Opracowanie redakcja e-automatyka.pl 2011-07-20

Najważniejsze wymagania dotyczące systemów szaf w centrach przetwarzania danych nowej generacji

Najważniejsze wymagania dotyczące systemów szaf w centrach przetwarzania danych nowej generacji

Pod koniec lat 70. firmy zaczęły instalować komputery w obudowach mających postać szaf przemysłowych; jednak brak zgodności między urządzeniami pochodzącymi od różnych dostawców znacznie utrudniał instalację. W 1984 roku komisja IEC (International Electrotechnical Commission) wydała normę IEC 297-3 określającą wymiary fizyczne szaf 482,6 mm (19 inch). Inne normy, takie jako EIA 310 (wydana przez stowarzyszenie Electronic Industries Alliance), stanowiły kolejne kroki na drodze do standaryzacji montażu sprzętu telekomunikacyjnego i komputerowego w szafach. Mimo wydania tych norm dynamiczne zmiany w branży komputerowej oraz naturalna zbieżność jej rozwoju z postępami w branży telekomunikacyjnej stały się przyczyną problemów, za którymi standaryzacja nie mogła nadążyć. W niniejszym dokumencie zastosowano metodę systematycznej identyfikacji i klasyfikacji problemów użytkowników, która pozwoliła na dogłębną analizę natury i cech systemów szaf w newralgicznych instalacjach następnej generacji. Skoncentrowano się tutaj na problemach związanych z montażem urządzeń telekomunikacyjnych i komputerowych w szafach współczesnych centrów przetwarzania danych.

Ankieta
Wśród kadry zarządzającej — dyrektorów i prezesów ds. IT, administratorów budynków i instalacji (facility managers) oraz kierowników ds. IT, przeprowadzono ankietę dotyczącą instalacji o znaczeniu newralgicznym. Ankietą objęto ponad 150 osób z ponad 90 instytucji, w tym firm wymienianych na liście Fortune 1000, instytucji rządowych i edukacyjnych oraz usługodawców. Około 50% respondentów pochodziło z Ameryki Północnej, 20% z Europy, a 30% z Japonii, regionu Pacyfiku, Australii i Azji.

Ankieta prowadzona była przez rok z zastosowaniem technik „Głos Klienta” (ang. Voice of the Customer), bazujących na zbieraniu słownych i/lub pisemnych odpowiedzi na pytania o charakterze otwartym. Zebrane w ten sposób odpowiedzi miały skrajnie nieuporządkowaną strukturę, zaś zaletą takiej metody było wykluczenie odpowiedzi, których treść narzucają ewentualne sugestie zawarte w samym pytaniu. W trakcie ankiety niektóre pytania rozszerzono i/lub zmieniono, aby uniknąć odpowiedzi niejednoznacznych.

Wyniki: wyzwania stojące przed systemami szaf w instalacjach o znaczeniu newralgicznym
Odpowiedzi na ankietę podzielono na grupy dotyczące szeregu typowych dziedzin, a dla każdej z takich grup określono oczekiwania w stosunku do budowy instalacji. W procesie tym zidentyfikowano 18 zasadniczych wyzwań. Te z kolei dalej pogrupowano w następujących 5 obszarów tematycznych:
• Koszty cyklu eksploatacyjnego
• Niezawodność
• Konserwacja / serwis
• Łatwość zarządzania
• Możliwości adaptacji / skalowalność

Dla każdego z tych obszarów tematycznych przedstawiono — w postaci tabeli — samo wyzwanie, problem, z którego ono wynika, oraz wymagania stawiane przed systemem szaf. W ramach każdej grupy tematycznej problemy o najwyższym priorytecie wymieniono w pierwszej kolejności. Priorytet określono na podstawie liczby wzmianek o danym problemie, przy czym każdej wzmiance przypisano wagę wynikającą z priorytetu nadanego problemowi przez respondenta.

Koszty cyklu eksploatacyjnego

WyzwanieBazowe problemyWymagania dotyczące systemu szaf
Uniwersalność szaf bez względu na producenta urządzeń Użycie szaf niestandardowych wiąże się z wyższymi kosztami z uwagi na „szczególne” wymagania stawiane przez producentów sprzętu komputerowego. Trudności ze scalaniem i integracją systemów. Szafy o konstrukcji uniwersalnej, wytwarzane na skalę umożliwiającą obniżenie kosztów i gwarantujące kompatybilność ze wszystkimi urządzeniami komputerowymi. Rozwiązania bazujące na gotowych projektach, eliminujące i/lub upraszczające większość prac planistycznych i inżynierskich.
Przyspieszenie wdrożenia Czas i nakład pracy związany z migracjami serwerów i modernizacjami podnosi koszty związane z robocizną i przestojami. Rozwiązania możliwe do szybkiego wdrożenia, bazujące na gotowych projektach, eliminujące i/lub upraszczające większość prac planistycznych i inżynierskich.

Ankieta wykazała, że problemy związane z kosztami cyklu eksploatacyjnego były podstawą do formułowania wymagań o najwyższym priorytecie — zwłaszcza dla respondentów wchodzących w skład kierownictwa wyższego szczebla.

Wyniki ankiety pokazują, że — ujmując rzecz statystycznie — większość szaf sprzedawanych przez producentów serwerów charakteryzuje się niepełną kompatybilnością z urządzeniami firm konkurencyjnych. Należy uznać to za problem, skoro większość respondentów wyrażała chęć przyjęcia jednego standardu szafy w celu zapewnienia jednolitego wyglądu centrum przetwarzania danych i skrócenia czasu poznawania nowych szaf przez personel.

Niezawodność

WyzwanieBazowe problemyWymagania dotyczące systemu szaf
Prawidłowe chłodzenie urządzeń komputerowych (przepływ powietrza) Zmniejszanie wymiarów urządzeń komputerowych i coraz większe upakowanie sprzętu wydzielającego ciepło prowadzi do przedwczesnego zużycia i awarii urządzeń.

Serwery są coraz głębsze i cieńsze, co umożliwia zamontowanie w jednej szafie większej ich liczby, a przy tym powoduje intensywniejsze wydzielanie ciepła i zagęszczenie okablowania. Klienci nie wiedzą, czy używane przez nich szafy zapewniają prawidłowy dopływ powietrza do urządzeń.

Temperatury w dolnej i górnej części czoła tej samej szafy mogą różnić się nawet o 10 stopni C (18°F). To zjawisko zaskakuje, a jego przyczyny są niejasne dla użytkowników. Poszczególne urządzenia narażone są na nieoczekiwane obciążenia termiczne, co prowadzi do przedwczesnych awarii urządzeń pracujących poza dopuszczalnym zakresem temperatury.
Prawidłowo zaprojektowane, perforowane drzwi powinny zapewniać powierzchnię wentylacji większą niż 0,53548 m2 (830 in2), co zagwarantuje wystarczający niewymuszony przepływ powietrza przez urządzenia w szafie o rozmiarze 42U. Kable powinny być poprowadzone tak, aby nie zastawiały otworów wylotowych.

Producenci szaf powinni weryfikować skuteczność chłodzenia przy użyciu metod CFD (Computational Fluid Dynamics) oraz w komorach do badania warunków otoczenia.

Szczelne obudowy i akcesoria uniemożliwiające zawracanie gorącego powietrza przed szafę i gwarantujące równomierne rozprowadzenie chłodnego powietrza na całej wysokości szaf.
Zdublowane źródła zasilania urządzeń Współczesne urządzenia komputerowe mogą być wyposażone w pojedyncze i nadmiarowe źródła zasilania, brak jednak rozwiązań zapewniających nadmiarowość zasilania doprowadzanego do szafy. Możliwość łatwej konfiguracji szafy w celu doprowadzenia dwóch torów zasilających do urządzeń komputerowych z jednym lub dwoma kablami zasilającymi.
Bezpieczeństwo fizyczne Konstrukcja szaf zorientowana jest na spełnienie wymagań w zakresie chłodzenia, zasilania i przetwarzania danych, natomiast nie chroni sprzętu przed sabotażem lub błędem człowieka. Zawiasy i zamki zamontowane po wewnętrznej stronie drzwi zapobiegają dostępowi do urządzeń.

Drzwi powinny być wyposażone w zamki z niepowtarzalnymi kombinacjami i kluczem uniwersalnym lub w zamki elektroniczne zintegrowane z systemem ochrony budynku.

Do zdjęcia paneli bocznych powinien być potrzebny klucz.
Odporność sejsmiczna Systemy szaf zainstalowane w regionach USA zaliczanych do 4. strefy sejsmicznej, a niespełniające wymogów kodeksu budowlanego UBC (Universal Building Code) w zakresie odporności sejsmicznej, stwarzają ryzyko utraty zamontowanego w nich sprzętu komputerowego. Wszystkie szafy montowane w regionach zaliczanych do strefy 4. powinny spełniać wymogi kodeksu UBC.
Ograniczenie do minimum błędów człowieka Płytkie i ciasne szafy sprzyjają popełnianiu błędów przez personel obsługujący.

Montowane w szafach listwy zasilające wyposażone w małe, zawodne wyłączniki automatyczne mogą być przyczyną przerw w zasilaniu i stanowią jeszcze jeden pojedynczy punkt awarii.

Otwarcie szafy w celu zresetowania wyłącznika automatycznego może dodatkowo wydłużyć przestój.
wykonania niezbędnych czynności. Konstrukcja zapewniająca przejrzystość i komfort pracy.

Wyeliminowanie wyłączników automatycznych z szaf ze sprzętem komputerowym.

Użycie w szafach bardziej niezawodnych listew zasilających bez wyłączników automatycznych.

Wyłączniki powinny być łatwo dostępne i umieszczone na panelu, aby nie było konieczne otwieranie newralgicznej szafy.



W opinii respondentów najważniejszy problemem związany z niezawodnością stanowiło zapewnienie dopływu powietrza do urządzeń komputerowych. Wobec radykalnego wzrostu upakowania urządzeń wydzielających ciepło, jaki obserwujemy w ostatnich kilku latach, administratorzy systemów informatycznych obawiają się awarii spowodowanych niedostatecznym chłodzeniem. Co gorsza, nie istnieje norma pomiaru i porównywania wydajności chłodzenia w różnych szafach. Pomiary takie niezbędne są do zapewnienia wysokiej niezawodności sprzętu w środowiskach o newralgicznym znaczeniu. Jedną z metod zapewnienia właściwego chłodzenia jest zastosowanie drzwi do szaf, które zapewnią ponad 0,53548 m2 (830 in2) powierzchni wentylacji, lub drzwi perforowanych, otwartych na powierzchni co najmniej 63%. Drzwi szaf spełniające powyższe wymagania zapewniają dostateczną niewymuszoną wentylację sprzętu komputerowego. W środowiskach o niekorzystnych warunkach chłodzenia zaleca się stosowanie do szaf o mocy przekraczającej 1500 W dodatkowych akcesoriów wymuszających obieg powietrza.

Respondenci ankiety mieli złe doświadczenia z listwami zasilającymi montowanymi w szafie, w których zastosowano zawodne wyłączniki automatyczne. Takie niedrogie wyłączniki stanowią często niedostrzegany pojedynczy punkt awarii. Co więcej, zadziałanie takiego wyłącznika wymusza ingerencję personelu we wnętrzu szafy wypełnionej sprzętem o newralgicznym znaczeniu. Ryzyko dodatkowo zwiększa konieczność odszukania wyłącznika na listwie. Problemy te można w dużym stopniu wyeliminować, umieszczając wyłączniki automatyczne na jednym panelu, a tym samym poprawiając niezawodność szaf. Zdecydowanie najlepszym sposobem na poprawienie niezawodności szafy jest zapewnienie nadmiarowości doprowadzonego do niej zasilania. Respondenci byli zaskoczeni radykalną poprawą niezawodności, jaka następuje po doprowadzeniu do szafy zasilania z dwóch źródeł, nawet jeśli szafa zawiera urządzenia komputerowe wyposażone tylko w jeden kabel zasilający.

Obsługa serwisowa

WyzwanieBazowe problemyWymagania dotyczące systemu szaf
Skrócenie czasu migracji serwerów Istnieje szereg problemów, które jeszcze bardziej opóźniają procesy migracji i modernizacji.

Przestrzeń robocza jest niekiedy bardzo ograniczona, co zwiększa prawdopodobieństwo szybkiego zmęczenia, urazów lub błędów powodujących przestoje. Trudności z montażem w szafie mogą czasami nawet 3- lub 4-krotnie wydłużyć instalację sprzętu.

Szafy powinny być na tyle głębokie, by zapewnić wystarczającą ilość miejsca do pracy, nie powodować zmęczenia i ograniczyć ryzyko urazów bądź przypadkowych przestojów.

Szafy powinny być wyposażone w elementy niewymagające użycia narzędzi, takie jak drzwi z szybkorozłączalnymi zawiasami, szybkorozłączalne panele boczne oraz uchwyty ułatwiające prowadzenie kabli.

Szafy powinny mieścić się w standardowych drzwiach budynku.

Otwory w szynach montażowych powinny być kwadratowe, a nie okrągłe-gwintowane.

Na przednich i tylnych szynach montażowych powinny być wyraźnie zaznaczone wysokości U, tak aby montaż sprzętu był ułatwiony. Szafy powinny być wyposażone w dzielone drzwi tylne („francuskie”), aby dostępna była większa przestrzeń robocza w przejściach.           
Prowadzenie kabli Kable zasilające i kable do transmisji danych mogą utrudniać przepływ powietrza, co w konsekwencji może doprowadzić do awarii niedostatecznie chłodzonego sprzętu komputerowego.

Trudności z identyfikacją splątanych kabli. Prowadzenie kabli zasilających i kabli o transmisji danych pod podwyższonymi podłogami jest trudne, a stare kable zwykle nie są demontowane.
Szafy powinny być wyposażone w kanały ułatwiające porządkowanie, prowadzenie i przechowywanie dużej ilości kabli.

Kable do transmisji danych i kable zasilające powinny być prowadzone nad szafą, co ułatwi identyfikację i obsługę serwisową.

Kable powinny być przechowywane z tyłu szafy, aby były łatwo dostępne.
Standardowe szafy do wszystkich typów serwerów Producenci serwerów często zastrzegają, że gwarancja traci ważność w razie zainstalowania serwera w szafie innej niż oferowana przez nich. Taki brak standaryzacji pogarsza estetykę centrum przetwarzania danych, a także wprowadza dodatkowe komplikacje z uwagi na nietypowe cechy poszczególnych szaf. Szafy powinny oferować lepsze parametry chłodzenia i większą głębokość niż szafy producentów serwerów. Dostawcy szaf powinni zagwarantować zgodność ze wszystkimi serwerami. Szafy powinny spełniać wymogi normy EIA 310-D.



Większość wyzwań związanych z obsługą serwisową wskazana została przez respondentów bezpośrednio zaangażowanych w migracje serwerów i modernizacje sprzętu. Nietrudno było się zorientować, że oczekiwania w tej dziedzinie wynikały z praktycznych doświadczeń. Klienci mogą odnieść istotne korzyści z zastosowania szaf tych producentów, którzy dodatkowo oferują usługi projektowania okablowania i migracji serwerów, gdyż doświadczenia w tym zakresie przekładają się na udoskonalenia w konstrukcji szaf.

Łatwość zarządzania

WyzwanieBazowe problemyWymagania dotyczące systemu szaf
Monitorowanie parametrów otoczenia szafy Trudności z identyfikacją gradientów temperatur między górną a dolną częścią szafy. Gradienty mogą być przyczyną wyłączenia i/lub uszkodzenia sprzętu komputerowego.

Trudności z monitorowaniem wilgotności w szafie.

Utrudnione wykrywanie dymu w pierwszej fazie pożaru wewnątrz szafy.
Graficzny interfejs użytkownika i automatyczne powiadomienia — mechanizm raportowania, zarządzania i powiadomień sterowany przez parametry na poziomie szafy.
Monitorowanie parametrów zasilania na poziomie szafy Trudności z ustaleniem, które szafy są silnie obciążone termicznie, i które są bliskie przeciążenia.

Trudności ze skojarzeniem obciążeń obwodów z szafami z uwagi na częste zmiany konfiguracji. W systemach dwutorowych: trudności z ustaleniem, czy wyłączenie jednego toru spowoduje przeciążenie pozostałych.
Graficzny interfejs użytkownika i automatyczne powiadomienia — mechanizm raportowania, zarządzania i powiadomień sterowany przez parametry zasilania na poziomie szafy. Możliwość zdalnego i lokalnego monitorowania poboru prądu z poszczególnych listew zamontowanych w szafie. Są to cechy szczególnie przydatne po dodaniu nowego sprzętu.
Centralne zarządzanie sprzętem komputerowym W obiektach instalowanych jest coraz więcej urządzeń komputerowych, którymi trudno jest zarządzać indywidualnie. Indywidualne zarządzanie urządzeniami jest kosztowne. Rozwiązania programowe i sprzętowe pozwalające administratorom IT na centralne zarządzanie całym sprzętem.
Monitoring bezpieczeństwa szafy Szafy są ostatnią linią obrony przed sabotażem, a mimo to często nie są objęte monitoringiem. Graficzny interfejs użytkownika i automatyczne powiadomienia oraz raporty o włamaniach do szaf i innych naruszeniach bezpieczeństwa.

Respondenci skupili się głównie na warunkach środowiskowych i zasilaniu w szafie. Wymienione problemy i wyzwania przypominają kwestie omówione w dokumencie APC White Paper #4, „Najważniejsze wymagania dotyczące systemów zasilania centrów przetwarzania danych nowej generacji”, oraz w dokumencie APC White Paper #5, „Najważniejsze wymagania dotyczące systemów chłodzenia centrów przetwarzania danych nowej generacji”. Jednak z ankiety wynikło też jedno ważne spostrzeżenie (dotyczące scentralizowanego zarządzania), które z pewnością ma związek z rosnącą popularnością klastrów serwerów. Firmy coraz częściej kupują większą liczbę tańszych serwerów, co pozwala obniżyć koszty codziennej eksploatacji i ograniczyć liczbę pojedynczych punktów awarii. W opinii wiceprezesa firmy IDC, Jean Bozman, postępy w technologii klastrów sprawiły, że instalacja i utrzymanie farm serwerów stało się mniej skomplikowane. Administrator systemu informatycznego może dziś kupić wstępnie skonfigurowany system bazujący na klastrze serwerów, który nie wymaga specjalistycznych umiejętności, np. znajomości języka skryptów. Z kolei Sanjay Sidhu, menedżer ds. marketingu tej grupy produktów w firmie Dell, uważa że klastry serwerów torują sobie powoli drogę do zastosowań w środowiskach o znaczeniu newralgicznym1. Jednak do zarządzania szeregiem szaf wypełnionych serwerami nie wystarczy po prostu przełącznik KVM — pracownicy działów informatycznych oczekują rozwiązań, które umożliwią im centralne zarządzanie całym sprzętem z jednego miejsca.

Możliwości adaptacji / skalowalność

WyzwanieBazowe problemyWymagania dotyczące systemu szaf
Plan spełnienia rosnących i nieprzewidywalnych wymogów w zakresie gęstości upakowania urządzeń zasilanych oraz ich chłodzenia Choć branżowe prognozy dotyczące gęstości upakowania urządzeń i związanych z nią wymagań odnośnie chłodzenia są bardzo niejednoznaczne, nowe systemy szaf muszą spełniać te wymagania niezależnie od kolejnych modernizacji sprzętu. Konstrukcja szaf, którą można łatwo adaptować — nawet w istniejących instalacjach — do montażu i chłodzenia gęsto upakowanych urządzeń, zarówno teraz, jak i w przyszłości.
Dostosowanie do stale zmieniających się wymagań odnośnie zasilania W każdej chwili i w dowolnej szafie mogą zmienić się wymagania dotyczące zasilania, napięcia, gniazd, a nawet dostępności prądu stałego. System szaf umożliwiający szybką i niewymagającą użycia narzędzi zmianę napięć, mocy, gniazd i źródeł prądu stałego.
Możliwość montażu listew zasilających z tyłu, co ułatwi prowadzenie kabli. Listwy zasilające powinny mieć do 42 gniazd.
Adaptacja do zmieniającego się układu centrum przetwarzania danych i serwerowni Czasami szafy wypełnione urządzeniami muszą być przeniesione do pomieszczeń, w których zachowanie dotychczasowej konfiguracji jest utrudnione z uwagi na przeszkody fizyczne i trudności z prowadzeniem kabli. Szafy z odwracanymi drzwiami, na szybkorozłączalnych zawiasach, z szybkorozłączalnymi panelami bocznymi, kółkami do przemieszczania i umożliwiające zamontowanie sprzętu o masie 907,2 kg (2000 lb). Szafy dostosowane do nowych systemów prowadzenia kabli górą.
Dostosowanie do stale zmieniających się wymagań odnośnie sprzętu komputerowego Rynek telekomunikacyjny i informatyczny rozwija się w sposób zbieżny, skutkiem czego wymagania stawiane szafom zmieniają się bardzo dynamicznie, a po kolejnych modernizacjach w szafach pozostają „luki”. Warunki chłodzenia w takich miejscach stają się niestabilne. Producent powinien szybko modyfikować konstrukcję szaf w celu dostosowania ich do nowych wymagań i udostępniać akcesoria niewymagające użycia narzędzi. Regulowane szyny montażowe.

Rozwiązania niezbędne do spełnienia wymogów w zakresie adaptacji bazują na gotowych i standardowych szafach/obudowach, których drzwi, panele boczne, szyny itp. mogą być w prosty sposób modyfikowane na miejscu, bez użycia narzędzi. Aby stawić czoła wskazanym w tej ankiecie wyzwaniom dotyczącym systemów szaf, konieczne jest wprowadzenie szeregu zmian w obecnej praktyce projektowej. Większość z tych zmian staje się oczywista, jeśli spojrzymy na szafę jako na serce centrum przetwarzania danych, gdyż to właśnie szafa jest miejscem, w którym zachodzą newralgiczne procesy systemu informatycznego przedsiębiorstwa. Należy wyzwolić się z myślenia o szafie jako o metalowej obudowie, której jedyną cechą istotną przy zamawianiu jest cena. Szafy i obudowy stwarzają wysoce niezawodne środowisko, które — jeśli będzie prawidłowo zaprojektowane — może statystycznie skrócić czas przestojów i przyczynić się do ograniczenia kosztów ponoszonych przez firmę. W gruncie rzeczy szafa powinna być traktowana jak część infrastruktury centrum przetwarzania danych lub serwerowni wchodząca w skład systemów zasilania, chłodzenia, bezpieczeństwa, zarządzania i wykrywania pożaru. Tylko przyjęcie takich założeń umożliwi producentom szaf stworzenie rozwiązań problemów zidentyfikowanych w tej ankiecie, a także innych, które ujawnią się w przyszłości.

Wnioski
Systematyczna analiza problemów klientów dotyczących systemów szaf jednoznacznie nakreśla kierunek rozwoju nowej generacji instalacji o newralgicznym znaczeniu. Obecna praktyka projektowania takich systemów nie pozwala na rozwiązanie najbardziej palących problemów, a stale powracającym motywem jest niezdolność centrum przetwarzania danych do adaptacji wobec zmieniających się potrzeb. Systemy szaf muszą dać się w szerszym zakresie dostosowywać do zmiennych potrzeb, tak aby zwiększyć ich niezawodność oraz aby uczynić je bardziej ekonomicznymi.

W wielu branżach poziom dojrzałości uzyskiwany jest na etapie, na którym postęp w dziedzinie niezawodności,  cyklów wdrożeniowych i kosztów wymaga standaryzacji, stosowania gotowych projektów i modularyzacji. Projektanci instalacji o newralgicznym znaczeniu, używanych w nich systemów szaf, a także właściciele takich systemów, powinni zastanowić się, czy etap ten nie został właśnie osiągnięty. Firma IDC prognozuje, że do 2005 roku 62% wszystkich serwerów sprzedawanych będzie w obudowach dostosowanych do montażu w szafie. Tym większego znaczenia nabiera traktowanie i projektowanie szafy jako części instalacji o znaczeniu newralgicznym, co potwierdzają wyniki ankiety cytowane w niniejszym dokumencie.

Na podstawie: apc.com

Zapraszamy do skomentowania artykułu

Treść opini 
Popis 

Pozostałe artykuły z tej kategorii