Diseño de centro de datos – Rberny
Determinar la Generación de Calor en el Site
En esta ocasión vamos a hablar de un tema que es un poco trivial para muchas personas, no obstante, para el área de TI es de suma importancia y termina siendo relevante en el control del ambiente y en la operación continua de un centro de datos de cualquier dimensión.
- ¿Cómo estoy manejando el enfriamiento del centro de datos?
- ¿Cómo lo determino?
Bueno, los centros de datos son el cerebro de prácticamente todas las empresas cuyo éxito depende de que las operaciones de software sean eficientes y fiables, pues bien, esto se apoya en una gran cantidad de hardware potente concentrado en un solo lugar.
La mejor práctica es que los centros de datos deben mantenerse frescos y protegidos contra influencias ambientales externas e internas.
Por supuesto esto tiene como resultado que los centros de datos consumen cantidades importantes de energía.
Pues bien, determinar la cantidad aproximada de calor que genera o generará un centro de datos, nos ayudará a estimar la capacidad de equipos de enfriamiento que deberán instalarse para mantener la temperatura del centro de datos en los niveles óptimos de funcionamiento, para ello es fundamental tomar en cuenta los equipos de tecnología de información, así como, los equipos de soporte a la continuidad operativa, tales como UPS.
Debe ser del conocimiento de todos que los equipos que trabajan con energía eléctrica, tales como los de tecnología de información generan calor, este se produce por la fricción que producen los electrones al viajar o moverse por los conductores y cables, este proceso puede ser tan intenso y peligroso que, si no se realiza la extracción del calor generado o no se enfría el cable, puede producirse un incendio con su revestimiento plástico ocasionando una situación un poco más severa.
Para evitar que un equipo supere el umbral de calor permitido, es necesario cuantificar la cantidad de calor que los equipos están produciendo y así poder dimensionar el sistema de enfriamiento que evitará que los equipos se calienten y se dañen.
Los centros de datos son estructuras informáticas que contienen servidores o equipos de tecnología de la información que almacenan, procesan y administran información de datos digitales, de esta manera, cualquier centro de datos contiene cinco componentes principales:
- Interruptores para permitir y regular el paso de la electricidad.
- Sistemas de suministro de energía ininterrumpida (UPS) para cambiar el suministro de energía entre baterías y generadores.
- Unidades de distribución de energía (PDU) para recibir energía de UPS y distribuirla a los racks.
- Equipos de TI, incluidos servidores y racks que almacenan y procesan los datos.
- Equipos de refrigeración que incluyen unidades de aire acondicionado para salas de servidores (CRAC).
Métricas
Efectividad en el uso de la energía (PUE, Power Usage Effectiveness)
Una relación entre la potencia total de la instalación con respecto a la potencia del equipamiento, de forma ideal esta relación debería ser menor de 2/1 y, cuanto más cerca se sitúe del 1/1 mejor, para hacernos una idea, una relación 1.5/1 significa que existe un 0.5 que se está desperdiciando en la refrigeración del centro de datos.
El PUE se calcula simplemente dividiendo la energía total de la instalación por la energía del equipo de TI en un edificio de centro de datos.
Como les mencione, el mejor PUE es 1.0; esto significaría que toda la energía en el centro de datos se usa solo para equipos de TI, por supuesto, esta es una cifra hipotética, obviamente, se requiere algo de energía para hacer funcionar los sistemas de enfriamiento y otros equipos necesarios en una instalación, no obstante, el objetivo es acercarse lo más posible a 1.0.
En mi experiencia, la mayoría de los sitios de centros de datos que he visto, por lo general, en instalaciones un poco antiguas con algunos equipos y configuraciones heredados, oscilan entre la marca 2.0-3.0, lo que significa que están usando 2-3 veces la cantidad de energía nominalmente necesaria para el equipo de TI.
Calcular PUE en centros de datos
Puedes utilizar tus propias cifras para determinar la eficiencia de la infraestructura de refrigeración.
Aquí está la proporción:
PUE = Energía total de la instalación / Energía del equipo de TI
PUE y sus limitaciones
Los que ya tenemos algunos ayeres en la administración de centro de cómputo, sabemos que PUE fue un buen primer enfoque para generar una métrica general para comprender la eficiencia en un centro de datos, me parece que existen dos principales limitaciones de PUE para el conocimiento del centro de datos.
Se reduce a:
- PUE no puede distinguir qué tan bien están funcionando los sistemas, simplemente cuánta energía se les está asignando.
- PUE no es confiable al comparar sitios de centros de datos, no puede tener en cuenta variables como el tamaño, la ubicación, los conjuntos de datos, el diseño, etc.
Sin embargo, hace casi 10 años se han integrado regularmente sistemas de control en las instalaciones para ayudarnos a los administradores del centro de datos que monitoreamos, y actuemos sobre los propios datos de PUE en tiempo real.
Tenemos algunas otras métricas que están en surgimiento o no son muy conocidas, dada la rapidez con la que la ciencia y la tecnología está innovando, mejorando técnicas y costos, por ejemplo:
Eficiencia en la infraestructura del Centro de datos (DCiE, Data Center Infraestructura Eficiencia).
Hace referencia a un porcentaje, la potencia del equipamiento de TI, multiplicada por 100 y dividida por la potencial total de la instalación, cuanto mayor sea el número, mejor, entonces el DCiE de un Centro de datos no debería ser mayor de 1.
WUE
Se utiliza para evaluar la eficiencia del consumo de agua en los equipos de refrigeración en relación con la cantidad de kW/h, conocida como por sus siglas WUE (Water Usage Effectiveness), y se define como el uso anual del agua dividido por la cantidad de energía utilizada por el equipamiento TI.
Entonces, las unidades de WUE son litros por kW consumidos por hora calculados anualmente.
CCF
Es una métrica creada por la empresa Upsite, que se utiliza para gestionar la eficiencia de refrigeración en el Data Center, por las siglas de Cooling Capacity Factor, esta se calcula mediante el cociente entre la capacidad total de refrigeración sobre la carga de consumo de los dispositivos de IT a la salida de la UPS y está aumentada en un 10%, se considera que ese 10% adicional está atribuido a otros factores que interfieren en el cálculo, como ser: iluminación, personas, estructura, etc.
El valor de CCF recomendado es 1.2 o 120%, por lo que significa que la capacidad de refrigeración está funcionando al 120% de la carga TI, entonces, un CCF que oscila entre 1.0 y 1.1 significa que la capacidad de refrigeración redundante es prácticamente nula.
Por otra parte, si los valores van de 1.2 a 1.5 es posible que se puedan realizar modificaciones en los sistemas de enfriamiento que permitan ahorrar dinero, claro que si el valor es superior a 1.5 estamos sin dudas frente a un ambiente donde se pueden hacer muchas mejoras para reducir los costos en enfriamiento, generalmente he visto que la mayoría de los Data Centers entran en esta última categoría.
ERE
Es otra métrica importante creada por The Green Grid utilizada para calcular la eficiencia de la reutilización de la energía (Energy Reuse Effectiveness), como por ejemplo podría ser la reutilización del calor generado por los equipos para aclimatar las instalaciones de edificios.
Es una fórmula similar al PUE, pero al consumo eléctrico del Data Center en el numerador se le resta el ahorro de energía eléctrica generado por la reutilización.
UUR
La métrica UUR (Utilización Unitaria de Rack) consiste en evaluar el porcentaje de utilización de cada Rack medido en “U” o unidades de Rack, esto generalmente se hace en un rack Elevation, por lo que esta información es útil para comprender la utilización total y poder asociar esa utilización con el consumo o la generación de calor que provoca cada Rack analizando si el flujo de refrigeración es el correcto, ya que no lo es lo mismo un Rack de comunicaciones que solo tiene patchears que otro donde hay cinco cajones de servidores blade.
También hay que considerar un detalle más completo de la utilización del espacio, para ello existen otras métricas más complejas que permiten analizar la disponibilidad física dentro del Data Center, como ser:
DCSE (Data Center Space Efficiency Metric) es un conjunto de métricas complejas desarrolladas por David Cappuccio de Gartner que tienen por finalidad establecer la utilización real de los espacios dentro del Data Center.
Recomendaciones
Sensores de temperatura y humedad montados en la pared
Los sensores montados en la pared miden las condiciones dentro de su centro de datos, las mediciones de temperatura y humedad se utilizan como entradas para controlar los sistemas de monitoreo ambiental y de enfriamiento, incluso pequeños errores de medición pueden causar aumentos significativos en su factura de energía, vale la pena elegir instrumentos de alta calidad y asegurarse de que se mantengan adecuadamente.
Monitoreo
El monitoreo de la utilización de energía del cliente en el ámbito del rack proporciona una imagen clara de lo que está sucediendo en su espacio a lo largo del tiempo y el control del flujo de aire y la temperatura con respecto a la sala de datos, a diferencia del nivel de cliente individual, es clave para comprender cómo los cambios en la utilización de energía afectan la refrigeración del espacio.
Los conocimientos derivados de este conjunto de datos nos ayudan a los operadores a proponer nuevas formas de mejorar la eficiencia de los espacios de los clientes existentes y diseñar espacios futuros.
Conclusiones
Todas las métricas previamente mencionadas carecen de poco valor práctico de aplicación si al momento de hacer los cálculos no se tiene preestablecido cuáles son los objetivos buscados, ya sea desde una visión ecológica orientada a la sustentabilidad o la intención de reducir costos.
La métrica no es un objetivo en sí mismo, sino que debe ser una herramienta para la toma de decisiones, basado en la información obtenida históricamente en el transcurso del tiempo.
En mi experiencia, las métricas del centro de datos solían ser relativamente sencillas, las métricas clave como PUE (eficacia en el uso de energía) y CCF (factor de capacidad de enfriamiento), eficiencia energética del servidor y estándares de temperatura y humedad ASHRAE dominaron en los primeros años, por lo que desde ese entonces, la administración de la infraestructura del centro de datos (DCIM) ha agregado capacidad en tiempo real por recurso, costo de energía, capacidad de rack, pasillo, espacio en el piso, carga máxima por rack, gabinete, identificación y duración de puntos calientes, resistencia de energía, seguridad física, estado de la infraestructura del edificio y otros.
La gestión del flujo de aire: cómo reducir aún más la PUE
Las mejores prácticas de gestión del flujo de aire se han promocionado durante mucho tiempo para reducir el uso de energía al enfriar de manera más eficiente una sala de servidores, por ejemplo: contención, ojales, baldosas perforadas, paneles ciegos, etc. y también requieren estrategias y controles para ser efectivos y realmente impactar en la PUE.
Esto aplica a la sustentabilidad que mencione en otro artículo:
The Green Grid está liderando un proyecto denominado “la Armonización Global de las Métricas de Eficiencia Energética del Data Center”, junto con los mayores constructores y diseñadores de CPD, para encontrar nuevas y estandarizadas formas de medir la Eficiencia Energética del Data Center.
¿Cómo podemos mejorar la eficiencia y eficacia en el uso de energía de nuestro Site?
En forma más exhaustiva veremos en mi sitio web, este proceso, Rack Elevation, sistema de aire HVAC, pasillos fríos, flujos de aire caliente, medidas de precaución, redundancias de equipamiento, mantenimientos predictivos, preventivos y correctivos, a partir del 28 de mayo del presente año.
Saludos,
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