Вычислительные плотности и энергопотребление современных дата-центров постоянно растут. Вследствие этого возрастают и требования к мощности и надежности источников резервного питания. Однако во многих дата-центрах недостаточно места для установки дополнительного оборудования. Зачастую решить проблему помогает очень компактный, но при этом достаточно мощный источник бесперебойного питания (ИБП). Для правильного выбора малые и средние дата-центры должны принимать в расчет охлаждение, резервирование, производительность, архитектуру и многие другие факторы.

Новые задачи, такие как высокопроизводительные вычисления и искусственный интеллект, предъявляют новые требования к архитектуре и работе небольших и средних дата-центров. По мере роста цен на электроэнергию и сокращения бюджетов особую важность приобретает экономия. Одним из способов уменьшения расходов, экономии площадей и снижения энергопотребления является увеличение количества ИТ-ресурсов в расчете на каждую стойку.

Но это создает и новые проблемы. Потребность в дополнительных ИБП может привести к ограничению занимаемых площадей, если удельная мощность существующих ИБП не соответствует количеству вновь вводимого ИТ-оборудования. Архитектура дата-центра также ограничивает возможности системы ИБП. Следовательно, при выборе варианта резервного питания для задач с высокопроизводительными вычислениями необходимо выбирать подходящие технологии как для дата-центра, так и для систем ИБП.

Высокопроизводительные вычисления, искусственный интеллект и вычислительная плотность

Аналитика с использованием «биг-дата», машинное обучение и ИИ требуют соответствующих изменений инфраструктуры энергообеспечения дата-центров. Как правило, платформы для высокопроизводительных вычислений используют параллельную работу ЦПУ и графических процессоров для обработки возрастающих нагрузок. Это может означать, что новые стойки будут заполнены высокопроизводительными графическими процессорами, выполняющими вычисления с плавающей запятой для таких ресурсоемких задач, как медицинская диагностика. При этом энергопотребление в расчете на стойку может возрастать до 20-30 кВт и более. Более 50% респондентов в опросе «Важнейшие задачи инфраструктуры», проведенном исследовательской группой 451 Research, упомянули уплотненную инфраструктуру дата-центров для высокопроизводительных вычислений.

Конвергентная и гиперконвергентная инфраструктура

Конвергентная инфраструктура (CI) и гиперконвергентная инфраструктура (HCI) — это два других тренда, которые следует рассматривать параллельно, а иногда и в комбинации с высокопроизводительными вычислениями. Эти архитектуры не так сильно влияют на вычислительную плотность, однако они предъявляют повышенные требования к надежности системы ИБП.

Как правило, конвергентная инфраструктура реализуется в виде платформ с большими стойками, сочетающих в едином решении вычисления, хранение и сетевые технологии. С другой стороны, гиперконвергентная инфраструктура реализуется в виде стоечных модулей 1U или 2U, содержащих многоядерный сервер и локальный массив хранения данных. Основное отличие CI состоит в том, что хранилище данных подключается непосредственно к физическому серверу. Напротив, в HCI хранилище совместно используется всеми виртуальными машинами.

На сегодняшний день примерно половина всех дата-центров использует гиперконвергентную инфраструктуру. В таких виртуализированных высокоплотных вычислительных средах перебой питания может привести к гораздо более серьезным последствиям, чем в вычислительной среде без конвергенции. Следовательно, для подобных сценариев критическую важность приобретает надежность ИБП и такие характеристики, как резервирование +1.

Сбои электропитания как основная причина простоев

Самой частой причиной простоев дата-центров являются проблемы с электропитанием, причем данная причина лидирует со значительным отрывом. Исследование Института бесперебойных процессов показывает, что 37% случаев простоев вызваны проблемами с электропитанием, в то время как на долю второй по значимости причины (проблемы с ПО и с ИТ-системами) приходится всего 22% случаев.

Одним из явлений, которые могут способствовать возникновению таких проблем, является «ползучая критичность»: это может произойти, если инфраструктура незаметно преодолевает порог критичности из-за возрастающих требований к отказоустойчивости, в то время как инфраструктура электроснабжения остается неизменной. К такой ситуации может привести повышение вычислительной плотности из-за поочередного развертывания все большего количества систем высокопроизводительных вычислений либо гиперконвергентных систем.

При этом простои дата-центров означают колоссальные убытки: более 10% недавних инцидентов такого рода привели к убыткам более 1 миллиона долларов. Это еще одна причина обратить особое внимание на бесперебойное электропитание.

Правильный выбор ИБП для критически важных данных

На сегодня существуют три основных типа систем бесперебойного питания: резервные, линейно-интерактивные и двойного преобразования. Первые два типа имеют некоторые ограничения, связанные с используемыми в них методами повышения качества электроэнергии от источника питания, такие как длительное время переключения в случае сбоя (25 мс), что делает их непригодными для большинства критически важных приложений в малых и средних дата-центрах.

В то же время ИБП двойного преобразования, такие как новая серия Amplon RT 5–20 кВА от Delta, вообще не имеют времени переключения. Устройства такого типа получают энергию от электросети, преобразуют ее в постоянный ток для зарядки встроенных аккумуляторов, а затем вновь преобразуют мощность, взятую с шины постоянного тока, в переменный ток для питания ИТ-нагрузок. Огромным преимуществом данного метода является то, что мощность в любом случае снимается с шины постоянного тока; при перебоях питания в электросети никакое переключение не требуется. Кроме того, аккумуляторы служат буфером для устранения разнообразных переходных процессов и падений напряжения, что позволяет получить очень чистое синусоидальное питание.

Система ИБП с возможностью параллельного подключения может обеспечить более длительное время работы. Что еще важнее, она гарантирует электропитание даже в случае выхода из строя одного из модулей ИБП или комплекта аккумуляторов, входящего в конфигурацию. Параллельная работа двух систем ИБП часто называется «резервированием +1». Конфигурацию из нескольких параллельно работающих систем ИБП называют архитектурой N+1, где N означает количество систем ИБП, обеспечивающих потребности подключенной нагрузки, а +1 — это резерв, который вступает в работу в случае выхода из строя одного из N блоков. Параллельное подключение ИБП очень хорошо подходит для критически важных задач в таких сферах, как банковское дело, промышленное производство и здравоохранение, где непредвиденные простои могут привести к самым серьезным последствиям.

Аккумуляторы являются одним из важнейших компонентов любого ИБП двойного преобразования, однако их срок службы ограничен. Рано или поздно наступает такой момент, когда техническое обслуживание и замена аккумулятора становятся неизбежными. При этом литий-ионные аккумуляторы реже требуют обслуживания, имеют более высокую удельную мощность, а их срок службы практически вдвое больше, чем у свинцово-кислотных аналогов. Благодаря этому снижается потребность в замене аккумуляторов, что позволяет уменьшить эксплуатационные расходы — ключевое преимущество для дата-центров с высокой вычислительной плотностью, работающих в условиях ограниченных бюджетов.

Управление байпасом позволяет полностью удалить любой блок ИБП из системы энергообеспечения. Возможность переключиться на питание непосредственно от электросети и удалить ИБП оказывается критически важной в двух случаях: когда ИБП неисправен и когда подошел срок его технического обслуживания. Наличие байпаса позволяет проводить техническое обслуживание без перебоев в работе подключенного оборудования. Без байпаса может возникнуть печальная ситуация, в которой питание от электросети доступно, тем не менее дата-центр не может работать из-за неисправности подключенного к электросети ИБП.

Выбор поставщика и изделия для высокой вычислительной плотности

Наличие глобальной организации, такой как Delta Electronics, которая может поставлять и обслуживать необходимое количество систем ИБП практически в любой точке земного шара, является решающим преимуществом для операторов дата-центров. Например, новая серия Amplon RT 5–20 кВА от Delta  — это системы ИБП двойного преобразования, которые имеют множество функций для обеспечения повышенной отказоустойчивости, а также лучшую среди аналогов удельную мощность благодаря компактному форм-фактору 2U.

Это очень выгодное сочетание для компаний, сталкивающихся с постоянно повышающимися потребностями к электропитанию из-за постоянно растущей вычислительной плотности на стойку в условиях ограниченных площадей. Единичный коэффициент мощности, высокая эффективность системы, возможность горячей замены аккумуляторов и параллельная конфигурация, которые реализованы в серии RT, помогают решить проблемы, возникающие в связи с ростом вычислительной плотности. Более того, серия 5–20 кВА — это первые ИБП на рынке, оборудованные внешними модулями с литий-ионными аккумуляторами в стандартной комплектации. Можно даже заменить всего один аккумулятор, а не весь комплект, в то время как система продолжает работать благодаря наличию байпаса.

Новая серия систем ИБП RT будет полезна и для других задач; например, установки для периферийных вычислений также имеют ограничения по свободному месту и выполняют критически важные задачи в промышленном производстве и в телекоммуникационной отрасли. С учетом того, что данные модули оснащены встроенной распределительной коробкой и переключателем на байпас для технического обслуживания, это надежное и высокоэффективное оборудование можно использовать на самых разных мелких и средних предприятиях.