Como o rápido crescimento da densidade de energia por rack nos data centers torna-se uma tendência, as empresas devem encontrar maneiras mais efetivas de enfrentar os desafios de energia, refrigeração e espaço que vêm junto. Felizmente, os especialistas da Delta estão integrando o conceito de modularização em produtos e soluções projetadas para data centers para oferecer mais flexibilidade e se preparar para aumentar a carga de trabalho.

Nos últimos anos, os data centers enfrentaram muitos desafios devido a mudanças rápidas nas tecnologias e tendências de TI. Os data centers de alta densidade tornaram-se um problema que as empresas devem enfrentar.

À medida que as pessoas têm demandas mais rigorosas para os serviços de internet, as empresas devem pensar em maneiras de satisfazer as expectativas dos usuários quanto à disponibilidade 24 horas por dia, 7 dias por semana. O número de servidores continua aumentando enquanto outros recursos e capacidades computacionais são incorporados em casos menores e menores. Servidores Blade Small Form Factor (SFF) a servidores Hyperscale até infraestrutura composta usada para alcançar quadros mais flexíveis, estão todos sendo desenvolvidos em resposta a essa demanda.

Servidores de densidade mais alta significam que é necessário um maior consumo de energia para cada servidor. À medida que o mundo se concentra cada vez mais no consumo de energia, as empresas começaram a tratar mais seriamente as questões de eficiência energética e as responsabilidades ambientais. A tecnologia de virtualização oferece soluções para empresas que permitem que cada servidor manipule uma carga de trabalho maior para que eles sejam utilizados ao máximo. Na atual fase da tendência global da nuvem, muitas empresas já veem “Cloud First” (Nuvem Primeiro) como uma das principais estratégias. Mais orçamentos de TI estão investindo em infraestrutura de TI e software relacionados à "nuvem" e algumas organizações empresariais ou fornecedores de TI usam "Cloud Only” (Somente Nuvem) como sua principal estratégia. Quando os servidores estão densamente colocados em data centers na nuvem, eles definitivamente trarão maiores desafios de manutenção.

Desde o desenvolvimento das plataformas de mobilização e redes sociais, os dados necessários para o poder de computação maciço para analisar e extrair aumentaram rapidamente. Com o contínuo desenvolvimento da Internet das Coisas (IoT), os dados coletados através de sensores serão orientados para data centers de backend para realizar grandes análises de dados. Essas mudanças estão levando os data centers a se desenvolverem rumo à alta densidade. Com o rápido crescimento da densidade do equipamento do data center, os data centers construídos ao longo de conceitos tradicionais já não são suficientes.

 

Problemas potenciais de alta densidade de energia

De acordo com um relatório de pesquisa da Colocation America (2014), a densidade de energia de um gabinete de rack único em data centers foi de aproximadamente 6kW em 2008, que atingiu 12kW em 2016. Estima-se que até 2020 a densidade de potência de um gabinete de rack único em data centers alcançará 16,5 kW. Por exemplo, quando a Intel instalou duas fundições em um data center verde com alta densidade de energia, a densidade de energia por rack alcançou até 43kW.

 

Fonte: Colocation America, 2014

Como o rápido crescimento da densidade de energia por rack nos data centers torna-se uma tendência, as empresas devem encontrar maneiras mais efetivas de enfrentar os desafios que vêm junto. Por exemplo, a alta densidade atinge uma melhor utilização do espaço e o tempo de resposta de falha do sistema é significativamente reduzido. No entanto, uma vez que há uma falha de energia, as grandes quantidades de calor geradas pelo equipamento não podem ser extraídas e resultará em um desligamento do servidor.

A densidade de potência cada vez maior também excedeu as capacidades de processamento da maioria das instalações antigas. Nos anos anteriores, cada rack em um data center foi projetado para densidade de potência de 6kW. No entanto, quando confrontadas com racks de alta densidade de 15kW ou acima, as instalações claramente não atendem aos requisitos. Quando as empresas usam tecnologia que requer recursos maciços, como a computação em nuvem ou a análise de dados, elas também enfrentam problemas de expansão para a diferença entre as capacidades disponíveis e necessárias. No passado, o design de refrigeração do data center assumiu que a carga de trabalho de TI era uniforme e bem distribuída, mas o ambiente operacional real não era assim, especialmente em certos gabinetes de rack de alta densidade. As empresas estão percebendo que suas capacidades de resfriamento são seriamente insuficientes.

O mecanismo de energia de backup originalmente projetado para data centers também pode desaparecer devido a essa deficiência. O UPS original e o sistema de resfriamento projetado usando a configuração N + 1 serão forçados a se tornar totalmente operacionais devido a capacidades insuficientes e perderão suas funções de backup. Além disso, após a implantação de soluções de virtualização, as equipes de TI também podem mover máquinas virtuais dinamicamente. As cargas do data center também mudarão devido a isso e os pontos quentes se tornarão difíceis. Os requisitos de energia também mudarão e resultarão em paradas desnecessárias.

 

A modularização emergente oferece maior flexibilidade

Os data centers de alta densidade ainda têm muitos problemas potenciais à medida que os administradores dos data centers enfrentam uma maior pressão. Além de manter um ambiente de computação cada vez mais denso e melhorar sua disponibilidade, eles também devem reduzir custos e aumentar a eficiência. Felizmente, os profissionais da indústria estão integrando o conceito de modularização em produtos e equipamentos projetados para data centers para oferecer mais flexibilidade e se preparar para aumentar a carga de trabalho.

No estágio atual, os principais conceitos de modularização são aplicados em projetos de espaço e instalações. A modularização espacial refere-se ao uso de módulos de infraestrutura de TI, gabinetes de rack e instalações fornecidas para que o equipamento de TI funcione. Um depende e se relaciona com o outro. Na prática, os espaços dos data centers nas empresas são utilizados para avaliar as necessidades de capacidade dos serviços existentes e futuras considerações de expansão e são ainda divididos em espaços menores e vistos como módulos. A modularização de instalações refere-se ao uso de projetos modulares para infraestrutura, incluindo sistemas de energia, como UPSs, gabinetes de distribuição de energia, resfriamento em linha, racks de servidores e contenção de corredor frio / quente.

"O desenvolvimento da tecnologia de TI está mudando todos os dias e a infraestrutura está se desenvolvendo para arquiteturas de “microservice". Em poucas palavras, a arquitetura 'microservice' refere-se ao uso da modularização para formar aplicações complicadas em grande escala. As soluções modulares foram desenvolvidas há alguns anos para a infraestrutura do datacenter para oferecer flexibilidade para as empresas que respondem às necessidades de expansão e para superar a insuficiência de energia e resfriamento e desafios espaciais ", disse o Dr. Charles Tsai, gerente geral da unidade de negócios de soluções de infraestrutura de missão crítica da Delta.

 

A modularização do sistema UPS

De acordo com uma pesquisa realizada por um fornecedor de UPS, aproximadamente 50% dos entrevistados acreditam que a principal causa de interrupção de energia nos data centers é a falha no equipamento de UPS. Isso mostra o quão importante os sistemas UPS são para manter os data centers. À medida que os data centers adquirem maiores densidades, eles devem substituir os sistemas UPS antigos com eficiência como uma consideração importante. Os sistemas UPS projetados há dez anos geralmente têm uma eficiência de 85% ao operar com 40% de carga para servir servidores de entrada de energia dupla. A eficiência energética dos atuais sistemas UPS é ainda maior. Pegue a solução UPS da Delta, por exemplo, sob uma leve carga de 20%, a eficiência CA-CA para o UPS da série DPH 500kVA pode ser de cerca de 95% e a eficiência máxima pode ser até 96,5% para economias óbvias de custos de energia.

Outra consideração é a utilização efetiva do espaço nos data centers. De um modo geral, as salas de energia planejam instalar instalações de energia, mesmo que o espaço da sala de energia possa ser muito limitado. Quando os data centers se desenvolvem para maior densidade em cada gabinete do rack, a energia de backup também deve aumentar de acordo. As empresas podem substituir os UPSs legados por unidades de nova geração com maior capacidade de energia. Por exemplo, a Delta lançou recentemente o UPS modular Modulon DPH 500 kVA para grandes data centers que só ocupam um espaço de 19” e fornece a maior densidade de potência do mundo. A expansão paralela também pode ser configurada em até 8 unidades, proporcionando uma potência máxima de 4MVA.

Uma vez que possui mecanismos de autodiagnóstico e detecção de envelhecimento, pode detectar a saúde de baterias, ventiladores, módulos IGBT, capacitores CD e condensadores CA para manutenção preventiva para reduzir o risco de avarias e perda de energia e proteger o investimento em equipamento do cliente.

Para as empresas, outra vantagem dos UPSs modulares é o design "plug and play" dos módulos de potência. A montagem vertical (dentro de um gabinete do sistema único) ou horizontal (em paralelo) pode ser alcançada por necessidades da empresa. As empresas podem comprar UPSs de forma flexível de acordo com suas necessidades de capacidade inicial e contar com a futura expansão operacional para reduzir ainda mais o CAPEX.

 

Sistemas RowCool próximos a pontos quentes reduzem perdas de energia

Assim como as densidades de equipamentos de servidor e TI se tornam mais altas, os requisitos para instalações também estão se tornando mais rigorosos. Além da maior densidade de fornecimento de energia, o resfriamento tornou-se um problema nos data centers. O design de refrigeração de data centers assume que a carga de trabalho de TI é uniforme e bem distribuída, mas em ambientes empresariais reais, a distribuição de calor desigual pode ser gerada devido ao deslocamento dinâmico de máquinas virtuais ou à implantação inadequada de equipamentos de TI. O resfriamento insuficiente se tornará um desafio comum que será enfrentado pelos data centers de alta densidade. A vantagem do RowCool é que ele está perto de pontos quentes e é diferente dos sistemas RoomCool onde as perdas são geradas no caminho de entrega de ar sob o piso elevado. Os sistemas RowCool podem fornecer capacidade de resfriamento suficiente para eliminar pontos quentes. Eles estão equipados com ventiladores DC ou EC de alta economia de energia com controle variável da velocidade do ventilador para mais economias de energia. Uma redução de 10% da velocidade do ventilador pode economizar no máximo 27% do consumo de energia. Além disso, o design de backup N + 1 é usado para a arquitetura geral e as funções de controle de grupo que são fornecidas para executar o controle vinculado para as unidades RowCool na área para resolver os problemas de ponto quente causados por aumento repentino da carga. Os sistemas RowCool também possuem projetos modulares. Por exemplo, o RowCool 29/43kW não só possui fontes de alimentação duplas integradas e pode aumentar significativamente a confiabilidade e proteção para a energia do sistema, mas também suporta fontes de alimentação intercambiáveis a quente e ventiladores, e pode reduzir o tempo de manutenção necessário. Seu design variável de controle de velocidade do ventilador pode ajustar a velocidade do ventilador de acordo com a carga de trabalho real. O conceito de modularização também é aplicado às unidades RowCool, que podem ser adicionadas aos pontos necessários conforme necessário.

 

Estudo de Caso: Zonas de Média e Alta Densidade coexistem em um data center

De acordo com as categorias de densidade do data center do AFCOM, a associação dos gerentes de datacenters, um ambiente de baixa densidade é quando cada gabinete tem menos de 4kW, a densidade média é de 5kW-8kW, a alta densidade é 9kW-15kW e ultra alta densidade é 16kW e acima. Diferentes data centers podem enfrentar diferentes desafios de densidade de energia no rack. Em alguns data centers, pode haver uma mistura de gabinetes de rack com diferentes densidades, mas usam os mesmos conceitos de projeto para sistemas de energia e refrigeração. Uma das principais empresas de design de IC em Taiwan planeja construir um novo data center em sua sede, porque eles precisam integrar seus equipamentos de TI existentes e redes relacionadas e ambientes operacionais. De acordo com a inspeção no local, há até 80 gabinetes de rack de densidade média e ultra alta densidade no data center da empresa, com os gabinetes de alta densidade de até 25kW.

A Delta recomenda que, quando as empresas precisam de projetos de rack tanto para baixa densidade e alta densidade / ultra alta densidade para diferentes necessidades de aplicação, deve-se dividir o espaço do data center em uma área de gabinetes de alta densidade e uma área de gabinetes de alta densidade para otimizar seu design. O planejamento de instalações não deve incluir apenas as necessidades gerais de energia e refrigeração, mas também o uso do espaço para a implantação de sistemas de TI. Há diferentes opções para o uso de soluções em refrigerações. Por exemplo, os gabinetes de rack abaixo de 4kW só podem necessitar do RoomCool para um resfriamento efetivo, enquanto é melhor equipar as unidades RowCool para racks de maior densidade de 9kW a 15kW para uma remoção de calor ideal.

Neste caso, a Delta usou o conceito de design modular para planejar a área de ultra alta densidade para o seu cliente e colocou todos os armários de rack de alta densidade em uma única zona. Por suas aplicações de alta densidade, o cliente escolheu o RowCool 95kW da Delta, com a maior capacidade de refrigeração da indústria dentro de um gabinete de 600 mm de largura. A Delta também recomendou o uso de tecnologia de contenção de corredor quente para evitar a mistura de ar frio e quente e garantir uma eficiência de resfriamento ideal.

 

Resumo

A tecnologia se desenvolve diariamente. A IoT emergente, a inteligência artificial, AR / VR integrou as tecnologias de nuvem, móvel, as mídias sociais e big data. Para as empresas, os desafios para os data centers têm se tornado cada vez mais difíceis. O desenvolvimento para a alta densidade continuará definitivamente e a infraestrutura se tornará o backup mais importante quando as empresas promovem seus serviços de aplicativos inovadores.

Para os administradores de data centers, o desenvolvimento de data centers de alta densidade definitivamente trará mais problemas de manutenção e gerenciamento. A disponibilidade de data centers também será um desafio, enquanto os custos devem diminuir e a eficiência deve aumentar. O uso de projetos modulares e instalações relacionadas, incluindo modularização espacial, tecnologia de contenção de corredor a frio ou a quente, sistemas RowCool e UPSs mais eficientes, podem garantir arquiteturas de confiabilidade mais altas e maior flexibilidade de implantação para data centers.