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Diez soluciones para ofrecer soporte a la implementacin de servidores de alta densidad

Revisin 4 Documento Tcnico 42

Por Peter Hannaford

Los servidores de alta densidad ofrecen una importante ventaja de rendimiento por vatio. Sin embargo, segn la implementacin, pueden plantear un importante desafo en trminos de enfriamiento. En la actualidad, los fabricantes disean servidores que pueden requerir ms de 40 kW por rack para enfriamiento. Ya que la mayora de los centros de datos estn diseados para proveer un promedio de hasta 2 kW por rack para enfriamiento, deben utilizarse estrategias innovadoras para enfriar adecuadamente los equipos de alta densidad. Este informe brinda diez enfoques para aumentar la eficiencia del esquema de enfriamiento, la capacidad de enfriamiento y la densidad de potencia en los centros de datos existentes.

Resumen Ejecutivo > Introduccin 2

1. Realizar controles de integridad

2

2. Realizar mantenimiento del sistema de enfriamiento

4

3. Instalar paneles de obturacin

4

4. Eliminar las obstrucciones de los espacios bajo el piso

6

5. Separar los racks de alta densidad

6

Conclusin 15

Recursos 16

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Diez soluciones para ofrecerle soporte a la implementacin de servidores de alta densidad

Schneider Electric Data Center Science Center Documento Tcnico 42 Rev4 2

Los servidores Blade consumen menos energa que los servidores tradicionales (por ejemplo, 1U). Sin embargo, cuando estn instalados de forma compacta en un nico rack (Imagen 1) produce un aumento en la potencia requerida y el calor disipado, lo que genera concentraciones de calor en algunos centros de datos. Es poco probable que un centro de datos tradicional, con unidades de aire acondicionado para salas de cmputo (CRAC) que suministran circulacin de aire a travs de una cmara de piso elevado, pueda proveer una capacidad de enfriamiento superior a 3 kW a un rack, independientemente de la cantidad y capacidad de las unidades CRAC y la profundidad de piso. La capacidad mxima de enfriamiento suministrada a un rack en particular ser aun menor en salas con distribucin de aire por pasillo saturado sobre un piso no elevado.1 En la actualidad, estn surgiendo soluciones de enfriamiento para rack que aumentan la capacidad de enfriamiento a niveles que superan ampliamente los 10 kW por rack.

Al disear el sistema de enfriamiento de un centro de datos, el objetivo es crear un camino despejado desde la fuente del aire enfriado hasta las entradas de aire de los servidores. Asimismo, debe crearse un camino despejado desde la salida de aire caliente de los servidores hasta el ducto de retorno de aire de la unidad CRAC. Sin embargo, existen algunos factores que pueden tener un efecto adverso respecto de ese objetivo. En este informe se describen los principales factores que reducen la eficiencia operativa y la capacidad de densidad de potencia en un centro de datos y se presentan formas de evitar estos problemas. Tambin aporta algunas soluciones que permiten que los centros de datos toleren niveles de demanda muy superiores a su capacidad de diseo sin necesidad de una reconstruccin drstica. En las prximas diez secciones se describen las soluciones que abordan las causas fundamentales de la falta de eficiencia y capacidad en materia de enfriamiento. Estas diez soluciones se presentan en orden de grado, siendo el primero el ms sencillo y rentable. Si el objetivo es alcanzar una densidad de potencia superior a 6 kW por rack en un rea extensa del centro de datos, probablemente sea ms apropiado contemplar directamente las soluciones ms extremas, como la n. 9 o la n. 10 y saltar las soluciones anteriores.

1 Para obtener ms informacin sobre arquitecturas de distribucin de aire, consulte el Informe tcnico

n. 55, Opciones en arquitectura de distribucin de aire para instalaciones de misin crtica.

Introduccin

Imagen 1 Ejemplos de compactacin de servidores



Con relacin al centro de datos, como ocurre con un automvil, el mantenimiento peridico resulta beneficioso, ya que el centro de datos debe seguir en funcionamiento con un mximo de eficiencia para mantener los procesos de negocios a los que brinda soporte y evitar problemas futuros. Antes de la implementacin de actualizaciones costosas del centro de datos para resolver los problemas de enfriamiento, deben realizarse ciertos controles que identifiquen posibles falencias en la infraestructura de enfriamiento. Estos controles determinarn la integridad del centro de datos a fin de evitar las fallas de los equipos de TI relacionadas con la temperatura. Tambin puede utilizarse para evaluar la disponibilidad de una capacidad de enfriamiento suficiente para el futuro. Debe informarse el estado actual de las instalaciones y establecerse la situacin de partida para garantizar que las acciones correctivas subsecuentes tengan resultados positivos. El control de sistemas de enfriamiento debe incluir los siguientes puntos: Capacidad mxima de enfriamiento. Si no se tiene suficiente combustible en el

tanque, no importa cuntas veces se intente encender el automvil, el motor no funcionar. Verifique la capacidad total de enfriamiento para asegurarse de que los requisitos de los equipos de TI del centro de datos no la exceden. Recuerde que por cada vatio de energa consumida es necesario 1 vatio para enfriamiento. Si la demanda es mayor que el suministro, se requerir un importante trabajo de reingeniera o la utilizacin de soluciones de enfriamiento autnomas para aplicaciones de alta densidad, como se describe ms adelante en la solucin n. 10.

Unidades CRAC (aire acondicionado para salas de cmputo). Las lecturas de los niveles de humedad y las temperaturas de suministro y de retorno que se midan deben ser coherentes con los valores del diseo. Verifique los puntos de referencia y modifquelos si es necesario. Si la temperatura del aire de retorno fuera considerablemente inferior a la temperatura ambiente de la sala, podra inferirse que existe un cortocircuito en la va del aire suministrado, lo que causara que el aire enfriado evitara los equipos de TI y llegara directamente a la unidad CRAC. Verifique que todos los ventiladores operen adecuadamente y que las alarmas funcionen. Asegrese de que todos los filtros estn limpios.

Agua del enfriador/ciclo de condensacin. Verifique las condiciones de los enfriadores y/o condensadores externos, sistemas de bombeo y ciclos de enfriamiento principales. Asegrese de que todas las vlvulas funcionen correctamente. Verifique que los sistemas DX, si se utilizan, estn completamente cargados.

Temperaturas de la sala. Verifique la temperatura en puntos estratgicos de los pasillos del centro de datos. Por lo general, estos puntos deben estar centrados entre hileras de equipos y separados por una distancia aproximada equivalente a cuatro racks.

Temperaturas de los racks. Las mediciones debern hacerse en puntos ubicados en el centro de las entradas de aire en las partes superior, central e inferior de cada rack. Estas temperaturas deben registrarse y compararse con las temperaturas de entrada recomendadas por el fabricante para los equipos de TI.

Velocidad del aire en las losas. Si se utiliza un piso elevado como cmara de enfriamiento, la velocidad del aire debe ser uniforme en todas las losas perforadas o rejillas de piso.

Condiciones del espacio bajo el piso elevado. Las partculas de suciedad y polvo por debajo del piso elevado se dirigirn a travs de las losas perforadas hacia el interior de los equipos de TI. Los obstculos que puede haber debajo del piso, como los cables de red y de alimentacin, impiden la circulacin de aire y tienen un efecto adverso en el suministro de aire fro a los racks.

Circulacin de aire dentro de los racks. Los huecos dentro de los racks (espacios vacos sin utilizar que no tienen paneles de obturacin, bahas para Blade vacas sin obturacin, aberturas para el paso de cables sin sellar) o la cantidad excesiva de cables afectarn el rendimiento del esquema de enfriamiento.

1. Realizar controles de integridad

Arquitecturas de distribucin de aire para instalaciones clave

Conectarse al recurso Documento Tcnico 55

http://www.apc.com/wp?wp=55



Disposicin de las losas y los pasillos. El uso eficiente del espacio bajo el piso elevado como cmara de enfriamiento depende esencialmente de la disposicin de las rejillas del piso y la ubicacin de las unidades CRAC.

Si desea obtener una descripcin ms detallada, consulte el Informe tcnico n. 40, Auditora de esquemas de enfriamiento para identificar posibles problemas de enfriamiento en centros de datos. El Uptime Institute2 inform que encontr deficiencias operativas en ms del 50% de los centros de datos que visit. Aunque a todos estos casos se los calific en general como "enfriamiento deficiente", algunos eran solo el resultado de regmenes de mantenimiento inadecuados o mal ejecutados. Entre las deficiencias que se encontraron pueden mencionarse: Serpentines sucios o bloqueados que obstruyen la circulacin de aire. Sistemas DX subcargados. Puntos de control ubicados incorrectamente. Sensores daados o sin calibrar. Tuberas de suministro y retorno invertidas. Vlvulas defectuosas. Bombas defectuosas. Bombas en funcionamiento innecesariamente. Sistemas de aprovechamiento de enfriamiento que no fueron puestos en marcha.

El mantenimiento peridico y preventivo es esencial para que el centro de datos contine operando con un rendimiento mximo. Si no se realizaron tareas de mantenimiento en el sistema por un tiempo prolongado, estas se deben poner en prctica de inmediato. Debe implementarse un rgimen de mantenimiento peridico para que los componentes de enfriamiento funcionen de acuerdo con las pautas recomendadas por los fabricantes. Para ms detalles, pngase en contacto con su empresa de mantenimiento, su consultor en HVAC o Schneider Electric. El espacio vertical sin utilizar en los racks provoca que el aire caliente extrado de los equipos encuentre un "atajo" hacia la entrada de aire de los mismos equipos. El reciclado irrestricto del aire caliente causa que los equipos se recalienten innecesariamente. En una gua de instalacin de un servidor HP3 se indica:

2 http://www.upsite.com 3 Gua de instalacin de servidor HP Proliant DL360 Generation 3, http://www.hp.com

2. Realizar mantenimiento del sistema de enfriamiento

3. Instalar paneles de obturacin e implementar un rgimen de organizacin del cableado

ADVERTENCIA: Utilice siempre paneles de obturacin para completar todos los espacios en U vacos en el panel frontal del rack. Esta disposicin asegura una circulacin de aire apropiada. El uso de un rack sin paneles de obturacin puede conducir a un esquema de enfriamiento insatisfactorio, lo que puede causar daos trmicos.

Auditora de esquemas de enfriamiento para identificar posibles problemas de enfriamiento en centros de datos


http://www.upsite.com/http://www.hp.com/http://www.apc.com/wp?wp=40



La advertencia, que se refiere a una de las causas principales de problemas de sobrecalentamiento, suele pasarse por alto. La instalacin de paneles de obturacin impide que el aire fro no llegue a las entradas de aire del servidor y que el aire caliente reingrese al ciclo de enfriamiento. La Figura 24 muestra el efecto que producen los paneles de obturacin.

32 C (90 F) Lateral Lateral

Panel de obturacin

27 C (80 F)

28 C (83 F)

22 C (72 F)

21 C (70 F)

35 C (95 F)

Temperatura de entrada al servidor

26 C (79 F)

23 C (73 F)

23 C (73 F)

22 C (72 F)

21 C (70 F)

23 C (73 F)

Temperatura de entrada al servidor

Si el cableado no se dispone de manera estructurada, tambin se ve afectada la circulacin de aire dentro del rack. Cuando los equipos de TI estn cada vez ms concentrados en un solo rack, surgen nuevos problemas con la organizacin de los cables. La Imagen 3 muestra la forma en que el cableado no estructurado puede restringir la salida de aire de los equipos de TI. Los cables innecesarios o que no se utilicen deben retirarse. Los cables de datos deben acortarse para alcanzar la longitud adecuada, y deben utilizarse paneles de cableado cuando sea apropiado. La alimentacin a los equipos debe proveerse por medio de unidades PDU de montaje en rack con cables acortados a la longitud adecuada. Para obtener ms informacin sobre accesorios para racks que resuelvan problemas de cableado, consulte el sitio web de APC.

4 Experimento del laboratorio: Informe tcnico n. 44, Cmo mejorar el rendimiento del sistema de

enfriamiento de los racks con paneles de obturacin.

Cmo mejorar el rendimiento del sistema de enfriamiento de los racks con paneles de obturacin

Imagen 3 Ejemplo de cableado no estructurado

http://www.apc.com/



En los centros de datos con piso elevado, el espacio bajo el piso se utiliza como cmara o ducto para hacer llegar el aire fro desde las unidades CRAC hasta las losas perforadas o rejillas de piso ubicadas al frente de los racks. A menudo, este mismo espacio tambin se usa para otros servicios, como sistemas de alimentacin, tuberas de enfriamiento, cableado de red y, en algunos casos, suministro de agua o deteccin y extincin de incendios. Durante la fase de diseo del centro de datos, los especialistas en diseo especificarn la profundidad del piso elevado suficiente para distribuir aire a las losas perforadas a la tasa de circulacin requerida. A medida que se agreguen racks y servidores, se instalarn ms cables de red y de alimentacin. A menudo, cuando se trasladan o reemplazan los servidores, el cableado que deja de usarse queda abandonado debajo del piso elevado. Esto ocurre especialmente en instalaciones que prestan servicios de hospedaje de equipos con un alto nivel de rotacin de clientes. Los dispositivos que mejoran la distribucin de aire, como el que se muestra en la Imagen 12, pueden reducir la importancia del problema de la circulacin de aire restringida. Utilizar cableados instalados en altura garantiza que este problema nunca se producir. Si el cableado se instala bajo el piso elevado, debe existir espacio suficiente para permitir la circulacin de aire requerida para un esquema de enfriamiento adecuado. En condiciones ideales, deberan instalarse bandejas de cables en un "nivel superior" bajo el piso elevado, para que el espacio debajo de las bandejas permanezca libre y sirva como cmara de enfriamiento.

Las losas de piso faltantes se deben completar y sellar para que no existan filtraciones de aire. Los orificios en el piso para pasar cables causan la mayora de las filtraciones de aire no deseadas, por lo que se debe sellar alrededor de los cables con ojales (Imagen 4). Si existen losas con orificios que no se usan, deben reemplazarse por losas enteras. Las losas perforadas adyacentes a racks vacos o faltantes tambin deben reemplazarse por

losas enteras. Cuando los racks de alta densidad se ubican uno junto al otro, la mayora de los sistemas de enfriamiento se vuelven ineficaces. Este problema tiende a desaparecer si se distribuyen esos racks en toda la superficie de la sala. El siguiente ejemplo ilustra la eficacia de esta estrategia.

4. Retirar obstculos bajo el piso y sellar el piso

> Sellar los orificios para pasar los cables Los orificios para pasar cables en un entorno de piso elevado causan la mayora de las filtraciones de aire no deseadas, por lo que se debe sellar. A partir de las mediciones realizadas en varios centros de datos, entre un 50% y un 80% de valioso aire acondicionado no llega a los equipos de TI debido a la presencia de estas aberturas del piso sin sellar. Esta prdida de aire, denominada desvo de aire, genera concentraciones de calor de los equipos de TI, ineficiencias en las unidades de enfriamiento y mayores costos de infraestructura. Muchos sitios creen que el problema es la falta de capacidad de enfriamiento y entonces responden al sobrecalentamiento instalando ms unidades de enfriamiento. Una alternativa para minimizar el costo que significa una capacidad de enfriamiento adicional es sellar los orificios para pasar los cables. La instalacin de ojales de piso elevado incrementa la presin esttica bajo el piso elevado. Tambin se puede mejorar el suministro de aire fro a travs de losas y rejillas para el piso. Ahora los sitios pueden optimizar la efectividad de su infraestructura de enfriamiento y administrar las mayores cargas de calor.

Imagen 4 Ojales para los orificios por donde pasan los cables

5. Separar los racks de alta densidad



Caractersticas de diseo del centro de datos: rea del piso elevado: 5.000 pies (465 m) Profundidad del piso elevado: 762 mm (30 pulgadas) Carga de la UPS: 560 kW Espacio promedio ocupado por racks: 1.250 pies (116 m) Cantidad de racks: 200 Densidad promedio de potencia del centro de datos: 112 vatios/pies (1.204 vatios/m) Densidad de potencia promedio por rack: 2.800 vatios Si se deja espacio para pasillos y unidades CRAC y suponiendo que los racks ocupan la cuarta parte del espacio en el piso del centro de datos, la densidad promedio por rack ser de 2,8 kW. Con una profundidad de piso elevado de 762 mm (30 pulgadas) y considerando el espacio bajo el piso elevado necesario para los cables de datos y de alimentacin, las caractersticas de los deflectores de aire de las unidades CRAC, etctera, es poco probable que el nivel de enfriamiento mximo posible exceda los 3 kW por rack salvo que se utilicen dispositivos adicionales asistidos por ventiladores. En la Imagen 5, se ha supuesto que cinco de los 200 racks son racks de alta densidad y estn ubicados uno junto al otro en una hilera. Suponiendo que cada uno de los cinco racks de alta densidad tiene una carga de 10 kW y que los otros 195 tienen una carga de 2,6 kW, el promedio general por rack ser de 2,8 kW, valor que est por debajo del lmite de enfriamiento terico. Sin embargo, la carga promedio para la hilera de racks de alta densidad ser de 10 kW por rack, una carga que superar la capacidad de infraestructura de enfriamiento, salvo que se utilicen soluciones independientes o de extraccin de aire caliente (como se detalla ms adelante en las soluciones 9 y 10). Una alternativa es distribuir los racks de alta densidad para mantener los promedios de enfriamiento, como se muestra en la Imagen 6. La razn fundamental por la que distribuir las cargas de alta densidad es una solucin eficaz es que si los racks de alto consumo de potencia se encuentran aislados, pueden tomar prestada la capacidad de enfriamiento que los racks adyacentes no utilicen. Sin embargo,

Imagen 5 Centro de datos con todos los racks de alta densidad juntos = rack de 10 kW (los dems son

de 2,6 kW)

= rack de 10 kW (los dems son de 2,6 kW)

Imagen 6 Centro de datos con los racks de alta densidad distribuidos



el prestamo no se produce si los racks adyacentes aprovechan toda la capacidad de enfriamiento disponible. A excepcin de algunos casos, la mayora de los servidores montados en rack estn diseados para tomar aire por la parte frontal y expulsarlo por la parte posterior. La Imagen 7 muestra una sala en la que los racks de todas las hileras estn orientados en la misma direccin. Al utilizar esta configuracin, el aire caliente de la hilera 1 se expulsa en el pasillo adyacente, donde se mezcla con el aire de la sala o el aire enfriado, para luego ingresar por el frente de los racks de la hilera 2. A medida que el aire pasa por las diferentes hileras en forma consecutiva, los servidores reciben aire a temperaturas cada vez ms altas. Si todas las hileras se disponen con las entradas de aire de los equipos orientadas en la misma direccin, los problemas de funcionamiento de los equipos sern inevitables. Este efecto se produce tanto en entornos con piso elevado como en aquellos con piso convencional. Una mejor prctica consiste en disponer los equipos en una configuracin de pasillos "calientes" y "fros" alternados, como se muestra en la Imagen 8. En los pasillos fros se colocan las losas perforadas, y los racks se ubican de manera que todos los frentes de servidores (y sus entradas de aire) miren a un pasillo fro. El aire caliente se extrae hacia el pasillo caliente, que no posee losas de piso perforadas. Esta configuracin de pasillo caliente/pasillo fro tambin puede aplicarse en entornos con piso convencional. Para obtener ms informacin, consulte el Informe tcnico n. 55, Opciones en arquitectura de distribucin de aire para instalaciones de misin crtica.

6. Configurar pasillos calientes/ pasillos fros

Hilera 4 Hilera 3 Hilera 2 Hilera 1

Imagen 7 Configuracin de racks sin separacin entre pasillos fros y calientes

Hilera 4 Hilera 3 Hilera 2 Hilera 1

Imagen 8 Configuracin de racks con pasillo caliente/pasillo fro

Arquitecturas de distribucin de aire para instalaciones clave





Unidad CRAC

Uni

dad

CR

AC

Unidad CRAC

PASI

LLO

FR

O

PASI

LLO

CAL

IEN

TE

PASI

LLO

FR

O

PASI

LLO

CAL

IEN

TE

PASI

LLO

FR

O

Uni

dad

CR

AC

Las unidades CRAC deben alinearse con los pasillos calientes para optimizar la eficiencia del esquema de enfriamiento. La Imagen 9 muestra una disposicin tpica de sala donde las unidades CRAC estn ubicadas en forma balanceada en el permetro de una sala en una

configuracin de pasillo caliente/pasillo fro. En este ejemplo, las unidades CRAC ubicadas sobre las paredes laterales estn demasiado cerca del pasillo fro, lo que provoca que la circulacin de aire evite las rejillas del piso de ese pasillo. Sera ms adecuado ubicar esas unidades CRAC sobre las paredes anterior y posterior para obtener una mejor circulacin de aire por los pasillos. En la Imagen 10, las unidades CRAC fueron desplazadas a las paredes anterior y posterior y estn alineadas con los pasillos calientes.

Podra pensarse que las unidades CRAC deberan alinearse con los pasillos fros para generar una circulacin de aire hacia las rejillas del piso. Sin embargo, el anlisis de dinmica de fluidos computacional (CFD) demostr que, con tal configuracin, el aire caliente de los pasillos calientes cruza entre los racks hacia el pasillo fro para regresar a las unidades CRAC, lo que provoca una mezcla de aire caliente y fro que aumenta la temperatura del aire suministrado a los frentes de los racks. En resumen, si se tiene un sistema de enfriamiento con piso elevado, es ms

importante alinear las unidades CRAC con la va de retorno de aire (pasillos calientes) que con la va de suministro de aire por la cmara bajo el piso elevado (pasillos fros). La circulacin de aire en el rack y la disposicin de los racks son factores clave para maximizar el rendimiento del esquema de enfriamiento. Sin embargo, la ubicacin incorrecta de las rejillas del piso puede generar la mezcla del aire enfriado con el aire caliente extrado antes de llegar a los equipos, con los subsiguientes problemas y costos de rendimiento que se describieron anteriormente. La ubicacin incorrecta de las rejillas de entrada o salida de aire es un problema frecuente que puede eliminar prcticamente todas las ventajas de un diseo de pasillo caliente/pasillo fro. La clave para una buena ubicacin de las rejillas para suministro de aire es colocarlas tan cerca como sea posible de la entrada de aire de los equipos, lo que maximiza la conservacin de aire fro en los pasillos fros. En los casos de distribucin de aire debajo del piso elevado, esto implica colocar losas perforadas solo en los pasillos fros. La distribucin en altura puede ser tan eficaz como la distribucin por debajo del piso elevado. Pero, anlogamente, la clave es que las rejillas de distribucin estn ubicadas solo por encima de los pasillos fros, y que las rejillas dirijan el aire en lnea recta hacia abajo al pasillo fro (y no lateralmente con una rejilla difusora). Tanto en los sistemas en altura como en los sistemas por debajo del piso

7. Alinear las unidades CRAC con los pasillos calientes

Unidad CRAC Unidad CRAC

Unidad CRAC Unidad CRAC

PA

SIL

LO F

RO

PA

SIL

LO C

ALI

EN

TE

PA

SIL

LO F

RO

PA

SIL

LO C

ALI

EN

TE

PA

SIL

LO F

RO

Imagen 9 Unidad CRAC tpica

Imagen 10 Unidades CRAC alineadas con los pasillos calientes

8. Organizar las rejillas del piso



elevado, las rejillas colocadas donde no haya equipos en funcionamiento deben cerrarse, ya que el aire que sale por ellas regresa a la unidad CRAC a una temperatura ms baja, lo que incrementa la deshumidificacin y reduce el rendimiento de la unidad CRAC. Las rejillas de piso ubicadas demasiado cerca de las unidades CRAC producen una presin negativa, lo que causa que el aire de la sala sea absorbido de regreso debajo del piso, como se muestra en la Imagen 11. Se puede utilizar un dispositivo sencillo de medicin de velocidad de aire para identificar ubicaciones para las losas perforadas que aseguren la presin esttica correcta.

Nota: La orientacin de los racks puede diferir en algunos centros de datos. El ejemplo que se muestra arriba es diferente del modelo que se muestra en la Imagen 10, pero se lo incluye para demostrar el patrn de circulacin de aire que se describi anteriormente. La clave de una buena ubicacin para las rejillas de retorno de aire es colocarlas tan cerca de las salidas de aire de los equipos como sea posible para maximizar la acumulacin de aire caliente en los pasillos calientes. En algunos casos, se utiliza una cmara en altura con falso cielorraso para recolectar el aire caliente, lo que facilita la alineacin de las rejillas de retorno con los pasillos calientes. Cuando se utiliza un cielorraso de retorno global alto y abierto, el mejor enfoque es ubicar las rejillas de retorno de las unidades CRAC a la mxima altura posible en el cielorraso y, cuando sea viable, distribuir el retorno de aire utilizando ductos para intentar alinear las rejillas de retorno con los pasillos calientes. Incluso una tosca cmara de retorno con unas pocas rejillas de retorno de aire alineadas rudimentariamente con los pasillos calientes es preferible a un retorno nico global en un lateral de la sala. En el caso de salas ms pequeas sin piso elevado ni ductos de circulacin de aire, a menudo se ubican unidades CRAC de descarga superior o inferior en una esquina o sobre una pared de la sala. En estos casos, puede ser difcil alinear el suministro de aire fro con los pasillos fros y el retorno de aire caliente con los pasillos calientes. En estas situaciones se pone en riesgo el rendimiento. Sin embargo, es posible mejorar el rendimiento de estos sistemas como se describe a continuacin: En el caso de unidades de flujo ascendente, ubique la unidad cerca de uno de los

extremos de un pasillo caliente y agregue ductos para suministrar aire fro a puntos por encima de los pasillos fros tan lejanos a la unidad CRAC como sea posible.

En el caso de unidades de descarga superior, ubique la unidad en uno de los extremos de un pasillo fro orientado de manera que enve aire hacia el pasillo fro, y agregue una cmara de retorno de falso cielorraso o un sistema de ductos colgantes con rejillas de retorno por encima de los pasillos calientes.

Una investigacin sobre la mala ubicacin de puntos de suministro y de retorno revela una causa fundamental subyacente muy importante: el personal siente la diferencia de temperatura entre los pasillos fros y calientes, supone que estas condiciones son el resultado de un defecto e intentan resolverlo trasladando las rejillas de aire fro a los pasillos calientes y los retornos de aire caliente a los pasillos fros. El personal supone que la condicin esencial que intenta lograr un centro de datos bien diseado, la separacin

Gabinetes para montaje en rack

Unidad CRAC

o

Imagen 11 Movimiento relativo del aire en entornos de alta velocidad bajo piso elevado



entre aire caliente y aire fro, es una falla y toma medidas para mezclar el aire, lo que pone en riesgo el rendimiento y aumenta los costos del sistema. Obviamente, los pasillos calientes deben estar calientes. Cuando la capacidad total de enfriamiento promedio es suficiente, pero se han generado concentraciones de calor por el uso de racks de alta densidad, es posible enfriar mejor las cargas dentro de los racks mediante la incorporacin de dispositivos asistidos por ventiladores que mejoran la circulacin de aire y pueden aumentar la capacidad de enfriamiento a un nivel de entre 3 y 8 kW por rack. Los dispositivos como la Unidad de distribucin de aire (ADU) toman prestado aire de los racks adyacentes de manera eficaz (Imagen 12). Como sucede con todos los dispositivos de extraccin de aire, debe tenerse cuidado al posicionar el dispositivo para asegurar que el aire que se toma del espacio lateral no produzca un sobrecalentamiento de los racks adyacentes. Estos dispositivos deben recibir alimentacin de una UPS para evitar que los equipos se apaguen por problemas trmicos durante una interrupcin en el suministro elctrico. En entornos de alta densidad, puede producirse una sobrecarga trmica durante el tiempo que lleva poner en marcha el generador de respaldo.

9. Instalar dispositivos para aumentar la circulacin de aire

Los dispositivos en forma de bandeja para ventiladores, como las ADU, pueden instalarse en los espacios en U de la parte inferior del rack y dirigen la circulacin de aire en forma vertical para crear una "cortina" de aire fro entre la puerta frontal y los servidores. Deben utilizarse panales de obturacin (vea la solucin 3 de este informe) para asegurar la integridad de esta nueva cmara de aire.

Imagen 12 Unidad para suministro de aire de montaje en rack con canalizacin total



Cuando los requisitos de energa y enfriamiento dentro de un rack se incrementan, se vuelve cada vez ms difcil suministrar una corriente de aire fro constante a las entradas de todos los servidores si solo se cuenta con la circulacin de aire proveniente de las losas perforadas del piso (consulte el Informe tcnico n. 46, Estrategias de enfriamiento para racks y servidores Blade con densidades ultra altas para obtener ms informacin sobre las limitaciones de la distribucin de aire fro para aplicaciones de alta densidad). La arquitectura de enfriamiento por hilera se enfoca en la extraccin del calor y elimina la preocupacin que significa la distribucin apropiada de aire fro proveniente de las losas. Al colocar los equipos de enfriamiento en la hilera, se captura y neutraliza el calor antes de que se mezcle en la sala. Esto permite elaborar un enfriamiento de los equipos de TI ms predecible. El Informe tcnico n. 130, Ventajas de las arquitecturas de enfriamiento por hilera y por rack para centros de datos analiza las diferencias y las ventajas de este enfoque por sobre las estrategias de enfriamiento de centros de datos tradicionales. La Imagen 14 muestra un ejemplo de esta arquitectura de enfriamiento por hilera.

En el caso de densidades mayores, puede quitarse la puerta posterior del gabinete y reemplazarse por un dispositivo de circulacin de aire, como la Unidad de extraccin de aire (ARU). El aire caliente extrado que normalmente se expulsara hacia el pasillo caliente se recolecta e impulsa hacia arriba, donde se lo enva por medio de ductos a la cmara de aire de retorno. As se elimina la recirculacin en el rack y mejora la eficiencia y capacidad de la unidad CRAC. Con estos dispositivos, deben utilizarse paneles de obturacin y paneles laterales para rack.

Imagen 13 Unidad para retorno de aire de montaje en rack con canalizacin total

10. Instalar arquitectura de enfriamiento por hilera

Estrategias de enfriamiento para racks y servidores Blade con densidades ultra altas





Para mejorar aun ms la eficiencia y la previsibilidad de un sistema por hilera, se puede agregar un sistema de rack o uno basado en hileras. Los sistemas autnomos para enfriamiento de alta densidad estn diseados para instalarse en un centro de datos sin tener impacto en ningn otro rack ni en los sistemas de enfriamiento existentes. Desde el punto de vista trmico, estos sistemas son independientes de la sala y tomarn aire caliente de los equipos de TI y descargarn aire fro hacia la sala o gabinete cerrado. La contencin del aire caliente de los equipos de TI incrementa las temperaturas del aire de retorno hacia los dispositivos de enfriamiento por hilera, lo que aumenta la eficiencia del sistema. Esto tambin elimina por completo la mezcla del aire caliente, lo que mejora la previsibilidad del sistema por hilera. Dos ejemplos de estos sistemas se muestran en la Imagen 15 y la Imagen 16.

Imagen 15 Sistema de contencin de pasillo caliente (zonas de alta densidad)

Ventajas de las arquitecturas de enfriamiento por hilera y por rack para centros de datos

Imagen 14 Arquitectura de enfriamiento por hilera

Para zonas de alta densidad, un sistema de contencin de pasillo caliente (HACS) se puede implementar para contener el pasillo caliente. Paneles de cielorraso cierran la parte superior de una hilera, mientras que se usa un conjunto de puertas para contener el extremo del pasillo caliente. El aire caliente de los servidores (hasta 60 kW por rack) se descarga en el pasillo caliente cerrado y se desplaza por la unidad de enfriamiento para descargarse en la sala a temperatura ambiente

Ventajas de las arquitecturas de enfriamiento por hilera y por rack para centros de datos



En un sistema de contencin de aire para rack (RACS), los sistemas nicos o mltiples de enfriamiento por hilera estn estrechamente acoplados con el gabinete de TI, lo que se asegura la mxima eficacia de la extraccin de calor y del suministro de aire fro a los equipos montados en el rack. (Hasta 60 kW por rack)

Imagen 16 Sistema de contencin de aire para rack (soporta hasta dos racks de TI)



La instalacin de la tecnologa ms reciente de servidores Blade brinda muchas ventajas. Sin embargo, si se los implementa en la forma ms compacta que permite su tamao, estos servidores requieren de dos a cinco veces la energa por rack que debe abastecerse a los servidores tradicionales, y generan una salida de calor que puede muy fcilmente causar el apagado de los sistemas por problemas trmicos si no se implementan estrategias de enfriamiento proactivas. Para evitar por completo las fallas de los equipos, las disminuciones inexplicables en la actividad y la reduccin de la vida til de los equipos, es crucial implementar un rgimen peridico de controles de integridad a fin de asegurar que los equipos de enfriamiento funcionen dentro de los rangos de valores de capacidad, eficiencia y redundancia de diseo. Las soluciones detalladas en este informe ayudarn a mantener el centro de datos en funcionamiento con un mximo de eficiencia para preservar los procesos de negocios a los que brinda soporte y evitar problemas futuros. Las pautas mencionadas en las soluciones 1 a 8 ayudarn a mantener un centro de datos tpico en funcionamiento dentro de los lmites de diseo originales. La solucin 9 muestra cmo se puede usar dispositivos adicionales para mejorar la distribucin de aire y la solucin 10 analiza una nueva arquitectura de enfriamiento escalable que se puede implementar para abordar las aplicaciones de enfriamiento de alta densidad.

Conclusin

Agradecimientos especiales a Peter Hannaford por ser el autor del contenido original de este informe tcnico.

Reconocimientos



Arquitecturas de distribucin de aire para instalaciones clave Documento Tcnico 55

Auditora de esquemas de enfriamiento para identificar posibles problemas de enfriamiento en centros de datos Documento Tcnico 40

Cmo mejorar el rendimiento del sistema de enfriamiento de los racks con paneles de obturacin Documento Tcnico 44

Estrategias de enfriamiento para racks y servidores Blade con densidades ultra altas Documento Tcnico 46

Ventajas de las arquitecturas de enfriamiento por hilera y por rack para centros de datos Documento Tcnico 130

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Caractersticas de diseo del centro de datos:Carga de la UPS: 560 kWCantidad de racks: 200Densidad de potencia promedio por rack: 2.800 vatios

diez soluciones para ofrecer soporte a la … · por peter hannaford los servidores de alta...

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