Neil Rasmussen 2011-05-19

Wskazówki dotyczące określania gęstości mocy w centrum danych (cz. 4.)

Wskazówki dotyczące określania gęstości mocy w centrum danych (cz. 4.)

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.

Specyfikacje gęstości oparte na regułach
Po określeniu przeciętnej i szczytowej gęstości zasilania na szafę w rzędzie lub strefie możliwe jest utworzenie projektu pozwalającego na przewidywalne wdrożenie tej specyfikacji. Wdrożenie jest bardzo proste w przypadku, gdy szczytowy pobór mocy na szafę jest zbliżony do wartości przeciętnej. Jeśli jednak współczynnik maksymalnej gęstości mocy na szafę w rzędzie osiąga wartość 1,5 lub większą, zwiększają się wyzwania i koszty implementacji projektu. Kwestia zapewnienia działania szaf z maksymalnym poborem mocy tak długo, jak wartość przeciętnego poboru mocy nie zostanie przekroczona, może stanowić poważne ograniczenie w przypadku instalacji wykorzystujących systemy doprowadzające powietrze z podłogą podniesioną. Możliwe jest zwiększenie ogólnych, możliwych do osiągnięcia gęstości mocy szczytowej i przeciętnej, jeśli w specyfikacji dozwolone jest wdrożenie gęstości oparte na regułach.
Aby zrozumieć problem rozwiązany przez specyfikacje oparte na regułach, wyobraźmy sobie sytuację, w której rząd szaf musi zostać zainstalowany w istniejącym systemie chłodzenia z podłogą podniesioną, którego współczynnik maksymalnej gęstości zasilania na szafę wynosi 2. Z perspektywy systemu zasilania dla każdej szafy należy dostarczyć zasilanie z zachowaniem maksymalnej gęstości mocy. Energia musi być jednak dostarczana przez listwę zasilającą lub zasilacz UPS o mocy znamionowej równej przeciętnej gęstości mocy na szafę pomnożonej przez liczbę szaf IT. Takie rozwiązanie jest łatwe do wdrożenia. Patrząc jednak z perspektywy systemu chłodzenia, poszczególne szafy nie mają dobrze zdefiniowanego systemu dystrybucji powietrza o mocy przekraczającej dwukrotnie przeciętną gęstość na szafę. Szafy działające z gęstością przekraczającą przeciętną wartość muszą pożyczać niewykorzystaną moc z sąsiadujących szaf, które działają z gęstością mniejszą od przeciętnej gęstości na szafę. W przypadku podłogi podniesionej o ograniczonej wydajności przepływu powietrza oznacza to, że oddzielenie od siebie szaf o wysokiej gęstości w rzędzie znacznie zredukuje lokalne przeciążenie systemu dystrybucji powietrza. Jeżeli specyfikacja obejmuje możliwość ustanowienia reguł dotyczących lokalizacji szaf o wysokiej gęstości w rzędzie, możliwe będzie osiągnięcie wyższej gęstości szczytowej i przeciętnej w ramach ograniczeń systemu.
Przykładem prostej reguły jest reguła mówiąca, że szafa może przekroczyć przeciętny pobór mocy o wartość odpowiadającą średniemu poborowi mocy w sąsiadujących szafach, jeśli jest ona mniejsza od przeciętnej. Możliwe jest użycie bardziej zaawansowanych reguł w celu zmaksymalizowania przewidywalnej gęstości mocy, którą można osiągnąć w danej instalacji. Reguły te można zastosować w systemie zarządzania zasilaniem i chłodzeniem.

Określanie opcji gęstości dla dalszego wzrostu
Wiele centrów danych nie jest budowanych całkowicie w jednym etapie; rozwijają się one i rosną w miarę upływu czasu. W takich przypadkach nie zawsze będzie pożądane lub praktyczne określenie z wyprzedzeniem gęstości dla rzędów lub stref, które nie zostały jeszcze zaplanowane. Każda praktyczna metoda określania gęstości w centrum danych musi uwzględniać przyszłe wymagania, w przypadku których trudno przewidzieć gęstość. Konieczne jest również zachowanie możliwości zastosowania opcji gęstości w przyszłości. W warunkach idealnych wydatki i zobowiązania związane z wdrożeniem infrastruktury zasilania i chłodzenia powinny zostać poniesione możliwie jak najpóźniej. Co więcej, dalsza rozbudowa centrum danych nie powoduje obniżenia dostępności już działającego sprzętu IT.
Często stosowaną opcją jest zbudowanie z wyprzedzeniem całej infrastruktury zasilania i chłodzenia, aby zapewnić obsługę wstępnie zdefiniowanej gęstości mocy. Zaletą wcześniejszej instalacji tych urządzeń jest to, że podczas przyszłych wdrożeń sprzętu IT nie będzie konieczne wykonywanie żadnych poważnych prac nad infrastrukturą działającego centrum danych. Jednakże to podejście ma wiele poważnych wad, które przedstawiono poniżej:
- Przyszła gęstość sprzętu IT przekracza gęstość infrastruktury zasilana i chłodzenia, przez co nie można go efektywnie wdrożyć.
- Przyszła gęstość sprzętu IT jest mniejsza niż gęstość infrastruktury zasilania i chłodzenia, przez co znaczne inwestycje w infrastrukturę zostaną zmarnowane.
- Obiekt nigdy się nie rozwija lub rozwój jest wymuszony w innej lokalizacji ze względu na przepisy lub inne czynniki biznesowe, przez co znaczne inwestycje w infrastrukturę zostaną zmarnowane.
- Obciążenie centrum danych w najbliższej przyszłości jest znacznie niższe niż moc znamionowa infrastruktury zasilania i chłodzenia, co prowadzi do znacznego obniżenia sprawności elektrycznej, a także poważnych i niepotrzebnych kosztów energii elektrycznej.
- Instalacja z wyprzedzeniem aktualnie niepotrzebnej infrastruktury zasilania i chłodzenia jest przyczyną niepotrzebnych kosztów inwestycyjnych i kosztów umów serwisowych.

Efektywny model określania gęstości mógłby umożliwić uniknięcie tych problemów przez zastosowanie podejścia projektowego i wdrożeniowego modułowej oraz skalowanej infrastruktury zasilania i chłodzenia. Taka architektura byłaby oparta na początkowej instalacji głównych źródeł zasilania, takich jak źródła zasilania i chłodzenia na poziomie rzędu lub strefy, w połączeniu z odroczoną instalacją drogiej infrastruktury zasilania i chłodzenia, takiej jak systemy UPS, listwy zasilające, szafy, dystrybucja zasilania w rzędzie, klimatyzatory i urządzenia rozdzielcze powietrza. Decyzja dotycząca określenia gęstości w danej strefie lub rzędzie mogłaby zostać odłożona aż do momentu instalacji, a infrastruktura zasilania i chłodzenia byłaby wdrażana w kolejnych rzędach. Praktycznym przykładem takiej architektury jest system InfraStruXure firmy APC.

To omówienie prowadzi do kolejnego kluczowego elementu proponowanej metody określania gęstości: Rzędy lub strefy w centrum danych, które mają zostać zainstalowane w przyszłości, powinny być zaplanowane dla najgorszego przypadku wysokiej gęstości. Główna instalacja zasilania i rurowa powinny zostać zainstalowane z wyprzedzeniem, aby zapewnić obsługę tej gęstości. Jednakże sam wybór urządzeń zasilania i chłodzenia dla rzędów powinien zostać odłożony do momentu zdefiniowania gęstości instalacji i planu. W ten sposób główne czynniki kosztów infrastruktury zasilania i chłodzenia zostają dopasowane do rzeczywistego zastosowania oraz wdrożone w miejscu i czasie, gdy jest to niezbędne. Powoduje to znaczne zmniejszenie kosztów inwestycyjnych oraz operacyjnych i powoduje, że centrum danych jest znacznie bardziej efektywne pod względem wykorzystania energii.

Model
Teraz możliwe jest utworzenie modelu specyfikacji gęstości mocy, który spełni określone wcześniej wymagania i uwzględni różnego rodzaju ograniczenia praktyczne.
Model ten obejmuje następujące elementy kluczowe:
- Tworzony jest fizyczny układ centrum danych, który oparty jest na rzędach szaf lub obudów.
- Dla każdego rzędu wymagane są dane z tabeli 2.

Dane Jednostki Opis Główne zastosowanie
Liczba lokalizacji szaf Liczba Przeciętna wartość na szafę w rzędzie. Obejmuje wszystkie lokalizacje, z których część może być zajęta przez urządzenia zasilające lub chłodzące, co jest zalezne od architektury. Określenie całkowitych wymagań dotyczących zasilania i chłodzenia dla rzędu
Przeciętna wartość na szafę w rzędzie kW/szafę Przeciętna gęstość mocy na szafę dla poszczególnych szaf w określonym rzędzie. Wartość tę należy okreslić dla każdego rzędu w pomieszczeniu/ Określenie ogólnych wymagań dotyczących dystrybucji zasilania i chłodzenia dla rzędu.
Szczytowa wartość na szafę w rzędzie kW/szafę Szczytowa gęstość mocy na szafę dla każdej szafy w określonym rzędzie. Wartość tę należy określić dla każdego rzędu w pomieszczeniu. Określenie projektu systemu dystrybucji zasilania i chłodzenia na poziomie szafy



- Dla rzędów wdrażanych w przyszłości należy przyjąć maksymalne, realistyczne wartości średniej i szczytowej mocy na szafę, pamiętając jednak, że wartości te można obniżyć przed wdrożeniem przy niewielkim koszcie wynikającym z nadmiarowości głównej instalacji zasilania i instalacji rurowej.
- Na podstawie powyższych informacji można obliczyć dane w tabeli 3

Dane Jednostki Opis Główne zastosowanie
Całkowita liczba dostępnych szaf IT Liczba Liczba szaf dostępnych w projekcie po odjęciu lokalizacji szaf przydzielonych dla infrastruktury zasilania lub chłodzenia. Określenie całkowitej przestrzeni dostępnej dla szaf IT do celów planowania
Całkowite wstępne wymagania mocy kW Wymagania dotyczące zasilania i chłodzenia dla pomieszczenia IT bez uwzględniania przyszłych instalacji Określenie inwestycji w infrastrukturę zasilania i chłodzenia, które są wymagane natychmiast
Całkowite końcowe wymagania mocy kW Wymagania dotyczące zasilania i chłodzenia w pomieszczeniu dajgorszego dla najgorszego przypadku Określenie wielkości infrastruktury kluczowej instalacji, włącznie z rozdzielnicami zasilania, przewodami i instalacją rurową chłodzenia.
Szczytowa gęstość mocy kW/szafę Najwyższa gęstość mocy w dowolnym rzędzie Określenie architektury dystrybucji chłodzenia
Przeciętna gęstość mocy w centrum danych kW/szafę Zbiorczy atrybut gęstości dla centrum danych Umożliwienie konwersji na inne popularne jednostki, takie jak W/stope^2 lub W/m^2. Taka konwersja wymaga wybrania definicji z tabeli 1.



Najbardziej złożonym problemem podczas definiowania gęstości z użyciem tej metody jest określenie lokalizacji szaf wymaganych dla infrastruktury zasilania i chłodzenia, a przez to niedostępnych dla sprzętu IT. Podczas szacowania gęstości można przyjąć, że na każde 15 kW mocy sprzętu IT przypada jedna lokalizacja szafy zajmowana przez infrastrukturę zasilania i chłodzenia. Założenie to oparto na przeciętnych wymaganiach wobec zasilania i chłodzenia (z uwzględnieniem odstępów), które występują w istniejących instalacjach 1N i 2N centrum danych. Dokładna wartość zależna będzie od wybranej architektury zasilania i chłodzenia, ograniczeń pomieszczenia oraz zaleceń określonych przez dostawcę systemu. Na przykład w przypadku centrum danych z systemem APC InfraStruXure firma APC zapewnia narzędzia do projektowania wspomaganego komputerowo, które wykonują obliczenia dla każdego projektu pomieszczenia.

Praktyczne wskazówki dotyczące zastosowania
Zastosowanie opisanego modelu określania gęstości nie zapewnia uzyskania optymalnego projektu pomieszczenia. Na powodzenie całej instalacji wpływają również decyzje podjęte przez użytkownika dotyczące układu ppomiszczenia i wyboru samego pomieszczenia, a także oszacowanie wymagań wobec gęstości. Jednakże zastosowanie tego modelu zapewnia wiele korzyści, które przedstawiono poniżej:
- Model zapewnia pełniejszy i dokładniejszy opis gęstości w centrum danych niż inne często stosowane metody specyfikacji.
- Centra danych zbudowane zgodnie ze specyfikacją będą cechowały się bardziej przewidywalną wydajnością.
- Model jest na tyle precyzyjnie określony, że możliwe jest szybkie oszacowanie kosztów (włącznikosztami inwestycyjnymi i operacyjnymi), przyspieszenie cyklu projektowania oraz wykonanie analiz alternatywnych scenariuszy.
- Model obsługuje system modułowej i skalowanej instalacji centrum danych, co może znacznie zredukować całkowity koszt posiadania i zwiększyć sprawność elektryczną.

Praktyczne zastosowania przedstawionej metody określają gęstości obejmują:
- Porównanie całkowitego kosztu posiadania powiązanego z alternatywnymi lokalizacjami centrum danych lub pomieszczeniami.
- Szacowanie kosztów związanych ze zwiększeniem gęstości w planowanym lub istniejącym centrum danych.
- Zapewnienie specyfikacji, która jednoznacznie określa wymagania wobec gęstości w postaci czytelnej dla użytkowników urządzeń IT, dzięki czemu uzytkownicy urządzeń IT, operatorzy centrum danych i dostawcy systemów dla centrum danych mogą określić te same oczekiwania.

Zastosowanie tej metody określania gęstości w narzędziach do wspomaganego komputerowo projektowania centrum danych może ułatwić i zautomatyzować proces tworzenia specyfikacji i projektowania.



Neil Rasmussen
Na podstawie: apc.com

Zapraszamy do skomentowania artykułu

Treść opini 
Popis 

Pozostałe artykuły z tej kategorii