Wskazówki dotyczące określania gęstości mocy w centrum danych (cz. 5.)

Konwencjonalne metody określania gęstości w centrum danych są niejednoznaczne i wprowadzają w błąd. Opisywanie gęstości w centrum danych przy użyciu W/m2 nie jest wystarczające, aby określić zgodność zasilania lub chłodzenia z urządzeniami obliczeniowymi o wysokiej gęstości, takimi jak serwery kasetowe, czyli blade. Praktycznie nigdy nie istniała przejrzysta, standardowa metoda określania parametrów centrów danych zapewniających ich przewidywalne zachowanie z urządzeniami o wysokiej gęstości. Właściwa specyfikacja gęstości w centrum danych powinna zapewniać przejrzyste instrukcje dotyczące projektowania i instalacji urządzeń zasilających i chłodzących, zapobiegać nadmiernej wielkości instalacji, a także maksymalizować sprawność energetyczną. W tym artykule przedstawiono podstawy teoretyczne i zastosowanie praktyczne ulepszonej metody określania specyfikacji infrastruktury zasilania i chłodzenia dla centrów danych.

Przykład specyfikacji centrum danych

Poniższy przykład przedstawia sposób użycia modelu do określenia rzeczywistego centrum danych. W tym przypadku zapewniono pomieszczenie dla projektu konsolidacji serwerów. Wszystkie zasilacze UPS, listwy zasilające i systemy chłodzenia nie istnieją i muszą zostać umieszczone w tym pomieszczeniu. Ze względu na kubaturę pomieszczenia nie istnieje podłoga podniesiona; nie jest także możliwe jej zamontowanie. Wdrożona zostanie kombinacja urządzeń sieciowych, włącznie z serwerami kasetowymi, serwerami montowanymi w szafach, pamięcią masową i urządzeniami sieciowymi. Serwery kasetowe muszą być umieszczone wspólnie i nie można ich rozmieścić w różnych szafach. Po oszacowaniu aktualnych wymagań stwierdzono, że zostanie zapełniona tylko połowa pomieszczenia. Pozostała część pomieszczenia zostanie zarezerwowana dla gęstości większej o 20% niż aktualna gęstość. W przyszłości znajdą się w niej co najmniej trzy szafy z serwerami kasetowymi, których pobór mocy oszacowano na 25 kW na szafę. W wymaganiach dostępności określono system zasilania i chłodzenia bez nadmiarowości.

Zarys pomieszczenia przedstawiono na rysunku 3 wraz z proponowanym układem szaf. Łączna liczba lokalizacji szaf w pomieszczeniu wynosi 41. Zdecydowano, że rzędy 1, 2 i 3 zostaną zainstalowane natychmiast, a rzędy 4, 5, 6 i 7 będą wdrażane w późniejszym czasie. Przegląd aktualnego planu instalacji umożliwia przypisanie do rzędów niektórych urządzeń o podobnym poborze mocy, co pozwala zredukować współczynnik maksymalnej gęstości mocy w rzędach. Zgodnie z wymaganiami, serwery kasetowe zostaną umieszczone wspólnie w rzędzie 2. Specyfikacja na poziomie rzędów dla rzędów 1, 2 i 3 została wprowadzona do tabeli 4.

RYSUNEK 3

Tabela 4 – Dane gęstości w rzędach dla proponowanego centrum danych

Na podstawie tych informacji można obliczyć, że przeciętna gęstość pierwszej instalacji wynosi (2*7+ 5*7+ 3*7)/21 = 3,3 kW na szafę. Jeżeli zostaną zaplanowane dodatkowe rzędy z gęstością wyższą o 20% (jednak jeszcze bez określania ich szczegółów), ogólna przeciętna gęstość w centrum danych wyniesie (2*7+ 5*7+ 3*7+ 4*5+ 4*5 + 4*5+ 4*5)/41 = 3,7 kW na szafę. Określenie wysokiej gęstości szczytowej dla przyszłych, niezdefiniowanych jeszcze rzędów, zapewnia sporą elastyczność w zakresie dokonywania zmian w projekcie tych rzędów. Tabela 4 przedstawia te przyszłe specyfikacje dla rzędów 4, 5, 6 i 8. Jedyną konsekwencją określenia wysokiej wartości szczytowej dla rzędów instalowanych w przyszłości jest ostrożne określenie rozmiaru głównych systemów zasilania i chłodzenia.

Na podstawie rysunku 1 można oszacować, że całkowita przestrzeń zajmowana przez urządzenia zasilające i chłodzące wyniesie 30% przy przeciętnej gęstości mocy 3,7 kW na szafę, co odpowiada 13 szafom (30% x 41 szaf). Na podstawie tej wartości i specyfikacji gęstości można stwierdzić, że całkowita liczba dostępnych szaf IT wyniesie 70%, czyli 28 szaf.

Specyfikacja gęstości dla proponowanego projektu konsolidacji serwerów składa się z danych w tabeli 4 oraz z obliczonych wartości podanych w tabeli 5.

Tabela 5 — Obliczone dane na poziomie pomieszczenia dla proponowanego centrum danych

W tym momencie możliwe jest utworzenie projektu. Kolejnym krokiem będzie określenie rzeczywistego położenia urządzeń zasilających i chłodzących na podstawie charakterystyki tego sprzętu i projektu systemu. Ten proces jest oparty na złożonych modelach matematycznych określonego sprzętu oraz na regułach optymalizacji i preferencjach klienta. Jest on unikalny dla różnych dostawców urządzeń zasilających oraz chłodzących i nie zostanie omówiony w tym artykule. W idealnej sytuacji projekt będzie wymagał tylko tych urządzeń zasilających i chłodzących, które były wymagane w czasie wstępnej instalacji; ułatwi również przewidywanie i instalację takiego sprzętu w przyszłości w celu wykonania częściowo określonego planu przyszłego wdrożenia. Na przykład w czasie pierwszej fazy wdrożenia należy zapewnić wstępną instalację głównych przewodów zasilania i instalacji rurowej chłodzenia dla szaf istniejących w przyszłości. Należy pamiętać, że dla rzędów instalowanych w przyszłości określono przeciętne i szczytowe wartości gęstości mocy na szafę, ale wartości te mogą zmienić się w dowolnym momencie przed wykonaniem instalacji, pod warunkiem, że całkowita moc pomieszczenia nie przekroczy aktualnie zaplanowanej wartości.

Wniosek
Konwencjonalne metody opisywania gęstości w centrum danych są niepełne i niejasne. Te tradycyjne metody uniemożliwiają uzyskanie potrzebnych informacji podczas planowania w celu uzyskania przewidywalnej wydajności infrastruktury zasilania i chłodzenia w centrum danych z najnowszą generacją sprzętu IT o wysokiej gęstości mocy.

W tym artykule omówiono wymagania dotyczące określania gęstości i przedstawiono nową metodę specyfikacji. Metoda ta zapewnia gotowe do użycia specyfikacje, które umożliwiają wymianę wymagań między pracownikami działu IT i projektantami obiektu, a także pozwalają na tworzenie centrum danych, które są przewidywalne, ekonomiczne i cechują się wysoką sprawnością elektryczną.

O autorze:

Neil Rasmussen jest założycielem i głównym specjalistą ds. technicznych firmy American Power Conversion (APC). W firmie APC Neil zarządza największym na świecie budżetem badawczo-rozwojowym przeznaczonym na infrastrukturę zasilania, chłodzenia i szaf w sieciach o kluczowym znaczeniu, przy czym główne centra rozwojowe produktów znajdują się w Massachusetts, Missouri, Danii, na Rhode Island, na Tajwanie oraz w Irlandii. Obecnie Neil kieruje w firmie APC pracami, które mają na celu utworzenie modularnych, skalowalnych rozwiązań dla centrów danych.

Przed założeniem firmy APC w 1981 r. Neil Rasmussen uzyskał tytuł licencjata i magistra o specjalności elektrotechnika w Massachusetts Institute of Technology (MIT), gdzie napisał pracę analizującą źródło zasilania o mocy 200 MW dla reaktora Tokamak Fusion. W latach 1979–1981 pracował w MIT Lincoln Laboratories nad systemami magazynowania energii koła zamachowego oraz systemami wytwarzania energi słonecznej.