pautas para la especificación de la densidad de potencia ... · Área de la sala de máquinas...

Pautas para la especificación de la densidad de potencia de un centro de datos

Revisión 1

Por Neil Rasmussen

Introducción 2

Los diversos métodos para especificación de densidad

2

Estrategia de implementación 8

El modelo 13

Conclusión 20

Recursos 21

Apéndice 22

Documento Técnico 120

Los métodos convencionales para especificar la densidad de un centro de datos son ambiguos y enga-ñosos. Describir la densidad de un centro de datos en términos de vatios por pie cuadrado o vatios por metro cuadrado no es suficiente para determinar la compati-bilidad de alimentación o enfriamiento con cargas informáticas de alta densidad como los servidores blade. Históricamente, no existe una forma es-tandarizada y clara para especificar centros de datos con la que se logre un comportamiento predecible con cargas de alta densidad. Una especificación adecuada para la densidad de un centro de datos debe asegurar la compatibilidad con las cargas de alta densidad anticipadas, brindar instrucciones sin ambigüedades para el diseño y la instalación de equipos de enfri-amiento, evitar el sobredimensionamiento y maximizar la eficiencia eléctrica. Este informe describe los en-foques científicos y las aplicaciones prácticas de un método mejorado para la especificación de una in-fraestructura de alimentación y enfriamiento para

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Schneider Electric – Data Center Science Center Documento Técnico 120 Rev 1 2

La especificación de densidad de potencia operativa para centros de datos y salas de servidores es un desafío cada vez mayor para los profesionales del campo de la informática. La especificación de centros de datos a las densidades tradicionales de 40 a 80 W / pie cuadrado (430 a 861 W / m2) tiene como resultado la imposibilidad de implementar de manera confiable las últimas generaciones de equipos informáticos. La especificación de centros de datos a las densidades operativas de 600 a 1000 W / pie cuadrado (6458 a 10764 W / m2) para la última generación de equipos informáticos de alta densidad tiene como resultado centros de datos que fuerzan los límites de su tecnología de alimentación y enfriamiento, y costos de capital extraordinarios con una baja eficiencia eléctrica operativa. El problema de la planificación de densidad se complica aun más con la necesidad de diseñar un centro de datos que opere a través de varios ciclos de actualización de compo-nentes informáticos cuando se desconoce la naturaleza de los equipos informáticos que se instalarán en el futuro. El método histórico para especificación de densidad de centros de datos en W / pie cuadrado brinda pautas de muy poca utilidad para responder las preguntas críticas que enfrentan hoy los operadores de centros de datos. En particular, la especificación histórica de densidad de potencia no responde la pregunta clave: ¿Qué pasa cuando se implementa un rack que excede la especificación de densidad? Esta es una pregunta muy concreta porque el centro de datos típico de hoy tiene un régimen de densidad de 1,5 kW por rack, mientras que los equipos informáticos típicos tienen una densidad de potencia mayor, de 3 a 20 kW por rack. Se necesita un método nuevo y más completo para especificar la densidad de potencia de los centros de datos. Un método mejorado debe enfrentar las siguientes necesidades:

• Asegurar la compatibilidad con equipos informáticos de alta densidad.

• Evitar el desperdicio de energía, espacio o gastos de capital.

• Brindar medios que permitan validar los planes de implementación de equipos informát-icos con relación a la capacidad de potencia y enfriamiento del diseño.

Este informe se concentra en un método mejorado para especificar la densidad de potencia. La construcción de centros de datos para implementar la alimentación, el enfriamiento, los racks y la gestión para aplicaciones de alta densidad es el tema de otros informes internos de APC, como el Informe interno 46 de APC, Estrategias de enfriamiento para racks y servidores Blade con densidades ultra altas. La definición de densidad de potencia no es uniforme en las publicaciones sobre el tema, lo que derivó en una gran confusión en las comunidades de usuarios. Para una mejor comprensión de estas definiciones, consideremos el siguiente caso hipotético de un centro de datos de 500 kW:

Introducción

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

Conectarse al recurso Documento Técnico 46

Los diversos métodos para especificación de densidad

http://www.apc.com/wp?wp=46�

http://www.apc.com/wp?wp=46



Parámetros del centro de datos de 500 kW Sistema inglés Sistema métrico

Potencia total que consumen los equipos informáticos 500.000 vatios

Espacio total que ocupan los equipos informát-icos 2.800 pies cuadrados 260 m2

Área de la sala de máquinas destinada al equipo de enfriamiento, tableros de conmutación, etc. 1.400 pies cuadrados 130 m2

Espacio total en el piso del centro de datos 4.200 pies cuadrados 390 m2

Área de un rack informático 6,7 pies cuadrados 622 m2

Cantidad de racks 100

La Tabla 1 muestra cinco definiciones diferentes de densidad de potencia que se suelen utilizar y los valores que se obtienen cuando se aplican al centro de datos descrito anterior-mente.

Definición de densidad Cálculo Densidad Explicación El consumo de potencia de los equipos informáticos dividido por el área ocupada por todos los racks informáticos

500.000 vatios / (6,7 pies cuadrados x 100 racks) 500.000 vatios / (0,622 m2 x 100 racks)

746 W / pie cuadrado 8.039 W / m2

Este método sólo incluye el área ocupada por el rack y no incluye las áreas de acceso alrededor del rack o el espacio ocupado por otros elementos de la infraestructura física para redes críticas. Este método produce valores de densidad mucho más altos que los demás métodos. Es el que utilizan por lo general los fabricantes de equipos.

El consumo de potencia de los equipos informáticos dividido por el área ocupada por todos los racks informáticos y sus distancias de guarda

500.000 vatios / 2.800 pies cuadrados 500.000 vatios / 260 m2


Esta es la definición que se utiliza más comúnmente en las publicaciones sobre el tema. Por lo general, se emplea un valor de área de 28 pies cuadrados (2,6 m2) por rack. Este es un método efectivo para determinar los requisitos de alimentación y enfriamiento. Es el que utiliza por lo general el personal del área de informática.

El consumo de potencia de los equipos informáticos dividido por el espacio total en el piso del centro de datos

500.000 vatios / 4.200 pies cuadrados 500.000 vatios / 390 m2


El espacio total en el piso del centro de datos incluye el espacio de los equipos informáticos y el espacio ocupado en las salas de servicio por el sistema de alimentación y enfriamiento. Este método es muy útil para planificar el espacio en el piso, porque incluye el espacio en la sala de máquina, que puede consumir un espacio significativo en instalaciones de alta densidad. Es el que utilizan por lo general los arquitectos.

El consumo total de potencia de los equipos informáticos, los equipos de enfriamiento y alimentación dividido por el espacio total en el piso del centro de datos

(500.000 vatios + 295.000 vatios) / 4.200 pies cuadrados (500.000 vatios + 295.000 vatios) / 390 m2


Esta definición se emplea a menudo para la planificación de infraestructuras y red eléctrica, porque utiliza el área ocupada total del centro de datos y el consumo total de potencia de la red eléctrica. Suele considerarse que los equipos de enfriamiento consumen 265 kW contabilizando la ineficiencia, además de 30 kW de ineficiencia del sistema de alimentación.

El consumo de potencia del rack 500.000 vatios / 100 racks

5 kW por rack Esta definición se calcula en base a un rack, lo que elimina gran parte de la variación cuando se define la densidad de potencia.

Todas las definiciones de densidad en la Tabla 1 se utilizan en las publicaciones sobre el tema y otras especificaciones. Las cuatro definiciones que utilizan W / pie cuadrado o W / m2

Tabla 1 Diferentes definiciones de densidad de potencia de un centro de datos brindan valores diferentes cuando se aplican al mismo centro de datos



son ambiguas, salvo que se las acompañe de una explicación clara de lo que se incluye en el área y lo que se incluye en la potencia. Sin embargo, por lo general los valores publicados de densidad omiten esta información. Esto genera una gran confusión en la industria y fallas frecuentes en la comunicación entre el personal del área de informática, por un lado, y los diseñadores y encargados de las planificaciones de infraestructuras, por el otro. Los datos de la Tabla 1 muestran claramente que las especificaciones de densidad para la misma infraestructura pueden variar casi 8 veces dependiendo de la definición de densidad que se utilice. La forma más clara de expresar la densidad es el consumo de potencia por rack. Esto brinda pautas claras con respecto a los requisitos de alimentación y enfriamiento de un rack (para equipos informáticos, el consumo de energía eléctrica de un rack en vatios es igual al requisito de enfriamiento en vatios). Este informe demostrará que el consumo de potencia por rack tiene otra ventaja sustancial en la especificación de la densidad de un centro de datos: es la forma más efectiva de especificar variaciones de densidad dentro del centro de datos.

Los centros de datos reales no muestran una densidad de potencia uniforme. Algunos racks llegan a consumir más energía eléctrica, y en consecuencia, generan más calor que otros. Los racks con paneles de patcheo pueden no consumir energía. Los racks con servidores blade pueden llegar a consumir 20 kW de potencia o más. Lo que complica este problema es el hecho de que los equipos informáticos se actualizan constantemente, lo que significa que el consumo de potencia de determinados racks está sujeto a cambios con el tiempo. Las especificaciones de densidad convencionales no son lo bastante amplias para contemplar estas variaciones de potencia, y con el paso del tiempo se vuelven menos efectivas. Limitaciones de los métodos convencionales para especificación de densidad Los dos ejemplos siguientes ilustran las graves limitaciones de las especificaciones de densidad convencionales: En el primer ejemplo, consideremos el caso de un centro de datos con una densidad especificada en 50 W / pie cuadrado (538 W / m2). Utilizando como definición de densidad la carga informática total dividida por el espacio total entre racks y distancias de guarda, el resultado es 1,400 W por rack (50 W / pie cuadrado x 28 pies cuadrados / rack). Para cumplir este requisito, es necesario un centro de datos construido con una capacidad de dar un máximo de 1,400 W de potencia y un máximo de 1,400 W de enfriamiento por cada rack. Existen muchos tipos de equipos informáticos, como los servidores blade, que exceden los 1,400 W por chasis. Ninguno de estos tipos de equipos puede implementarse en un centro de datos que tenga un límite estricto de 1,400 W por rack. Como resultado, este centro de datos sería incompatible con muchos tipos de equipos informáticos. Más aun, cuando se ubica una carga de baja potencia en un rack, como los paneles de patcheo, la potencia que no se utiliza no está disponible para otros racks, ya que todos ellos tienen un límite de alimentación y enfriamiento de 1,400 W. El resultado general es un centro de datos ineficaz que es incompatible con muchos tipos de equipos informáticos, y que además no puede utilizar efectivamente el espacio disponible en los racks, la capacidad de potencia o la capacidad de enfriamiento. En el segundo ejemplo, la densidad del centro de datos se especifica rack por rack. La potencia y el enfriamiento están especificados exactamente para cada ubicación de rack. Puede implementarse un diseño que cumpla esta especificación, y el centro de datos está completamente caracterizado de antemano. Esta es una situación ideal, ya que desafor-tunadamente casi ningún centro de datos real puede brindar una especificación exacta de potencia por rack de antemano. En los centros de datos reales, las cargas por rack no pueden predecirse para toda la vida útil de la instalación. En el caso en que la densidad real



de la implementación informática no coincide con la especificación original por rack, las consecuencias son graves. Por ejemplo, cuando se implementa una carga informática por debajo de la especificación de potencia por rack, la potencia que no se utiliza no está disponible en otros racks, ya que cada rack tiene un límite de potencia y enfriamiento específico. El resultado general es un centro de datos ineficaz que requiere información sobre futuras implementaciones informáticas que por lo general no se puede obtener. Ambos ejemplos derivan de métodos utilizados frecuentemente para especificar la densidad en los centros de datos. La especificación general por sala y la especificación exacta rack por rack tienen limitaciones prácticas graves que dan como resultado implementaciones que no pueden cumplir con las expectativas del cliente. Un enfoque mejorado para la especifi-cación debería conservar la flexibilidad y la compatibilidad con respecto a las cargas informáticas, y al mismo tiempo maximizar la eficiencia eléctrica y la utilización de energía, enfriamiento y espacio. Requisitos para la especificación de densidad El razonamiento anterior sugiere ciertos requisitos que debe cumplir un método mejorado para la especificación de densidad. Los requisitos son: • Predecibilidad: La especificación de densidad debe permitir que pueda determinarse

la capacidad de potencia y enfriamiento en cualquier ubicación de rack para cualquier instalación propuesta o real de equipos informáticos.

• Aceptar requisitos futuros parcialmente especificados: La especificación de den-sidad no debe depender de una potencia exacta conocida de antemano para cada ubi-cación de rack. De hecho, los equipos informáticos sólo duran por una fracción de la vida útil del centro de datos y se los cambia regularmente por equipos nuevos y diferentes.

• Admitir el préstamo de alimentación y enfriamiento: La capacidad de potencia y enfriamiento que no se utiliza en un determinado rack debe estar disponible para que se utilice en otros racks.

• Minimizar los desperdicios: La ineficiencia eléctrica debe minimizarse. La energía, el enfriamiento y el espacio disponibles deben utilizarse. Los costos operativos y de ca-pital deben minimizarse.

• Admitir la implementación en etapas: La especificación de densidad debe admitir una implementación en etapas, incluso en los casos en que en diferentes etapas se trabaje con densidades diferentes, y en aquellos en que se desconozcan los datos para futuras implementaciones al momento de las implementaciones anteriores.

Aunque algunos de los requisitos anteriores están en conflicto, pueden servir como base para establecer un método mejorado para especificar densidades de potencia en centros de datos. Opciones y limitaciones prácticas Cualquier método práctico para la especificación de densidad de potencia debe abarcar las opciones y limitaciones prácticas reales involucradas en el diseño de un centro de datos. A continuación, se describen algunas de estas limitaciones y opciones, junto con su impacto en la especificación de la densidad: • Aumentos en la distribución de potencia: El costo y la complejidad de la distribución

de potencia es una función no lineal de la potencia. Por ejemplo, una alimentación de potencia monofásica de 6 kW no cuesta el triple que una alimentación de potencia trifásica de 18 kW. Existen varias capacidades de potencia óptimas para distribuciones de energía en CA, de acuerdo con la compatibilidad entre disyuntores y tomacorrientes,



y de acuerdo con la coordinación de fallas de los disyuntores. Estos temas y los circuitos óptimos de distribución de potencia se describen en el Informe interno 29 de APC, Opciones de alimentación de racks en configuraciones de alta densidad. Las especificaciones con respecto a la distribución de potencia deben desarrollarse en torno a estas dimensiones óptimas de circuito, que varían de acuerdo con la ubicación geográfica.

• Limitaciones en la distribución de aire: La distribución de aire dentro de un centro de datos es uno de los factores principales que limitan la densidad de potencia por rack. Los equipos informáticos requieren entre 100 y 160 cfm (47,2 a 75,5 litros por segundo) de aire por kW. Muchos centros de datos ya cuentan con un piso elevado o tienen restricciones con respecto a la altura del falso plafon que limitan la altura de un posible piso elevado. En los casos en que el piso elevado es parte del sistema de distribución de aire, existen límites prácticos en el volumen de aire que, según las predicciones, se puede desplazar bajo el piso, lo que limita las densidades de potencia promedio y de cresta por rack que se pueden lograr. Para muchas instalaciones existentes, esto limita la densidad de potencia práctica promedio a aproximadamente 5 kW por rack. Para exceder esta densidad, deben instalarse equipos de distribución o acondicionamiento de aire suplementarios. En consecuencia, el costo puede aumentar rápidamente por encima de una densidad de potencia crítica, y una especificación de densidad adecuada identificaría y trataría este asunto antes de que se volviera un problema.

• Peso: Algunas infraestructuras tienen límites en la carga que admite el piso. Esto ocurre especialmente con las instalaciones con pisos elevados existentes. Por lo general, los equipos informáticos que alcanzan una densidad de potencia muy alta también generan cargas muy altas de peso en el piso por rack. En algunos casos, esta es una limitación muy concreta respecto de la aptitud para implementar equipos de alta densidad. En consecuencia, una especificación de densidad no debe utilizar inútilmente densidades de potencias que excedan el límite correspondiente de carga en el piso de la infraestructura.

• Espacio en el piso reservado: Muchos centros de datos tienen un espacio de piso reservado para funciones que no están especificadas para calcular la densidad. Entre estas funciones están el almacenamiento de cintas, el espacio de trabajo para el operador o las áreas de acceso especiales. Por lo tanto, un modelo para especificación de densidad debe reservar estas áreas y no depender de ellas para brindar una función relacionada con la implementación de enfriamiento o alimentación de equipos de alta densidad.

• Capacidad para distribuir cargas: La capacidad para separar físicamente los equipos informáticos dentro de un centro de datos es una opción práctica para la mayoría de los equipos informáticos de hoy, gracias al uso difundido del cableado por fibra óptica. En muchos casos, no es necesario ni conveniente implementar equipos a la densidad completa para la que tienen capacidad. Los servidores blade y los de 1U son ejemplos de equipos informáticos de alta densidad que pueden separarse entre racks sin inconvenientes para disminuir la densidad. Aunque puede parecer que llenar racks con servidores blade o de 1U optimiza el uso del espacio, en muchos casos este beneficio es ilusorio, y por lo general, el costo asociado con el suministro de energía y enfriamiento a un solo rack de alta densidad excede en gran medida el costo de utilizar más racks. Por ello, un modelo de densidad no debe especificar valores de densidad ciegamente basándose en la capacidad de los equipos, sino que debe considerar la posibilidad de distribuir cargas para optimizar el costo y la disponibilidad de todo el sistema.

• Limitaciones de espacio reales para una instalación en particular: Las limitaciones reales en el espacio físico de una instalación en particular afectan en gran medida la propuesta de valor general en cuanto a la alta densidad. En muchas infraestructuras existentes que fueron diseñadas para baja densidad, se descubre que la implementación de equipos de alta densidad remedia las restricciones de espacio; sin embargo, los beneficios de la compactación del espacio ocupado por los equipos informáticos no son grandes. Por otra parte, existen infraestructuras severamente restringidas por el espacio físico, por lo que el espacio en el piso es costoso en extremo o muy difícil de obtener en forma práctica. Por lo tanto, una metodología para especificación de densidad debe considerar el valor y cualquier limitación importante del espacio.

Opciones de alimentación de racks en configuraciones de alta densidad

Conectarse al recurso Documento Técnico 29





Espacio cedido a la infraestructura de alimentación y enfriamiento La infraestructura de alimentación y enfriamiento consume espacio que de otra manera podría utilizarse para equipos informáticos. A veces, los equipos de alimentación y enfri-amiento se trasladan fuera del espacio utilizado por los equipos informáticos y se ubican en una sala cercana. Sin embargo, el espacio que se consume es real y debe contabilizarse como una pérdida efectiva en la densidad que se puede lograr. El espacio ocupado por la infraestructura de alimentación y enfriamiento puede expresarse en racks equivalentes, y este espacio aumenta a medida que se incrementa la necesidad de capacidad de alimen-tación y enfriamiento. La Figura 1 muestra este efecto:

0%

20%

40%

60%

80%

100%

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20Potencia promedio especificada por rack en kW

Diseño sin redundancia

Potencia 2N; refrigeración N+1

Nota: Las curvas de esta figura derivan de las fórmulas que se muestran en el apéndice. Esto demuestra claramente que el espacio que puede utilizarse para equipos informáticos disminuye a medida que la potencia promedio especificada por rack de equipos informáticos (densidad de potencia) aumenta. El eje horizontal es la potencia promedio por rack especifi-cada de la sala. El eje vertical es la fracción de las ubicaciones de rack disponibles en la sala que se pierden debido al espacio ocupado por la infraestructura de alimentación y enfri-amiento, incluidos sistemas UPS, unidades de distribución de potencia y unidades de aire acondicionado para la sala de cómputos. La curva más baja en la Figura 1 corresponde a un sistema con alimentación de doble circuito (2N) y unidades de aire acondicionado redundan-tes (N+1) para la sala de cómputos. Este es un diseño típico para aplicaciones de alta densidad. Nótese que en los centros de datos típicos de hoy, que operan con una potencia de 1,5 kW por rack, se pierde alrededor del 15% del espacio ocupado en el piso. Sin embargo, a medida que aumenta la especificación de densidad, se produce una pérdida sustancial de espacio. Cuando la potencia promedio por rack especificada excede los 7 kW, más del 50% del espacio está ocupado por los equipos de alimentación y enfriamiento, y por lo tanto, no está disponible para ubicar racks informáticos. No importa si la densidad real es mucho más baja que la densidad especificada, porque de todos modos, el espacio está ocupado por los equipos de alimentación y enfriamiento. Esto nos lleva al siguiente principio, que orienta el diseño de instalaciones de alta densidad: Especificar un centro de datos para una densidad más alta de la que en realidad se precisa reducirá innecesariamente el espacio disponible para equipos informáticos. Esta es una desventaja muy grave,

Figura 1 Efecto de la especificación de densidad promedio por rack en la fracción de espacio disponible para racks de equipos informáti-cos

Note: the curves on this table are derived from the formulas shown in the appendix.



además de las desventajas de un mayor costo y gasto operativo. Por esta razón, es esencial que la densidad se planifique efectivamente y, cuando sea posible, que se implementen sistemas de alimentación y enfriamiento de alta densidad sólo sin son necesarios. Cómo subdividir el espacio en áreas de densidad Los requisitos antes enunciados establecen claramente la necesidad de tener la capacidad para especificar densidades de potencia distintas en áreas diferentes dentro del centro de datos. Esto se requiere para posibilitar la implementación en etapas, en las que las etapas sucesivas pueden tener densidades diferentes. La alternativa, que es especificar todo el centro de datos a la carga máxima que se espera para el futuro, no es práctica en absoluto, ya que aumentaría innecesariamente los costos operativos y de capital en una proporción que va de 3 a 8 veces, y reduciría en forma drástica la eficiencia eléctrica. Aun cuando se realiza una implementación en una única etapa, la segmentación del centro de datos en áreas de densidad puede brindar ventajas significativas. Por ejemplo, la diferencia de densidad entre los servidores blade y los dispositivos de almacenamiento es significativa, y si en un centro de datos se separan las unidades de almacenamiento de los servidores, puede obtenerse una ventaja importante al diseñar áreas distintas con especifi-caciones de densidad diferentes, aun cuando la carga total de potencia en el centro de datos no cambie. Si la ubicación de los racks de servidores y de almacenamiento es aleatoria o si no se la conoce de antemano, entonces los sistemas de distribución de potencia y enfria-miento deben dimensionarse para proporcionar la densidad máxima en todas las ubicacio-nes. Sin embargo, si se define de antemano un área de baja densidad para los sistemas de almacenamiento, en ella se puede reducir la capacidad de los sistemas de distribución de energía y enfriamiento. La ventaja de este enfoque son los menores gastos operativos y de capital, junto con una mayor eficiencia eléctrica.

Las áreas de densidad dentro de un centro de datos pueden definirse en un esquema de disposición en el piso dividiendo los racks en diferentes zonas. Sin embargo, proponemos como mejor práctica que las divisiones de área no sean arbitrarias sino divisiones por hileras, donde una hilera es un grupo de racks de cualquier tamaño ubicados uno junto al otro. La selección de las hileras como unidad preferida para definir áreas de densidad se debe a que: • muchas arquitecturas de distribución de energía por rack están basadas en hileras;

• muchas arquitecturas de distribución de enfriamiento por rack están basadas en hileras.

Esto significa que la hilera será el nivel preferido y más redituable en el cual definir los requisitos de densidad y el aumento preferido de implementación. Por esta razón, de aquí en adelante en este informe nos concentraremos en la hilera como el nivel en el cual se definen las variaciones de densidad por zonas. Los requisitos para la especificación de densidad deben abarcar las cargas informáticas que cambian con el tiempo y también las implementaciones en etapas. Deben tomarse algunos supuestos con respecto a si la infraestructura de alimentación y enfriamiento cambiará con el paso del tiempo, y cómo se realizará. No es razonable suponer que los equipos de distribución de aire y energía existentes cambiarán en respuesta a los cambios en las cargas informáticas. Para realizar cambios en estos sistemas, tales como trabajos en las tuberías de agua o los circuitos eléctricos activos, puede ser necesario o puede correrse el riesgo de que se produzca un tiempo de inactividad en un grupo de racks o incluso en todo el centro de datos. Está bien documentado que el

Estrategia de implementación



error humano es la causa principal de los tiempos de inactividad en los centros de datos, y que los cambios realizados a los equipos en funcionamiento son uno de los factores principales que contribuyen a causar tiempos de inactividad. Por esta razón, la mejor práctica es instalar equipos de distribución de energía y enfriamiento por hilera o por área, y no cambiarlos ni reconfigurarlos durante la vida útil operativa de esa hilera o área. La implementación concreta de esta mejor práctica es una estrategia de implementación que puede resumirse de la siguiente manera: • Disponga hileras de racks o gabinetes en el esquema de disposición en el piso utilizan-

do espacios de pasillo estándar.

• Determine la especificación de densidad del diseño para una hilera, y luego construya una hilera completa que admita esa especificación de densidad.

• Si se implementarán equipos que están dentro de los parámetros de la especificación de diseño para una hilera existente que no está completa, deben implementarse en esa hilera.

• Si se implementarán equipos que tienen una densidad sustancialmente diferente de la de la hilera que no está completa, no modifique los sistemas de alimentación o enfri-amiento para implementarlos en esa hilera; en cambio, construya una nueva hilera para la densidad más alta.

• Con el tiempo, debe plantearse la posibilidad de desmontar completamente las hileras con pocos equipos instalados y reconstruirlas con una especificación de densidad diferente, acorde con las necesidades actuales.

El uso de esta estrategia es altamente recomendable, ya que minimiza la oportunidad de que se produzcan errores humanos relacionados con los cambios en las hileras operativas dentro del centro de datos. Pero esta estrategia práctica y efectiva plantea una restricción en el modelo para especificación de densidad, ya que la distribución de energía y enfriamiento en el sistema de la hilera no cambia después de la instalación. Nótese que existen en el mercado algunos productos para distribución de energía y enfri-amiento que permiten la reconfiguración de la arquitectura de potencia y enfriamiento sin correr el riesgo de que se produzca tiempo de inactividad. Por ejemplo, el sistema Infra-StruXure de APC permite: • cambiar la salida de potencia de la UPS agregando módulos intercambiables en ca-

liente;

• cambiar el tipo y capacidad de los tomacorrientes de un rack por medio de unidades PDU para rack reemplazables en caliente; y

• agregar capacidad de circulación de aire acondicionado suplementaria a un rack por medio de dispositivos accesorios para montaje en rack.

Este tipo de equipos permiten cierta flexibilidad adicional después de la instalación y son particularmente beneficiosos en instalaciones más pequeñas donde las implementaciones por etapas de hileras no son factibles. Densidad promedio vs. densidad de cresta dentro de una hilera o zona Aunque tener cargas con exactamente la misma potencia en cada rack simplificaría la especificación de densidad, los razonamientos anteriores sugieren que esta no es una meta práctica y se parece muy poco a las instalaciones de la realidad. En efecto, se puede esperar que las densidades de cada rack varíen entre 0 (para los paneles de patches)



y 30 kW (servidores blade de alta densidad). Esta variación tiene un efecto notable en la naturaleza de una especificación de densidad efectiva. Dentro de una hilera o zona dada donde la potencia por rack varía, la potencia promedio por rack será menor que la potencia de cresta por rack. Por lo tanto, la importante proporción real de la potencia de cresta con respecto a la potencia promedio por rack dentro de una hilera (de aquí en adelante llamada proporción cresta/promedio), que es un valor importante, siempre será mayor o igual que uno. Con fines educativos, consideraremos varios métodos alternativos para especificar la densidad de potencia para un diseño de hilera que admita un conjunto conocido de racks con diversos consumos de potencia por rack. Diseñe la hilera con todos los racks con carga de cresta. Un enfoque para especificar la densidad de una hilera es especificar que todos y cada uno de los racks de la hilera tengan una densidad de potencia y enfriamiento con una capacidad igual a la potencia de cresta máxima por rack prevista. En este caso, la capacidad total de potencia y enfriamiento debe dimensionarse suponiendo que todos los racks pueden llegar a consumir la potencia máxima. Esto necesariamente ocasionará un sobredimensionamiento sustancial de la capacidad de potencia y enfriamiento, que derivará en un incremento de los costos operati-vos y de capital, además de una baja eficiencia eléctrica. Estas desventajas se anularán si la proporción cresta/promedio de consumo de potencia por rack es igual a uno, pero serán graves si esta proporción dentro de la hilera es igual o mayor que 1,5. Más aun, una especificación con la potencia máxima, el peor de los casos, no tiene en cuenta la opción de que las cargas que generan potencia máxima por rack podrían haberse distribuido, lo que podría haber reducido la proporción cresta/promedio de potencia por rack. Por lo general, especificar la densidad total de la hilera con una potencia de cresta por rack, el peor de los casos, es subóptimo, salvo que la proporción cresta/promedio de potencia por rack sea igual a uno, lo que no suele ser el caso en las instalaciones típicas. Diseñe la hilera con todos los racks con carga promedio. Otro enfoque sería especificar todos los racks con una densidad de potencia promedio. Como en el enfoque previo, este método sencillo no es satisfactorio, pero por razones diferentes. Este método requiere que a todas las cargas en el rack que puedan llegar a exceder el promedio se les retiren equipos hasta que el resultado sea igual o menor al promedio. Más aun, este método tiene una limitación sutil adicional: todos los racks que tengan una densidad real por debajo de la densidad de diseño especificada dan lugar a capacidad de alimentación y enfriamiento que no se utiliza y que no puede utilizarse para generar capacidad adicional para otros racks. Esto se debe a que la hilera sólo fue diseñada para abastecer de potencia y enfriamiento a cada rack con una potencia igual o menor a la promedio. Consideremos el siguiente caso: Un operador informático quiere implementar un chasis de servidores blade de 4 kW en una hilera diseñada para suministrar 2 kW por rack. Podría argumentarse que es factible reextender un cable de alimentacion de potencia de 2 kW desde un rack que no esté en uso (si está disponible) hasta el chasis de servidores blade. Sin embargo, refrigerar esta carga de 4 kW resulta cuestionable, porque el sistema de enfriamiento no fue diseñado para cargas por encima de 2 kW. Más aun, ahora queda un rack inutilizable porque su potencia es utilizada por otro rack. La comparación de los casos alternativos que se mostraron anteriormente con los requisitos sugiere que existe un elemento clave en una especificación de densidad efectiva: la propor-ción entre potencia de cresta y potencia promedio por rack en una hilera debe especi-ficarse y debe ser mayor que uno. La selección de la proporción cresta/promedio de potencia por rack adecuada dependerá de la variación esperada entre los racks reales. Esta relación se muestra en la Figura 2 de acuerdo con las limitaciones y los supuestos de diseño de un centro de datos típico:



La Figura 2 muestra cómo la especificación de la proporción cresta/promedio de densidad por rack afecta el gasto del TCO normalizado1 en relación con la infraestructura de alimenta-ción y enfriamiento por kW de equipos informáticos instalados, para tres casos diferentes de variación de potencia real por rack. Los datos muestran que para el caso en que todos los racks tienen el mismo consumo de potencia, el TCO se optimiza (es el menor) cuando la proporción cresta/promedio de densidad por rack es igual a uno. Este efecto se explica porque especificar una capacidad adicional de densidad de potencia de cresta agrega costos de distribución de energía y enfriamiento, pero no agrega ningún valor cuando todos los racks tienen el mismo consumo de potencia. Sin embargo, cuando aumenta la variación de potencia entre los racks reales instalados, existe una desventaja sustancial cuando la especificación de la proporción cresta/promedio no aumenta. Esto se debe a la capacidad inmovilizada de alimentación y enfriamiento que no puede utilizarse, combinada con la necesidad de aumentar el espacio ocupado en el piso para una carga informática dada. En consecuencia, una proporción cresta/promedio de densidad por rack mayor que uno optimiza el TCO en las instalaciones reales. Esto nos lleva a otro elemento clave de una especificación de densidad efectiva para un centro de datos: La proporción cresta/promedio de densidad de potencia por rack dentro de una hilera debe ser aproximadamente dos para los diseños típicos, y si la variación esperada entre las densidades de cresta y promedio por rack es mayor que dos, entonces se recomienda distribuir entre los distintos racks las cargas informáti-cas de densidad más alta, para limitar la proporción cresta/promedio de densidad, o reasignar las cargas periféricas a otras hileras. 1 El gasto de TCO incluye el costo de capital de los equipos de alimentación y enfriamiento y el costo de

su servicio, espacio y electricidad por diez años. Estos varían entre US$50.000 y US$90.000 por rack, dependiendo de su diseño y utilización relativa. Nótese que los gastos de UPS y enfriador no son afectados por la proporción cresta/promedio; las variaciones en el TCO están dadas por los costos de los sistemas de distribución de energía y enfriamiento.

Figura 2 Efecto de la especificación de proporción cres-ta/promedio de densidad por rack sobre el costo total de propiedad de los siste-mas de alimentación y enfriamiento para diferen-tes grados de variación de densidad real entre racks

0%

100%

200%

1 2 3 4Proporción especificada entre la densidad de cresta y la densidad promedio

Variación alta real de densidad

Sin variación real de densidad

Variación real típica de densidad

Cos

to to

tal d

e pr

opie

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Especificaciones de densidad basadas en valores estandar Cuando ya se especificaron las densidades de potencia promedio y de cresta por rack para una hilera o zona, es posible realizar un diseño para implementar esa especificación de manera predecible. En el caso en que la potencia de cresta por rack está cerca del valor promedio, la implementación es directa. Sin embargo, cuando la proporción cresta/promedio de potencia por rack dentro de una hilera es igual o mayor a 1,5, aumentan los desafíos y costos de implementar el diseño. El problema de asegurar que cualquier rack pueda operar a la potencia de cresta por rack mientras no se exceda la potencia promedio puede ser una limitación grave en las instalaciones que utilizan sistemas de suministro de aire por piso elevado. Las densidades totales de potencia promedio y de cresta que pueden conseguirse pueden aumentarse si se permite una implementación de densidad basada en valores estandar dentro de la especificación de densidad. Para entender cómo se resuelve el problema con especificaciones basadas en valores estandar, consideremos el caso de una hilera que se instalará en un sistema existente de enfriamiento por piso elevado con una proporción cresta/promedio de densidad por rack recomendada igual a 2. Desde el punto de vista del sistema de alimentación, cada rack debe recibir una distribución de energía a la densidad de cresta por rack, pero suministrada por una PDU o UPS con un régimen nominal igual a la densidad promedio por rack multiplicada por la cantidad de racks informáticos. Esto es fácil de implementar. Sin embargo, desde el punto de vista del enfriamiento, cada rack no tiene un sistema de distribución de aire bien definido con un régimen nominal igual al doble de la densidad promedio por rack. Los racks que operan a una densidad mayor a la promedio deben tomar en préstamo la capacidad no utilizada de los racks adyacentes que operan con una densidad por debajo de la promedio. En el caso del piso elevado, que tiene una capacidad de circulación de aire limitada, esto significa que separar los racks de alta densidad dentro de la hilera reduce en gran medida la sobrecarga local en el sistema de distribución de enfriamiento. Si una especificación permite la posibilidad de establecer reglas con respecto a la ubicación de los racks de alta densidad dentro de la hilera, entonces se pueden obtener densidades de cresta y promedio más altas dentro de las limitaciones del sistema. Un ejemplo de una regla sencilla sería que un rack sólo puede exceder el régimen nominal de potencia promedio en la misma cantidad en que el consumo de los racks adyacentes está por debajo del promedio. Se pueden utilizar reglas más sofisticadas para maximizar la densidad de potencia predecible que puede obtenerse en una instalación dada, y estas reglas pueden implementarse en el sistema de administración de potencia y enfriamiento. 2 Cómo especificar opciones de densidad para un crecimiento futuro Muchos centros de datos no se construyen por completo en una sola vez, sino que evolucio-nan y crecen con el tiempo. En esos casos, no siempre es práctico o conveniente especificar la densidad de antemano para las hileras o zonas que todavía no se planificaron. Cualquier método práctico para especificar la densidad de un centro de datos debe abarcar los requisitos futuros para los que la densidad es difícil de predecir, y debe conservar opciones de densidad para el futuro siempre que sea posible. En un caso ideal, los gastos y com-promisos relacionados con la implementación de la infraestructura de alimentación y enfriamiento se postergan tanto como sea posible. Más aun, la expansión más reciente del centro de datos no pone en riesgo la disponibilidad de los equipos informáticos que ya están operando. Una opción que se utiliza frecuentemente es construir de antemano toda la infraestructura de alimentación y enfriamiento que admita una densidad de potencia predefinida. Esto tiene la 2 La implementación de reglas sobre densidad de enfriamiento dentro de un sistema de administración

está sujeta a patentes en trámite de APC Corporation.



ventaja de que la instalación previa de estos equipos asegura que durante las implementac-iones informáticas futuras no será necesario realizar obras importantes sobre la red eléctrica en el centro de datos activo. Sin embargo, este enfoque tiene muchas desventajas im-portantes con respecto al costo, entre ellas: • La densidad futura de los equipos informáticos excede la densidad de la infraestructura

de alimentación y enfriamiento, y por lo tanto, no puede implementarse efectivamente.

• La densidad futura de los equipos informáticos es inferior a la densidad de la in-fraestructura de alimentación y enfriamiento y por lo tanto se desperdician inversiones importantes en infraestructura.

• La infraestructura nunca se expande, o la expansión se realiza por fuerza mayor en otra ubicación debido a normas u otros problemas de negocios, y por lo tanto, se desperdi-cian inversiones importantes en infraestructura.

• Las nuevas cargas para el centro de datos llegan en un corto plazo y son mucho menores que el valor nominal de la infraestructura de alimentación y enfriamiento, lo que genera una importante reducción de la eficiencia eléctrica y costos de electricidad innecesarios y significativos.

• La instalación de antemano de una infraestructura de alimentación y enfriamiento que no se necesita en la actualidad conlleva costos innecesarios de contratos de manten-imiento y de capital relacionados con los equipos.

Un modelo efectivo para especificar la densidad evitaría estos problemas por medio de un enfoque de diseño e implementación de infraestructura de alimentación y enfriamiento modular y escalable. Una arquitectura de este tipo estaría basada en la instalación de antemano de los cables principales de alimentación desde la red eléctrica, como por ejemplo cables para alimentación de enfriamiento y cables de alimentación de energía a nivel de hilera o área, conjuntamente con la instalación diferida de infraestructura costosa de alimentación y enfriamiento, como sistemas de UPS, PDU, racks, distribución de energía dentro de la hilera, unidades de aire acondicionado y equipos de distribución de aire. La densidad específica que debe admitirse dentro de una hilera o zona será una decisión que se postergará hasta el momento de la implementación, y la infraestructura de alimentación y enfriamiento se implementará hilera por hilera. El sistema InfraStruXure de APC es un ejemplo práctico de una arquitectura de ese tipo.

Este razonamiento conduce a otro elemento clave del método propuesto para especificación de densidad: Las hileras o zonas dentro del centro de datos que se implementen en el futuro deben estar planificadas teniendo en cuenta el valor de alta densidad corres-pondiente al peor de los casos, y deben instalarse de antemano las tuberías y los cableados de alimentación primaria para admitir esta densidad. Sin embargo, la selección real de equipos de alimentación y enfriamiento para estas hileras debe posponerse hasta que se definan el plan y la densidad de la implementación. De esta forma, la infraestructura de alimentación y enfriamiento, que es una de las causas principales del aumento de los costos, está dimensionada en forma correcta de acuerdo con la aplica-ción real, y se implementa donde y cuando es necesaria. Esto reduce en gran medida los costos operativos y de capital, y da como resultado un centro de datos más eficiente desde el punto de vista de la energía. Ahora podemos construir un modelo para la especificación de densidad de potencia que cumpla con los requisitos que identificamos anteriormente y abarque las diversas lim-itaciones y restricciones prácticas. El modelo incluye los siguientes elementos clave:

El modelo



• Se crea una disposición física de un centro de datos, que se basa en hileras de racks o gabinetes.

• Para cada hilera, se requieren los datos de la Tabla 2

Datos Unidades Descripción Uso principal

Número de ubi-caciones de racks

# La cantidad de ubicaciones de rack en una hilera. Incluye todas las ubicaciones, algunas de las cuales pueden, en último caso, utilizarse para equipos de alimentación y enfriamiento, dependiendo de la arquitectura.

Determinar los requisitos totales de alimentación y enfriamiento para la hilera.

Densidad promedio por rack en la hilera

kW / rack La densidad de potencia promedio por rack que utilizan los racks informáticos de una hilera específica. Debe especificar-se para cada hilera de la sala.

Determinar los requisitos globales de distribución de energía y aire para la hilera.

Densidad de cresta por rack en la hilera

kW / rack La densidad de potencia de cresta por rack que utiliza cualquier rack de una hilera específica. Debe especificarse para cada hilera de la sala.

Determinar el diseño del sistema de distribución de energía y enfriamien-to a nivel de rack.

• Para las hileras que se implementen en el futuro, deben especificarse valores máximos

realistas para la potencia promedio y de cresta por rack, comprendiéndose que estos valores pueden reducirse antes de la implementación con sólo la pequeña desventaja de haber sobredimensionado las tuberías y los cableados de alimentación primaria.

• De la información anterior se pueden calcular los datos de la Tabla 3

Datos Unidades Descripción Uso principal Total de racks informáticos disponibles

# La cantidad de racks informáticos disponibles en el diseño, después de haber descontado las ubicaciones de rack apartadas para la infraestructura de alimentación o enfriamiento.

Determinar el espacio total ocupado por racks informáticos disponible para la planificación.

Requisito inicial de potencia total

kW Los requisitos de alimentación y enfriamiento para la sala informática sin incluir las implementaciones futuras.

Determinar la inversión inmediata en infraestructura de alimentación y enfriamiento requerida.

Requisito final de potencia total

kW Los requisitos finales de alimentación y enfriamiento para la sala de acuerdo al peor de los casos.

Determinar las dimensiones de la infraestructura clave de la red eléctrica, incluyendo tableros de transferencia de potencia, cableado y tuberías de enfriamiento.

Densidad de potencia de cresta

kW / rack La densidad de potencia más alta dentro de cualquier hilera.

Establecer la arquitectura de distribución de enfriamiento.

Densidad de potencia promedio del centro de datos

kW / rack La síntesis de densidad acumulada para el centro de datos.

Permitir la conversión a otros sistemas métricos comunes, como W / pie cuadrado o W / m2. Tal conversión está sujeta a la selección de definición de la Tabla 1.

El problema más complejo al definir la densidad utilizando este método es la determinación de las ubicaciones de rack que se requieren para la infraestructura de alimentación

Tabla 2 Datos requeridos por hilera

Tabla 3 Datos de densidad calculados



y enfriamiento y que por lo tanto no están disponibles para los equipos informáticos. Una pauta razonable para la estimación de densidad es un valor de una ubicación de rack por hilera utilizada para la infraestructura de alimentación y enfriamiento por cada 15 kW de carga informática. Esta pauta se basa en los requisitos promedio de alimentación y enfria-miento, incluyendo las distancias de guarda que se utilizan en las instalaciones existentes de centros de datos 1N y 2N. El valor exacto dependerá de la arquitectura de alimentación y enfriamiento seleccionada, las limitaciones de la sala y las pautas que brinda el proveedor del sistema. Por ejemplo, en el caso del sistema InfraStruXure de APC para centros de datos, APC brinda herramientas de diseño asistidas por computadora que realizan estos cálculos para cada diseño de sala. Pautas prácticas de utilización El uso del modelo descrito para la especificación de densidad no asegura en sí mismo un diseño óptimo de sala. Las decisiones del usuario con respecto a la disposición en planta, la selección de la sala misma y las estimaciones del usuario sobre los requerimientos de densidad pueden afectar el éxito de la instalación final. Sin embargo, el uso del modelo brinda muchos beneficios clave, entre otros: • Brinda una descripción más completa y precisa de la densidad del centro de datos que

otros métodos de especificación que se utilizan comúnmente.

• Los centros de datos construidos para su especificación tienen un rendimiento más predecible.

• El modelo es suficientemente específico como para estimar rápidamente costos, in-cluyendo costos operativos y de capital, lo que acelera el ciclo de diseño y permite el análisis de casos alternativos.

• Admite un sistema de implementación de centros de datos modular y escalable, lo que puede reducir notablemente el TCO y mejorar la eficiencia eléctrica.

Entre las aplicaciones prácticas del método descrito para especificación de densidad, se encuentran:

• Comparar el TCO asociado con otras alternativas de instalaciones de centros de datos o ubicaciones de la sala.

• Estimar costos asociados con una densidad en aumento en un centro de datos planifi-cado o existente.

• Brindar una especificación que establezca claramente expectativas de densidad en una forma comprensible para los usuarios informáticos, para que estos, los operadores de centros de datos y los proveedores de sistemas para centros de datos establezcan las mismas expectativas.

La implementación de este método para especificación de densidad en herramientas asistidas por computadora para el diseño de centros de datos puede facilitar y automatizar el proceso de especificación y diseño. Ejemplo de una especificación de centro de datos Este ejemplo ilustra cómo puede utilizarse el modelo para especificar un centro de datos real. En este caso, se otorga una sala para un proyecto de consolidación de servidores. Todos los sistemas UPS, de distribución de energía y de enfriamiento se ubicarán dentro de la sala y no están instalados actualmente. Debido a la altura libre requerida, no existe un piso elevado ni es factible instalar uno. Se implementará una combinación de equipos, entre ellos, servidores blade, servidores de montaje en rack, unidades de almacenamiento y otros



equipos de conexión en red. Los servidores blade se ubicarán juntos y no distribuidos. Se estima que el requisito actual completará sólo la mitad de la sala asignada. El resto de la sala se reservará con una densidad un 20% más alta que la implementada actualmente, con la capacidad de admitir en el futuro por lo menos tres racks de servidores blade, que se estima que llegarán a consumir 25 kW por rack. Por los requisitos de disponibilidad, posee un sistema de alimentación y enfriamiento no redundante. El diagrama de la sala se muestra en la Figura 3, junto con una disposición propuesta de racks que produce un total de 41 ubicaciones de rack en la sala. Se decide que las hileras 1, 2 y 3 se implementarán inmediatamente y las hileras 4, 5, 6 y 7 se implementarán más adelante. Una revisión de la implementación planificada actualmente permite algunas asignaciones de equipos de capacidad similar en hileras para reducir la proporción cresta/promedio de densidad en cada hilera, y ubica juntos los servidores blade, tal como se requiere, en la hilera 2. La especificación por hilera de las hileras 1, 2 y 3 se ingresa en la Tabla 4.



Figura 3 Disposición en planta para el centro de datos propuesto, con disposición de racks propuesta(Imagen de la herramienta [en inglés] Build-Out de InfraStruXure de APC)



Datos Unidades Hilera 1 Hilera 2 Hilera 3 Hilera 4 Hilera 5 Hilera 6 Hilera 7 Total

# de Racks # 7 7 7 5 5 5 5 41

Valor medio kW / rack 2 5 3 4 4 4 4 3.7

Valor pico kW / rack 4 15 6 15 15 15 15 15

De acuerdo con esta información, la densidad promedio de la primera implementación puede calcularse como (2*7+ 5*7+ 3*7) / 21 = 3,3 kW por rack. Si se planifica que las hileras adicionales tengan una densidad un 20% más alta (sin especificar todavía los detalles de la hilera), entonces la densidad general promedio del centro de datos puede calcularse como (2*7+ 5*7+ 3*7+ 4*5+ 4*5 + 4*5+ 4*5) / 41 = 3,7 kW por rack. Especificar las hileras que se definirán en el futuro con un valor de densidad de cresta alto de 15 kW brinda una flexibilidad significativa con respecto a los cambios en el diseño de esas hileras que se realicen más adelante. La Tabla 4 ilustra estas futuras especificaciones para las hileras 4, 5, 6 y 7. La única consecuencia de asignar un valor de cresta alto a las futuras hileras es que el suminis-tro primario de energía y enfriamiento están dimensionados con valores bajos. De acuerdo con la Figura 1, un primer valor estimado del espacio final ocupado por los equipos de alimentación y enfriamiento sería un 30%, con una densidad promedio por rack de 3,7 kW, lo que es equivalente a 13 racks (30% x 41 racks). De acuerdo con estos cálculos, el número total final de racks informáticos disponibles, en base a la especificación de densidad, será el 70% o 28 racks. La especificación de densidad para nuestro proyecto de consolidación de servidores propuesto se compone de la Tabla 4 junto con los valores calculados de las Tabla 5.

Datos Valor Unidades Comentarios

Total de racks informáticos disponibles

28 # Parte del espacio del centro de datos está ocupado por equipos de alimentación y enfriamiento.

Requisito inicial de potencia total 47 kW

Inicialmente, deben instalarse por lo menos 47 kW de equipos de potencia y enfriamiento. Utilizando la Figura 1, en base a la densidad de las hileras 1, 2 y 3, la cantidad de ubicaciones de racks informáticos disponibles es 6, 4 y 5, respectivamente (6 x 2 kW / rack + 4 x 5 kW / rack + 5 x 3 kW / rack = 47 kW).

Requisito final de potencia total 104 kW La instalación del resto de los equipos de alimentación y enfriamiento, con una potencia de 60 kW,

se pospone hasta que se determinen las hileras restantes (28 IT racks x 3.7 kW / rack = 104 kW).

Densidad de potencia de cresta 15 kW / rack

El enfriamiento con densidades tan altas acota las opciones disponibles y aumenta el costo. Debería considerarse con mayor detenimiento la distribución de estas cargas de cresta antes de confirmar el diseño a esta densidad.

Densidad de potencia promedio del centro de datos 3,7 kW / rack

Este centro de datos, como está especificado, tiene una densidad de más del doble de la de un centro de datos existente promedio. Menos del 2% de los centros de datos de hoy logran esta densidad.

Tabla 4 Datos de densidad por hilera para el centro de datos propuesto

Tabla 5 Datos calculados a nivel de la sala para el centro de datos propuesto



A partir de este punto, puede crearse un diseño. El siguiente paso sería establecer las ubicaciones reales de los equipos de alimentación y enfriamiento, en base a la naturaleza de los equipos y el diseño del sistema. Este proceso se basa en modelos matemáticos com-plejos de los equipos específicos, junto con reglas de optimización y las preferencias del cliente. Este proceso es particular para cada fabricante de equipos de alimentación y enfriamiento y no se expondrá aquí. En un caso ideal, el diseño sólo demandaría los equipos de alimentación y enfriamiento requeridos en el momento de la implementación inicial, pero anticiparían y facilitarían la instalación de equipos de alimentación y enfriamiento en el futuro para cumplir con el plan de implementaciones futuras que ya quedó parcialmente especifica-do. Por ejemplo, asegurando que durante la primera fase de implementación las tuberías de enfriamiento y los cableados de alimentación primarios estén instalados previamente para los racks futuros. Nótese que aunque las hileras para uso en el futuro están especificadas actualmente con valores de densidad promedio y de cresta por rack, estos valores pueden cambiarse en cualquier momento previo a la futura implementación, siempre que la potencia total de toda el área no supere el valor planificado actualmente.



Los métodos convencionales para describir la densidad de un centro de datos son primitivos, incompletos y ambiguos. Estos métodos legados no pueden brindar pautas para la planificación que aseguren un rendimiento predecible de alimentación y enfriamiento para el centro de datos con la alta densidad de potencia de las últimas generaciones de equipos informáticos. Este informe delinea los requisitos y presenta un nuevo método para la especificación de densidad. Este método brinda especificaciones factibles que comunican claramente los requisitos entre el personal del área de informática y los diseñadores de infraestructuras, y facilita la creación de centros de datos que sean predecibles y rentables, y tengan una alta eficiencia eléctrica.

Conclusión

Neil Rasmussen es uno de los fundadores y Director de Tecnología de American Power Conversion. En APC, administra el mayor presupuesto mundial de Investigación y Desarrollo dedicado al tema de la infraestructura de energía, enfriamiento y racks para redes críticas; los principales centros de desarrollo de productos se ubican en Massachusetts, Missouri, Dinamarca, Rhode Island, Taiwán e Irlanda. En la actualidad, lidera los proyectos de APC para el desarrollo de soluciones modulares escalables para centros de datos. Antes de fundar APC en el año 1981, Neil recibió los títulos de Bachelor y Master en Ingeniería Eléctrica del MIT, donde realizó su tesis sobre el análisis de una fuente de potencia de 200 mW para un reactor de fusión Tokamak. Desde 1979 hasta 1981, trabajó para MIT Lincoln Laboratories en sistemas de almacenamiento energético de volante y sistemas de energía eléctrica solar.

Sobre el autor



Cooling Strategies for Ultra-High Density Racks and Blade Servers Documento Técnico 46

Rack Powering Options for High Density Documento Técnico 29

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Cómo determinar la fracción del espacio ocupado por racks disponi-ble en el centro de datos sin contabilizar los equipos de alimentación y enfriamiento El gráfico de la Figura 1 se realiza estableciendo un balance entre la potencia de carga y la capacidad de los equipos de alimentación y enfriamiento, donde: PI = potencia de los equipos informáticos; PN = capacidad de los equipos de alimentación y enfriamiento; DI = densidad de los equipos informáticos, en kW / ubicación de rack; DN = densidad de los equipos de alimentación y enfriamiento, en kW / ubicación de rack; RN = cantidad de ubicaciones de rack utilizadas por los equipos de potencia y enfriamiento; RI = cantidad de ubicaciones de rack utilizadas por equipos informáticos; RT = cantidad total de ubicaciones de rack en el espacio.

IN PP =

IINN DRDR =

Sin embargo, ITN RRR −=

Por lo tanto,

Esta fórmula final genera la función de la Figura 1. Los valores de DN dependen de los valores específicos para los equipos de alimentación y enfriamiento utilizados y de la configuración de redundancia.

Apéndice

N

IIN D

DRR =

N

IIIT D

DRRR =−

+=

N

IIT D

DRR 1

+

=

N

IT

I

DDR

R

1

1

pautas para la especificación de la densidad de potencia ... · Área de la sala de máquinas...

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