en un centro de datos fue diseñado para una densidad de potencia de 6kW. Sin embargo, cuando se enfrentan con racks de alta densidad de 15 kW o superiores, las instalaciones claramente no cumplen los requisitos. Cuando las empresas utilizan tecnología que requiere recursos masivos, como la computación en nube o el análisis de datos, también enfrentan problemas de expansión para la diferencia entre las capacidades disponibles y necesarias. En el pasado, el diseño de refrigeración del centro de datos asumió que la carga de trabajo de TI era uniforme y bien distribuida, pero el entorno operativo real no era así, especialmente en ciertos gabinetes de rack de alta densidad. Las empresas están percibiendo que sus capacidades de enfriamiento son seriamente insuficientes.

    El mecanismo de energía de copia de seguridad originalmente diseñado para centros de datos también puede desaparecer debido a esta deficiencia. El UPS original y el sistema de enfriamiento diseñado con la configuración N + 1 se verán obligados a ser totalmente operativos debido a las capacidades insuficientes y perderán sus funciones de copia de seguridad. Además, tras la implementación de soluciones de virtualización, los equipos de TI también pueden mover máquinas virtuales dinámicamente. Las cargas del centro de datos también cambiarán debido a eso y los puntos calientes llegar a ser difíciles. Los requisitos de energía también cambiarán y resultará en paradas innecesarias.

     

    La modularización emergente ofrece mayor flexibilidad

    Los centros de datos de alta densidad todavía tienen muchos problemas potenciales a medida que los administradores de los centros de datos se enfrentan a una mayor presión. Además de mantener un entorno informático cada vez más denso y mejorar su disponibilidad, también deben reducir los costos y aumentar la eficiencia. Afortunadamente, los expertos de la industria están integrando el concepto de modularización en productos y equipados diseñados para centros de datos para ofrecer más flexibilidad y prepararse para aumentar la carga de trabajo.

    En la etapa actual, los principales conceptos de modularización se aplican en proyectos de espacio e instalaciones. La modularización espacial se refiere al uso de módulos de infraestructura de TI, gabinetes de bastidor e instalaciones suministradas para que el equipo de TI funcione. Uno depende y se relaciona con el otro. En la práctica, los espacios de los centros de datos en las empresas se utilizan para evaluar las necesidades de capacidad de los servicios existentes y futuras consideraciones de expansión y se dividen en espacios más pequeños y vistos como módulos. La modularización de instalaciones se refiere al uso de proyectos modulares para infraestructuras, incluyendo sistemas de energía, como UPS, gabinetes de distribución de energía, enfriamiento en línea, racks de servidores y contención de pasillo frío / caliente.

    "El desarrollo de la tecnología de TI está cambiando todos los días y la infraestructura se está desarrollando para arquitecturas de" microservice ". En pocas palabras, la arquitectura 'microservice' se refiere al uso de la modularización para formar aplicaciones complicadas a gran escala. Las soluciones modulares se desarrollaron hace algunos años para la infraestructura del centro de datos para ofrecer flexibilidad a las empresas que responden a las necesidades de expansión y para superar la insuficiencia de energía y enfriamiento y desafíos espaciales, dijo el Dr. Charles Tsai, gerente general de la unidad de negocio de soluciones de infraestructura de misión crítica de Delta.

     

    La modularización del sistema UPS

    De acuerdo con una encuesta realizada por un proveedor de UPS, aproximadamente el 50% de los encuestados creen que la principal causa de interrupción de energía en los centros de datos es el fallo en el equipo de UPS. Esto muestra lo importante que los sistemas UPS son para mantener los centros de datos. A medida que los centros de datos adquieren mayores densidades, deben sustituir los sistemas UPS antiguos con eficiencia como una consideración importante. Los sistemas UPS diseñados hace diez años generalmente tienen una eficiencia del 85% al operar con 40% de carga para servir servidores de entrada de energía doble. La eficiencia energética de los sistemas UPS actuales es aún mayor. Tome la solución UPS de Delta, por ejemplo, bajo una carga de carga del 20%, la eficiencia de CA-CA para el UPS de la serie DPH 500kVA puede ser de alrededor del 95% y la eficiencia máxima puede ser hasta el 96,5% para las economías obvios de costes de energía.

    La modularización del sistema UPS

    Otra consideración es el uso efectivo del espacio en los centros de datos. En general, las salas de energía planean instalar instalaciones de energía, aunque el espacio de la sala de energía puede ser muy limitado. Cuando los centros de datos se desarrollan para mayor densidad en cada gabinete del bastidor, la energía de copia de seguridad también debe aumentar de acuerdo. Las empresas pueden sustituir a los UPS legados por unidades de nueva generación con mayor capacidad de energía. Por ejemplo, Delta lanzó recientemente el UPS modular Modulon DPH 500 kVA para grandes centros de datos que sólo ocupan un espacio de 19 "y proporciona la mayor densidad de potencia del mundo. La expansión paralela también se puede configurar en hasta 8 unidades, proporcionando una potencia máxima de 4MVA.

    Una vez que tiene mecanismos de autodiagnóstico y detección de envejecimiento, puede detectar la salud de baterías, ventiladores, módulos IGBT, condensadores CD y condensadores CA para mantenimiento preventivo para reducir el riesgo de averías y pérdida de energía y proteger la inversión en equipo del cliente.

    Para las empresas, otra ventaja de los UPS modulares es el diseño "plug and play" de los módulos de potencia. El montaje vertical (dentro de un gabinete del sistema único) o horizontal (en paralelo) puede ser alcanzado por necesidades de la empresa. Las empresas pueden comprar UPS de forma flexible de acuerdo a sus necesidades de capacidad inicial y contar con la futura expansión operativa para reducir aún más el CAPEX.

     

    Sistemas RowCool próximos a puntos calientes reducen las pérdidas de energía

    Delta rowcool

    Así como las densidades de equipos de servidor y TI se vuelven más altas, los requisitos para instalaciones también se están volviendo más rigurosos. Además de la mayor densidad de suministro de energía, el enfriamiento se ha convertido en un problema en los centros de datos. El diseño de refrigeración de centros de datos supone que la carga de trabajo de TI es uniforme y bien distribuida, pero en entornos empresariales reales, la distribución de calor desigual puede generarse debido al desplazamiento dinámico de máquinas virtuales o a la implantación inadecuada de equipos de TI.

    El enfriamiento insuficiente se convertirá en un desafío común que será enfrentado por los centros de datos de alta densidad. La ventaja de RowCool es que está cerca de puntos calientes y es diferente de los sistemas RoomCool donde las pérdidas se generan en el camino de entrega de aire bajo el piso elevado. Los sistemas RowCool pueden proporcionar suficiente capacidad de enfriamiento para eliminar puntos calientes. Están equipados con ventiladores DC o EC de alto ahorro de energía con control variable de la velocidad del ventilador para más ahorros de energía. Una reducción del 10% de la velocidad del ventilador puede ahorrar un máximo del 27% del consumo de energía. Además, el diseño de copia de seguridad N + 1 se utiliza para la arquitectura general y las funciones de control de grupo que se proporcionan para ejecutar el control vinculado a las unidades RowCool en el área para resolver los problemas de punto caliente causados por el aumento repentino de la carga.

    Los sistemas RowCool también poseen diseños modulares. Por ejemplo, el RowCool 29/43kW no sólo tiene fuentes de alimentación dobles integradas y puede aumentar significativamente la confiabilidad y protección para la energía del sistema, pero también soporta fuentes de alimentación intercambiables en caliente y ventiladores, y puede reducir el tiempo de mantenimiento necesario. Su diseño variable de control de velocidad del ventilador puede ajustar la velocidad del ventilador de acuerdo con la carga de trabajo real. El concepto de modularización también se aplica a las unidades RowCool, que se pueden añadir a los puntos necesarios según sea necesario.

     

    Estudio de Caso: Zonas de Media y Alta Densidad coexisten en un centro de datos

    De acuerdo con las categorías de densidad del centro de datos del AFCOM, la asociación de los gerentes de datacenters, un ambiente de baja densidad es cuando cada gabinete tiene menos de 4 kW, la densidad media es de 5kW-8kW, la alta densidad es 9kW-15kW y ultra alta densidad es 16kW y arriba. Diferentes centros de datos pueden enfrentar diferentes desafíos de densidad de energía en el bastidor. En algunos centros de datos, puede haber una mezcla de gabinetes de rack con diferentes densidades, pero utilizan los mismos conceptos de diseño para sistemas de energía y refrigeración. Una de las principales empresas de diseño de IC en Taiwán planea construir un nuevo centro de datos en su sede porque necesitan integrar sus equipos de TI existentes y las redes relacionadas y los entornos operativos. De acuerdo con la inspección en el lugar, hay hasta 80 gabinetes de rack de densidad media y ultra alta densidad en el centro de datos de la empresa, con los gabinetes de alta densidad de hasta 25kW.

    Delta recomienda que cuando las empresas necesitan proyectos de rack tanto para baja densidad y alta densidad / ultra alta densidad para diferentes necesidades de aplicación, se debe dividir el espacio del centro de datos en un área de gabinetes de alta densidad y un área de gabinetes de alta densidad para optimizar su diseño. La planificación de instalaciones no debe incluir sólo las necesidades generales de energía y refrigeración, sino también el uso del espacio para la implantación de sistemas de TI. Hay diferentes opciones para el uso de soluciones en refrigeración. Por ejemplo, los gabinetes de rack por debajo de 4 kW sólo pueden necesitar RoomCool para un enfriamiento efectivo, mientras que es mejor equipar las unidades RowCool para bastidores de mayor densidad de 9kW a 15 kW para una remoción de calor ideal.

    En este caso, Delta utilizó el concepto de diseño modular para planificar el área de ultra alta densidad para su cliente y colocó todos los gabinetes de rack de alta densidad en una sola zona. Por sus aplicaciones de alta densidad, el cliente eligió el RowCool 95kW de Delta, con la mayor capacidad de refrigeración de la industria dentro de un gabinete de 600 mm de ancho. Delta también recomendó el uso de tecnología de contención de pasillo caliente para evitar la mezcla de aire frío y caliente y garantizar una eficiencia de enfriamiento ideal.

     

    Resumen

    La tecnología se desarrolla diariamente. La IoT emergente, la inteligencia artificial, AR / VR integró las tecnologías de nube, móvil, los medios sociales y big data. Para las empresas, los retos para los centros de datos se han vuelto cada vez más difíciles. El desarrollo para la alta densidad continuará definitivamente y la infraestructura se convertirá en la copia de seguridad más importante cuando las empresas promuevan sus servicios de aplicaciones innovadoras.

    Para los administradores de centros de datos, el desarrollo de centros de datos de alta densidad definitivamente traerá más problemas de mantenimiento y administración. La disponibilidad de centros de datos también será un reto, mientras que los costos deben disminuir y la eficiencia debe aumentar. El uso de proyectos modulares e instalaciones relacionadas, incluyendo modularización espacial, tecnología de contención de corredor en frío o en caliente, sistemas RowCool y UPSs más eficientes, pueden garantizar arquitecturas de confiabilidad más altas y una mayor flexibilidad de implementación para centros de datos.

    Soluciones Totales en Infraestructura de Centro de Datos

     

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