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    Solutions d'alimentation et de refroidissement des centres de données conçues pour optimiser la densité de puissance des baies

    Étant donné que la densité de puissance par baie dans les centres de données a tendance à augmenter rapidement, les entreprises se doivent de trouver des façons plus efficaces de relever les défis associés à l'alimentation, le refroidissement et l'encombrement. Heureusement, des experts de Delta sont en train d'intégrer le concept de modularisation aux produits et solutions conçus pour les centres de données, afin d'offrir davantage de souplesse et d'anticiper les charges de travail croissantes.

    Au cours des dernières années, les centres de données ont été confrontés à de nombreux défis liés à l'évolution rapide des technologies et des tendances dans le domaine des TI. Les centres de données à densité élevée font face à de nouvelles questions auxquelles les entreprises doivent répondre.

    Comme les utilisateurs ont des exigences plus rigoureuses concernant les services internet, les entreprises doivent réfléchir à des solutions permettant de répondre à leurs attentes, notamment en ce qui concerne la disponibilité 24 heures sur 24, 7 jours sur 7. Le nombre de serveurs continue d'augmenter tandis que davantage de capacités de calcul et de ressources sont intégrées dans des boîtiers de plus en plus petits. Un petit facteur de forme (SFF), des serveurs lames aux serveurs Hyperscale en passant par les infrastructures composables utilisées pour obtenir des trames plus souples sont autant d'éléments développés en réponse à cette demande.

    L'utilisation de serveurs de densité plus élevée signifie que la consommation de courant est plus élevée pour chaque serveur. Du fait que les utilisateurs se concentrent de plus en plus sur la consommation d'énergie, les entreprises ont commencé à traiter les problèmes d'efficacité énergétique et les responsabilités environnementales de manière plus sérieuse. Les technologies de virtualisation offrent aux entreprises des solutions qui permettent à chaque serveur de traiter une plus grande charge de travail de manière à ce qu'ils soient utilisés à leur pleine capacité. Étant donné le stade actuel de la tendance Cloud globale, de nombreuses entreprises voient déjà le « Cloud First » comme l'une de leurs stratégies prioritaires. De plus en plus de budgets TI investissent dans des infrastructures et logiciels de TI liés au « cloud », et certains organismes ou fournisseurs de TI utilisent même un « Cloud Only » en guise de stratégie principale. Lorsque des serveurs sont installés en nombre dans des centres de données cloud, ils impliquent des défis plus lourds en termes de maintenance.

    Depuis le développement de la mobilité et des plateformes de médias sociaux, les données nécessaires pour assurer une puissance de calcul massive aux fins d'analyse et d'extraction ont rapidement augmenté. Avec le perfectionnement continu de l'Internet des objets (IoT), les données recueillies par le biais des capteurs seront transmises à des centres de données d'arrière-plan chargés d'analyser les mégadonnées. Ces changements poussent les centres de données à axer leur développement vers la haute densité. Du fait de la croissance rapide de la densité des équipements des centres de données, les centres élaborés selon des concepts traditionnels ne suffisent plus.

     

    Problèmes potentiels liés à une densité de puissance élevée

    Selon un rapport d'étude de Colocation America (2014), la densité de puissance d'une seule armoire à baies dans des centres de données représentait environ 6 kW en 2008, et elle a atteint 12 kW en 2016. On estime que d'ici 2020, la densité de puissance d'une seule armoire à baies dans des centres de données atteindra 16,5 kW. À titre d'exemple, lorsqu'Intel a réaménagé deux fonderies en un centre de données écologique avec une densité de puissance élevée, la densité par baie a atteint 43 kW.

     Potential issues from high power density

    Source : Colocation America, 2014

    Étant donné que la densité de puissance par baie dans les centres de données a tendance à augmenter rapidement, les entreprises doivent trouver des façons plus efficaces de relever les défis associés. Par exemple, une densité élevée optimisel'utilisationde l'espace, et le temps de réponse en cas de panne du système est considérablement réduit. Cependant, en cas de panne d'alimentation, la grande quantité de chaleur générée par les équipements ne peut pas être extraite, et cela provoque un arrêt du serveur.

    La densité de puissance toujours plus grande a également dépassé, de loin, les capacités de traitement de la plupart des installations d'ancienne génération. Auparavant, chaque baie d'un centre de données était conçue pour une densité de puissance de 6 kW. Cependant, en présence de baies haute densité de 15 kW ou plus, il est clair que les installations ne peuvent plus répondre aux exigences. Lorsque des entreprises mettent en œuvre une technologie qui nécessite des ressources importantes, telles qu'une informatique en nuage ou une analyse de mégadonnées, elles doivent également faire face à des problèmes d'expansion du fait de la différence entre les capacités disponibles et les capacités exigées. Dans le passé, le concept de refroidissement des centres de données reposait sur le fait que la charge de travail des TI était homogène et bien répartie, mais l'environnement d'exploitation actuel n'est plus le même, notamment dans certaines armoires à baies haute densité. Les entreprises réalisent que leurs capacités de refroidissement sont clairement insuffisantes.

    Le mécanisme d'alimentation de secours conçu à l'origine pour les centres de données pourrait également disparaître en raison de cette lacune. Le système UPS et de refroidissement initial conçu en utilisant une configuration N+1 sera contraint de devenir pleinement opérationnel en raison de l'insuffisance des capacités, et il perdra ses fonctions de sauvegarde. De plus, après avoir déployé des solutions de virtualisation, le personnel des TI peut également déplacer des machines virtuelles dynamiquement. Les charges des centres de données changeront également en conséquence, et les points chauds deviendront inaccessibles. Les besoins en alimentation changeront aussi et entraîneront des pannes dont on se serait bien passé.

     

    La modularisation émergente offre une plus grande flexibilité

    Les centres de données à densité élevée sont toujours confrontés à de nombreux problèmes potentiels et, parallèlement, les administrateurs des centres doivent compter avec une pression toujours plus importante. En plus de devoir maintenir un environnement de calcul de plus en plus dense et améliorer la disponibilité de ce dernier, les administrateurs doivent réduire les coûts et optimiser le rendement. Heureusement, les professionnels de l'industrie sont en train d'intégrer le concept de modularisation aux produits et équipements conçus pour les centres de données, afin d'offrir une plus grande souplesse et d'anticiper les charges de travail futures.

    À l'heure actuelle, les principaux concepts de modularisation s'appliquent à l'encombrement et à la conception des installations. La modularisation de l'espace fait référence à l'utilisation de modules liés à l'infrastructure des TI, aux armoires à baies et aux installations fournies pour que les équipements de TI fonctionnent. Les modules sont associés et dépendent les uns des autres. Dans la pratique, on prend en compte les espaces des centres de données des entreprises pour évaluer les besoins en capacité des services existants et les options de développement futur, et ces espaces sont subdivisés en espaces plus petits et perçus comme des modules. La modularisation des installations fait référence à l'utilisation de concepts modulaires pour l'infrastructure, y compris pour les systèmes d'alimentation tels que les UPS, les armoires de distribution, le refroidissement en ligne, les baies serveur et le confinement des allées froides/chaudes.

    « Le développement des technologies TI évolue chaque jour, et l'infrastructure s'oriente vers des architectures de « microservices ». Enbref, l'architecture de « microservices » consiste en l'utilisation de la modularisation pour former des applications à grande échelle complexes. Il y a plusieurs années, des solutions modulaires ont été élaborées pour l'infrastructure des centres de données, afin de donner aux entreprises la possibilité de satisfaire leurs besoins de développement, de remédier aux insuffisances d'alimentation et de refroidissement et de relever les défis liés à l'encombrement, » a déclaré le Dr. Charles Tsai, directeur général de l'unité d'affaire chargé des solutions d'infrastructure critiques pour la mission de Delta.

     

    La modularisation du système UPS

    D'après des recherches effectuées par un fournisseur d'UPS, environ 50 % des personnes interrogées pensent que la cause principale des pannes de courant dans les centres de données est liée à une panne d'équipement UPS. Ceci souligne bien l'importance des systèmes UPS pour le bon fonctionnement des centres de données. Au fur et à mesure que les centres de données acquièrent des densités plus élevées, ils doivent avant tout remplacer les vieux systèmes UPS par des systèmes plus efficaces. Les systèmes UPS conçus il y a dix ans présentent généralement une efficacité de 85 % lorsqu'ils fonctionnent à une charge de 40 % pour desservir des serveurs d'entrée d'alimentation double. L'efficacité énergétique des systèmes UPS actuels est même plus grande. Prenons le cas d'une solution UPS de Delta en guise d'exemple ; avec une charge légère de 20 %, le rendement AC-AC de l'UPS de la série DPH de 500 kVA peut s'élever à environ 95 % , et l'efficacité maximale peut atteindre 96,5 %, ce qui se traduit par des économies de coûts d'énergie tangibles.

    The modularization of the UPS system

    Un autre aspect concerne l'utilisation efficace de l'espace dans les centres de données. D'une manière générale, les locaux d'alimentation impliquent l'installation d'équipements d'alimentation même si l'encombrement des locaux peut s'avérer très limité. Lorsque les centres de données s'orientent vers une densitéplus importante dans chaque armoire à baies, la puissance de secours doit également augmenter en conséquence. Les entreprises peuvent remplacer leurs UPS traditionnels par des unités de nouvelle génération offrant une capacité d'alimentation plus importante. À titre d'exemple, Delta a récemment lancé l'UPS modulaire DPH de 500 kVA Modulon pour les grands centres de données ; ce système occupe seulement l'espace d'une armoire à baies de 19 po et il offre la densité de puissance la plus importante au monde. L'expansionparallèle peut également être configurée jusqu'à 8 unités maximum, en offrant une capacité de puissance maximale de 4MVA.

    Comme le système dispose de mécanismes d'auto-diagnostic et de détection du vieillissement, il peut détecter l'état de santé des batteries, du ventilateur, du module IGBT, des condensateurs DC et AC à des fins de maintenance préventive afin de réduire les risques de dysfonctionnement et les pannes de courant, et de protéger l'investissement matériel du client.

    Pour les entreprises, l'autre avantage des UPS modulaires est le concept « plug and play » des modules de puissance. Qu'elle soit verticale (à l'intérieur d'une armoire système unique) ou horizontale (en parallèle), l'expansion peut être réalisée en fonction des besoins de l'entreprise. Les entreprises peuvent acheter, à leur guise, des UPS en tenant compte de leurs besoins de capacité initiaux et miser sur un développement opérationnel futur pour réduire encore les frais d'investissement.

     

    La présence de systèmesRowCool près des points chauds contribue à réduire les pertes de puissance

    Delta rowcool

    Plus la densité du serveur et des équipements de TI augmente, plus les exigences des installations deviennent rigoureuses. Outre la densité d'alimentation plus importante, le refroidissement est devenu un problème dans les centres de données. Le concept de refroidissement des centres de données part du principe que la charge de travail des TI est homogène et bien répartie, mais dans les environnements d'entreprises réels, il se peut qu'une chaleur inégalement répartie soit générée en raison du déplacement dynamique des machines virtuelles ou du déploiement inapproprié des équipements de TI.

    L'insuffisance du refroidissement deviendra un défi courant auquel les centres de données haute densité devront faire face. L'avantage de RowCool est qu'il est proche des zones chaudes, et qu'il est différent des systèmes RoomCool pour lesquels des pertes se produisent dans le trajet d'acheminement aérien sous le plancher surélevé. Les systèmes RowCool peuvent offrir une capacité de refroidissement suffisante à proximité pour éliminer les points chauds. Ils sont équipés de ventilateurs DC ou EC hautement économes en énergie munis d'une commande de vitesse variable permettant d'optimiser les économies d'énergie. Une réduction de la vitesse du ventilateur de 10 % permet d'économiser jusqu'à 27 % d'énergie. De plus, le concept de secours N+1 est utilisé pour l'architecture globale et les fonctions de contrôle de groupe prévues pour assurer le contrôle associé des unités RowCool présentes dans la zone, le but étant de résoudre les problèmes liés aux points chauds causés par une augmentation de charge soudaine.

    Les systèmes RowCool présentent également un concept modulaire. Ainsi par exemple, non seulement RowCool 29/43kW comporte des alimentations doubles intégrées et peut considérablement optimiser la fiabilité et la protection du courant du système, mais il peut également prendre en charge des ventilateurs et des alimentations échangeables à chaud , en plus de réduire les délais de maintenance nécessaires. Son conceptde commande de vitesse de ventilateur variable permet de régler la vitesse du ventilateur en fonction de la charge de travail actuelle. Leconcept de modularisation s'applique également aux unités RowCool, qui peuvent être ajoutées aux endroits requis selon les besoins.

     

    Étude de cas : Coexistence de zones de densitéintermédiaire etélevée dans un centre de données

    Si l'on se fie aux catégories de densités des centres de données de l'AFCOM, l'association chargée de gérer les centres de données, on parle d'environnement à densité faible lorsque chaque armoire est sous la barre des 4 kW. On parle de densité intermédiaire lorsque l'armoire se situe entre 5 kW et 8 kW, et de densité élevée dans la plage 9 kW-15 kW. Une densité ultra-élevée est de l'ordre de 16 kW et plus. Différents centres de données peuvent être confrontés à différents défis en termes de densité de puissance de baie . Dans certains centres de données, il peut même y avoir un mélange d'armoires à baies ayant différentes densités, mais utilisant les mêmes concepts pour ce qui est des systèms d'alimentation et de refroidissement. Une entreprise de conception de CI de premier plan implantée à Taïwan envisage de construire un nouveau centre de données sur le site de son siège social, car elle a besoin d'intégrer des équipements TI existants, le réseau associé et des environnements d'exploitation. Selon une inspection sur site, on compte jusqu'à 80 armoires à baies à densité intermédiaire et à ultra-haute densité dans le centre de données de cette entreprise, les armoires à densité ultra-élevée atteignant 25 kW.

    Delta recommande aux entreprises qui ont besoin d'installer des baies faible densité et haute densité et à densité ultra-élevée pour répondre à des exigences variées en termes d'applications de diviser l'espace de leur centre de données en une zone dédiée aux armoires haute densité et en une deuxième zone consacrée aux armoires ultra-haute densité, afin d'optimiser le concept. Le processus de planification des installations ne devrait pas seulement tenir compte des besoins en alimentation et refroidissement généraux, mais également de l'utilisation de l'espace pour le déploiement des systèmes de TI. Il existe différentes options concernant l'utilisation de solutions de refroidissement. Par exemple, les armoires à baies inférieures à 4 kW ne pourraient avoir besoin que d'une unité RoomCool pour assurer un refroidissement efficace, alors qu'il serait plus judicieux d'installer des unités RowCool pour les baies à densité supérieure, entre 9 kW et 15 kW, afin d'assurer une évacuation de chaleur optimale.

    Dans ce cas, Delta a utilisé le concept modulaire pour planifier la zone à densité ultra-élevée pour ses clients, et il a installé toutes les armoires à baies à ultra-haute densité dans une seule zone. Pour ses applications à densité élevée, le client a choisi l'unité RowCool 95kW de Delta, qui offre la capacité de refroidissement la plus grande de l'industrie, et cette unité est intégrée à une armoire de 600 mm de large. Delta a également recommandé l'utilisation d'une technologie de confinement allée chaude pour empêcher le mélange de l'air chaud et froid et assurer un rendement du refroidissement optimal..

     

    Résumé

    Les technologies progressent au jour le jour. L'IoT émergent, l'intelligence artificielle et les AR/VR ont intégré le cloud ainsi que les technologies mobiles, les médias sociaux et les mégadonnées. Pour les entreprises, les défis liés aux centres de données sont devenus de plus en plus significatifs. Le développement orienté vers la haute densité se poursuivra certainement, et les infrastructures deviendront la « réserve » la plus importante lorsque les entreprises feront la promotion de leurs services d'applications innovants.

    Pour les administrateurs de centre de données, le développement de centres de données à haute densité s'accompagnera indiscutablement de davantage de problèmes en termes de maintenance et de gestion. La disponibilité des centres de données constituera également un défi, alors que les coûts devront baisser et le rendement augmenter. L'utilisation de concepts modulaires et des installations associées, y compris de la modularisation de l'espace, de la technologie de confinement des allées froides ou chaudes, des systèmes RowCool et d'UPS plus efficaces, peut garantir des architectures à fiabilité plus élevée et une souplesse de déploiement optimale pour les centres de données.

    Delta data center total solutions

     

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