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Eng. José Luiz De Martini
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cel.(11) 8445 5453
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Infra-estrutura para Data Centres
Planejando Data Centres de Alto Desempenho.
Eng. Eletricista José Luiz De Martini
Consultor especializado no planejamento e desenvolvimento de soluções de infra-estrutura de alta
eficiência, disponibilidade e confiabilidade para aplicações de missão critica.
Engenheiro Eletricista, titular da Engenharia Gerencial SS Ltda e consultor na área de Instalações
Elétricas consumidoras de energia, com atuação em grandes centros comerciais e infra-estrutura de
suprimento de energia para sistemas de missão critica, processamento e armazenamento de dados e
telecomunicações.
Colaboradores:
Eng. Mecânico Eduardo P. Teixeira Grecco
Consultor e projetista especializado em sistemas de ar condicionado, ventilação e exaustão, com
grande atuação no segmento de planejamento e desenvolvimento de soluções de infra-estrutura de
alta eficiência, disponibilidade e confiabilidade para aplicações de missão critica, telecomunicações e
processamento e armazenamento de dados. Engenheiro Mecânico, sócio-diretor da Contractors
Engenheiros Associados.
Arquiteta Rosely Botti
Projetista especializada em projeto e desenvolvimento de soluções arquitetônicas para aplicações de
missão critica. Arquiteta Diretora da Orbi Projetos e Soluções.
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Apresentação.
Este trabalho, dividido em quatro partes, destina-se aos profissionais da Tecnologia de
Informação e de Facilities e a todos que tem como objetivo estabelecer formas de
implantação e operação de Infra-estrutura destinada ao suporte de operações de missão
critica, em especial centros de dados.
Na primeira parte apresentamos de forma introdutória os elementos que devem ser
considerados no planejamento de data Centres, desde as boas praticas na área da Tecnologia
da Informação, planejamento de espaços e meios de refrigeração, com os impactos
provocados na demanda e consumo de energia. De forma inédita são consideradas
exigências para data centres verdes “Green IT” e que devam seguir Códigos de Conduta
como o definido pela União Européia.
Na segunda são apresentados os conceitos e soluções que garantam as tradicionais
exigências quanto à disponibilidade e confiabilidade e implantadas soluções de elevada
eficiência energética, incluindo demandas de alta densidade de energia.
Na terceira, trabalho elaborado pelo Eng. Eduardo Grecco, apresentando novas tecnologias e
soluções para climatização, e na seqüência aspectos arquitetônicos para que os projetos
possam comportar não só as áreas especificas de produção, mas sim o conjunto total das
instalações e sistemas, com a colaboração da Arqta Rosely Botti
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Parte 1: Planejando Data Centres de Alto Desempenho.
Nos últimos dois anos houve uma significativa mudança nas preocupações dos responsáveis
pelas áreas de TI em infra-estrutura onde a eficiência energética passou a fazer parte dos
fatores preponderantes no planejamento e implantação de estruturas físicas.
De fato, se em maio de 2005 o Data Center Users’ Group® identificava as seguintes
preocupações em pesquisa perante profissionais da área de TI:
- Aquecimento e densidade de energia: 78%
- Disponibilidade: 57%
- Limitações de espaço: 39%
Em 2007 a mesma pesquisa aponta como preocupações principais:
- Aquecimento: 64%
- Densidade de energia: 55%
- Eficiência energética: 39%
- Disponibilidade: 33%
- Limitações de espaço: 29%
Esta nova visão é plenamente explicável por uma serie de fatores:
- O volume de processamento cresce e assim a participação dos equipamentos de TI no
perfil de consumo de energia das empresas idem, tornando-o significativo.
- As soluções de alta densidade, como blades e pizza-box (1 U) estão cada vez mais
presentes.
- A relação entre o investimento inicial e o custo operacional (Capex / Opex) fica muito
próxima ao longo de 5 a 10 anos.
- As empresas estão engajadas em ações de sustentabilidade e eficiência energética.
No Brasil a ComputerWorld avaliou que menos de 1% dos profissionais da área identificam
espontaneamente esta necessidade.
Na Europa o Centro de Pesquisa Conjunta da Comissão Européia publicou em novembro de
2008 a primeira versão do Código de Conduta para Eficiência Energética para Data Center.
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Atender a estes requisitos em projetos de infra-estrutura significa que um DC:
- Deve ser confiável com disponibilidade adequada ao tipo de operação (24x7 ou 8x5).
- Deve possuir capacidade (elétrica e climatização) de forma escalável, permitindo
crescimento gradual, sem ociosidade que acarrete em prejuízo financeiro e baixa
eficiência energética.
- As soluções devem ser determinadas com foco na eficiência energética.
Mas o que é um Data Center eficiente ?
Esta resposta não é fácil de ser colocada como um índice ou referencia matemática, mas
resultado da combinação de aplicação de um conjunto de medidas que partem do
planejamento da produção em si.
O ponto inicial deveria ser a consolidação das aplicações e planejamento operacional de TI,
que não será objeto deste nosso estudo.
Podemos enumerar algumas boas praticas que conduzem a uma significativa redução de
investimentos e custos operacionais. Como são aplicados em cascata resultam ao final da
cadeia em reduções que são absorvidas com efetivo retorno dos recursos aplicados.
O importante é termos a consciência que estas medidas representam a médio e longo prazo
redução de custos e, portanto são sempre viáveis. Ou seja, a diferença não esta em gastar
mais ou menos, mas sim em fazer certo ou errado.
Os responsáveis por TI podem adotar as seguintes providencias com redução de custos com
energia:
Procedimento
Especificar e adquirir processadores de baixo consumo
Especificar e adquirir servidores com fontes de alta eficiência
Ativar os recursos de “Power Management” dos computadores
Virtualização de servidores. Estudos mostram que 20% de virtualização
pode resultar em 8% de redução de consumo de energia
Utilizar soluções de menor espaço, como blade servers
Planejar o arranjo em corredores quentes e frios evitando a mistura de ar
quente/frio
Utilizar condicionadores de capacidade e vazão variável
Adotar alimentação 220 V~ 240 V, com UPS em 380~400 V, sem
transformador
Red. %
10
11
8
8
1
1
4
2
Agindo em cascata, estas ações podem resultar em praticamente 50% de redução de
consumo de energia na área de produção, quando comparado a um Data Center padrão.
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Se estivermos planejando um novo Data Center ou mesmo uma ampliação e pudermos
considerar estas providencias isto resultará nos seguintes benefícios:
- Redução do espaço de produção em até 65%.
- Redução da demanda de refrigeração em até 34%
- Redução da demanda de energia (UPS) em até 33%
- Redução da capacidade elétrica total (entrada e geradores) em até 47%
Estes números referem-se exclusivamente as necessidades finais de produção. Na seleção da
configuração da infra-estrutura são aplicáveis outras providencias quanto ao projeto, opção
de equipamentos e insumos energéticos.
Observem que sistemas redundantes são consumidores de energia, função da baixa
eficiência dos equipamentos a meia carga. As soluções neste caso são:
- Avaliar a disponibilidade exigida (24 x 7 ou 8 x 5).
- Considerar a contratação de serviços de hosting para aplicações sazonais ou que não
sejam parte fundamental do core business.
- Questionar a configuração do modelo de redundância, por exemplo, 2 N, redundante
centralizado ou 1,5N, redundante distribuído, pois este utiliza menos equipamento,
operando com maior eficiência e menores custos de manutenção.
- Selecionar os equipamentos (UPS e ar condicionado) com elevada eficiência a meia
carga.
Existe um índice de referencia de eficiência energética, conhecido como PUE, ou Power
Utilization Effectiveness. Este relaciona a energia efetivamente consumida nos processos de
TI com a energia total consumida. Definido pelo The Uptime Institute tem como envoltória
o valor 2, ou seja para cada W usado no produção outro W é agregado na entrada de energia.
Bons projetos, desde o inicio da década, já atingem aqui no Brasil, valores da ordem de 1.6,
porém melhorando as soluções, principalmente climatização é possível obter melhor índice.
Notem que a redução de espaço e o maior adensamento de equipamentos (blades, por
exemplo) é o ponto de partida, porém a alta densidade enseja soluções de extrema eficiência
e inovadoras de refrigeração.
Na America do Norte mais de 11% dos novos servidores são blades, na Europa 9% e na
América Latina menos que 6%. Para um universo de 300.000 servidores (AL) ao ano apenas
20.000 seriam blades.
Podemos reduzir com projeto adequado e criteriosa escolha quanto à configuração e seleção
de componentes em cerca de 10% o consumo de energia, evitando perdas de transformação
e conversão de energia, a ser visto na segunda parte deste trabalho.
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Parte 2: Instalações Elétricas - Data Centres de Alto Desempenho.
Vimos anteriormente que a preocupação com eficiência energética começa ser objeto de
decisão nos projetos, porém haveria certa contraposição entre eficiência energética e
disponibilidade ou confiabilidade ?
Se de fato a demanda por serviços com continuidade assegurada é básica, portanto compor
soluções que sem reduzir a disponibilidade signifiquem menores perdas com energia é o
alvo obrigatório de novos projetos.
Praticando soluções deste tipo podemos reduzir o CAPEX e OPEX em pelo menos 30%.
Vejam neste gráfico o resultado obtido pelo Google em seus mais recentes Data Centres.
O uso de servidores
adequados permite
reduzir o consumo de
energia nos
equipamentos de TI
(cor laranja). Soluções
gerais de projeto
reduzem o consumo
total de energia do
Data Center, sobre um
data Center padrão.
Estimam em mais de
30% por ano por
servidor o ganho com
estas medidas.
Podemos atingir este objetivo com a adoção de praticas de planejamento de ações da área de
TI e seguir com os projetos de construção e instalações sempre analisando eficiência
energética em cada decisão.
A tabela a seguir resume as exigências referenciadas pelo The Uptime Institute® e EIA/TIA
942 – Anexo G e deve ser avaliada quanto a real necessidade de suporte a missão critica.
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Nível
1
2
3
Condição
- Podemos programar paradas de
manutenção.
- Não há prejuízos reais em paradas
intempestivas
- Podemos programar parada de manutenção
anualmente.
- Os custos são ponderáveis em caso de
parada intempestiva
- Não podemos programar paradas para
manutenção.
- Os prejuízos em caso de interrupções são
imponderáveis
Exigência ou Solução
- Fontes singelas.
- Vias simples de alimentação
- Fontes singelas redundantes.
- Vias simples de alimentação
- Fontes redundantes (uma ativa e
uma alternativa) ou (duas ativas –
Tier IV).
- Vias alternativas de alimentação.
Portanto quando as condições permitem paradas para manutenção e custo ponderável no
caso de paradas intempestivas um projeto nível 2, pode ser adequado.
Lembrando que se a Disponibilidade é definida pelo desenho do projeto a Confiabilidade
leva em conta muito outros aspectos, que vão da seleção dos componentes, testes e
comissionamento, manutenção e operação.
Os DC que se apresentem com PUE abaixo de 1,3 são de Nível 2, porém garantidos por
conta de projeto, execução, comissionamento e operação de alta qualidade.
O índice PUE é a relação entre a Energia Consumida Total (Refrigeração, Serviços Prediais
e Equipamentos de TI) / Energia Útil (equipamentos de TI).
A energia total inclui as perdas com transporte de energia (condutores), transformação e
rendimento dos UPS, incluindo a correspondente refrigeração.
Se um determinado UPS operando próximo a 80% de sua capacidade possuir rendimento em
torno de 95%, terá em torno de 92% quando com 40% de carregamento.
O mesmo ocorre com transformadores, assim o resultado para um sistema de tipo 3 terá
computo de 7% a 9% com perdas no sistema elétrico.
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Em termos de custo tabelando em valores presentes esta condição e adotando um Data
Center com demanda de energia ininterrupta de 900 kW e solução adequada de climatização,
com demanda total de ~ 1500 kW, teremos, para um Tier 3, redundante centralizado:
Tier 3
Sistema elétrico
Energia (10 anos)
Custo mensal por rack
Base
R$ 14,3 mil / kW
90 000 MWh
Custo total (10 anos)
10 kW/rack – 90 racks
Investimento / Opex
R$ 21.450.000,00
R$ 28.500,000,00
R$ 49.950.000,00
R$ 4.625,00
Se em uma condição melhorada em relação ao desenho da solução de disponibilidade e
adequada escolha dos componentes reduzirmos em 30% as perdas teríamos uma redução de
até 2,5% neste montante, ou seja, R$ 712 mil, sem perda quanto à disponibilidade desejada.
Considerando, portanto apenas o ganho em relação a perdas de transformação,
condicionamento e transporte de energia teríamos para um Tier 3, redundante distribuído:
Tier 3
Sistema elétrico
Energia (10 anos)
Custo mensal por rack
Base
R$ 11.5 mil / kW
Redução de 2,5%
Custo total (10 anos)
10 kW/rack – 90 racks
Investimento / Opex
R$ 17.250.000,00
R$ 27.788.000,00
R$ 45.038.000,00
R$ 4.170,00
- Crescimento modular.
Se as tecnologias de TI evoluem rapidamente, um prédio para Data Center deve ser
projetado para pelo menos 20 anos de vida útil.
A solução é crescimento modular, seja em área construída e equipada quanto na filosofia dos
sistemas, pois as exigências mudam. Na virada do século tínhamos racks com servidores
tipo torre (2~3 kW/rack), depois os 1U (6~8 kW/rack, agora blades (15~18 kW/rack) e
supermaquinas com até 60~80 kW/Rack.
O projeto ideal deve considerar implantação passo a passo, como por exemplo, data centres
segmentados permitindo economia inicial e operacional.
- Configuração 2N Redundante centralizado ou 1,5 N, redundante distribuído.
O modelo convencional para exigências de Tier III ou IV preconiza que todos os sistemas
devem ser alimentados por duas fontes ativas. Para demandas até 1.000 kW, a solução com
dois sistemas independentes e fontes duplas é a solução padrão. Esta solução é conhecida
como 2N, e exige a duplicação de todos os elementos que compõe o sistema elétrico
exigindo investimento e custeio das perdas por baixa eficiência e meia carga.
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Na condição dos circuitos terminais os servidores teriam seus dois cordões de alimentação
ligados as fontes A e B, e para cargas singelas, o uso de chaves de comutação estática.
Hoje são comuns projetos de Data Centres com demanda acima de 10.000 kW e para
projetos acima de 1.000 kW este modelo tem dois agravantes:
- Investimento inicial muito alto.
- Perdas significativas de energia com cada ramo carregado na faixa entre 40 a 45%
da potencia nominal.
Uma solução praticada para reduzir este impacto esta no modelo 1,5 N, conhecido por
alguns como tri-bus, ou seja, três barramentos ou sistemas, com redundância distribuída.
Cada barramento é projetado para operar e regime com até 2/3 da capacidade e com a
adequada distribuição das cargas. Quais os benefícios:
- Menor investimento sendo instalada 1,5 vezes a demanda requerida contra 2 vezes
no modelo convencional.
- Melhor rendimento, com equipamentos trabalhando entre 60 a 65% da capacidade
nominal.
- Mesmo índice de disponibilidade, obtido no modelo redundante distribuído.
As restrições e os cuidados a serem tomados são:
- Exige gerenciamento do carregamento de cada sistema.
- Apresenta pequena perda quanto à confiabilidade facilmente compensada com um
adequado projeto, seleção, testes e comissionamento dos sistemas.
- Tipo de UPS a ser usado.
Este componente é chave para a capacidade, confiabilidade e disponibilidade do sistema
elétrico e hoje há um bom leque de opções. principalmente para grandes sistemas:
- Estáticos (com baterias) ou dinâmicos (inerciais) ou fly-wheel.
- Dupla conversação ou de regulação paralela (p.ex. delta conversion®).
Os estáticos de dupla conversão apresentam bom custo inicial e são mais comuns, porém
tem menor rendimento. Os de regulação paralela apresentam elevada eficiência e autonomia
nas mesmas condições dos estáticos de dupla conversão.
Os dinâmicos (com fly-wheel) com custo inicial mais elevado exigem projeto especifico em
função do reduzido tempo de operação sem rede (15 a 20 segundos), porém são muito
eficientes e confiáveis intrinsecamente, por não dependerem de baterias.
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Os dinâmicos (fly-wheel) de grande capacidade, com módulos a partir de 1000 kW muito
usados em instalações de maior porte, podem ser ligados nas redes de média tensão,
simplificando enormemente o projeto oferecendo altos índices de disponibilidade sem perda
da confiabilidade e custos.
Independente da tecnologia os principais fabricantes tem apostado em soluções modulares,
contradizendo modelos mais antigos de calculo de confiabilidade que os classificaria como
de baixo índice em função do grande numero de módulos
- Tensão a ser adotada.
Seguindo padrão Norte Americano, muitos Data Centres tem sido projetados em 480 V, com
a necessidade de transformadores acoplando os UPS a carga, normalmente servidores
ligados de 120 a 208 V.
Estes transformadores são aptos a operar com significativo conteúdo harmônico na carga,
tem, no entanto, três inconvenientes:
- Corrente de magnetização a jusante dos UPS.
- Perdas de energia.
- Espaço ocupado.
Com a melhor qualidade das fontes de alimentação, com menor conteúdo harmônico e sendo
os UPS aptos a manipular esta condição, o conjunto das boas praticas de eficiência
energética aponta para adoção de sistemas em 380~400 V, e servidores ligados diretamente
em 220~240 V.
- Adaptabilidade dos sistemas de climatização.
Para diferentes densidades de carga, existem diferentes soluções de climatização, que
exigem diferentes demandas de espaços físicos. Se para densidades de até 2 ~3 kW/m²
podemos pensar em condicionadores tipo down-flow, insuflamento pelo piso e retorno
ambiente, esta solução pode não ser adequada acima destes montantes.
O projeto de arquitetura e a capacidade de energia devem considerar soluções combinadas
usando desde refrigeração localizada nos equipamentos e racks, sistemas como Rear Door
Heat Exchanger®, IN-Row®, XDV®, além de condições ideais para insuflamento e retorno
de ar ambiente, como visto na parte 3, deste trabalho.
Podemos ainda ajustar os projeto de climatização as reais condições locais, usando recursos
de free-cooling, energia geothermal, cursos d’água existentes.
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Vejamos a mesma tabela de custos com energia e sistema elétrico quando podemos reduzir a
demanda e consumo elétricos com climatização, em pelo menos 30%.
Sistema
Base
Sistema elétrico(1.340 kW) R$ 11.5 mil / kW
Energia (10 anos)
Redução de 15%
Custo total (10 anos)
Custo mensal por rack
10 kW/rack – 90 racks
Investimento / Opex
R$ 15.540.000,00
R$ 23.620.000,00
R$ 39.160.000,00
R$ 3.626,00
Chegamos a 22% de redução de custo total de propriedade (Opex + Capex) por
servidor em dez anos de operação, apenas com ações de projeto de construção e instalações.
- Confiabilidade, Comissionamento, Manutenção e Controle.
Um adequado sistema de gerenciamento e controle das utilidades, controlando energia e
climatização deve ser parte natural de qualquer projeto, pois associado a um bom
procedimento de comissionamento, coordenação e seletividade da proteção elétrica e
manutenção são os verdadeiros indicadores da Confiabilidade, muito mais sólido do que
modelos estatísticos padronizados.
Grande parte do desperdício de energia com climatização vem da operação em contraponto
dos condicionadores, onde algumas unidades umidificam e outras desumidificam e
reaquecem ao mesmo tempo. Um adequado sistema de controle descarta este problema.
A solução de redundância distribuída, modelo 1,5N, também exige um monitoramente
constante das demandas.
Enfim se o desenho dos sistemas define a disponibilidade do projeto, estas medidas acabam
por eleger o índice de confiabilidade resultante para uma operação de longa duração,
normalmente superior a 10 anos.
Ou seja, um projeto reduzido como propomos pode aparentemente ser menos confiável,
porém com estas medidas pode não só recuperar como incrementar a confiabilidade, até em
função do menor numero de componentes necessários.
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Parte 3: Instalações de Climatização.
No início dos estudos para implantação de um Data Center (DC), independentemente do
porte, a questão mais comum que se apresenta é qual a carga dissipada que deverá ser
considerada já que, dependendo da densidade do DC), as melhores soluções serão distintas.
Esta questão é extremamente crítica devido ao impacto financeiro que cada solução terá no
custo final de implantação, além da vida útil, possibilidade de aumento de capacidade,
custos operacionais, entre outros.
Normalmente, os sistemas de ar condicionado e de eletricidade podem atingir a até 2/3 do
total do investimento previsto para a construção de um DC.
Existem muitos fatores que devem ser levados em conta por ocasião das definições de
potência elétrica e de climatização tais como:
- tipo dos equipamentos utilizados,
- taxa de migração dos equipamentos de processamento para novas tecnologias,
- variações de densidade de cargas de acordo com o efetivo lay out,
- tipo do DC (Corporativo, Financeiro, Governamental, Co-Location, etc)
- Variações de projeto para áreas com baixa carga ou densidade.
Como exemplo os atuais Blade Servers, 1U Servers e as Storage Areas Networks
apresentam densidades superiores a 5000 W/m2. Por outro lado, na grande maioria dos DC,
existe uma combinação de equipamentos de tecnologia “antiga” com “novas”, que resultam
em densidades da ordem de 400 a 500 W/m2, mesclando áreas de altíssima densidade com
outras de densidade extremamente baixa. Ou seja, é intuitivo que as soluções para ambas as
situações devem ser diferentes e específicas a cada realidade.
O Data Center é um ambiente que oferece serviços de alto valor agregado pelas garantias
intrínsecas de confiabilidade, redundância e performance necessárias para o armazenamento
de dados, back up de informações, gerenciamento de aplicações, monitoramento, emissão de
relatórios on line, suporte técnico, enfim, quaisquer aplicações em que seja imprescindível a
operação ininterrupta durante 24 horas, 365 dias por ano, aplicações estas classificadas como
de “missão crítica”.
Os prédios que abrigam ambientes com essa classificação devem ser concebidos com base
tecnológica redundante, ou seja, possuir toda a infra-estrutura necessária ao perfeito
funcionamento destes ambientes de maneira plenamente segura.
Uma infra-estrutura segura não significa apenas instalar uma quantidade maior de
equipamentos, Condicionadores, Chillers, UPS, Geradores, pois, se a concepção dos
respectivos sistemas não for adequada, a confiabilidade dos mesmos estará
irremediavelmente comprometida, ainda que existam equipamentos redundantes.
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Uma Visão Geral
A potência consumida pelos equipamentos instalados em um único rack pode ser
extremamente variável dentro de um mesmo DC, ou seja, podemos ter tanto racks com potências
inferiores a 500 W como outros com potência superior a 20 kW, como no caso dos Blade Servers.
Por outro lado, em grande parte dos atuais DC brasileiros, a carga média é da ordem de 2
kW/m2, ou seja, não podemos nos preocupar apenas e tão somente com a “carga total dissipada” no
dimensionamento do sistema de ar condicionado e sim como essa carga está efetivamente
distribuída, ou melhor, “concentrada”, de maneira a permitir a adoção de medidas específicas para o
atendimento destes pontos que, com certeza, deverão possuir uma atenção diferenciada.
A princípio, a solução mais simples seria dimensionarmos todo o DC para uma carga de
20kW / rack, com refrigeração redundante. Todavia, se assim procedermos, o resultado será um
enorme e extremamente ineficiente DC e, além disso, inviável tanto técnica como economicamente
para a grande maioria das situações. Ou seja, se adotarmos premissas incorretas no momento em
que estivermos projetando um DC de alta densidade, iremos aumentar desnecessariamente todos os
custos inerentes, quer sejam de implantação, quer sejam de operação e também de infra-estrutura
“super-dimensionada” e do desperdício de áreas construídas a maior.
Assim sendo, o primeiro passo a tomar é rever o conceito de “densidade de carga” pois
podemos cometer erros críticos quando nos limitarmos apenas ao significado original da mesma, ou
seja, W/m2 ou até mesmo W/ambiente. Se a potência consumida em todos os racks fosse
aproximadamente a mesma, tal informação seria suficiente para projetarmos o DC. Todavia, na
prática, não é isso que observamos, pois a variação de potência entre os diversos racks varia
enormemente em função das características e aplicações de cada um deles.
A partir disso precisamos entender que a densidade de carga pode (e deve) estar relacionada
ao rack (carga máxima por rack), às filas (carga máxima por fila) e, finalmente, pelo ambiente
(carga máxima por área de piso). Tais diferenças conceituais são fundamentais para permitir a
escolha mais adequada do sistema a ser utilizado visando atender as necessidades específicas de
cada equipamento e/ou conjunto de equipamentos.
Atualmente é cada vez mais freqüente a utilização de servidores Blade, tanto nos DC
existentes como naqueles em planejamento. Exatamente em função da alta carga dissipada, tais
equipamentos requerem soluções específicas que devem ser rigorosamente observadas de modo a
otimizar ao máximo todos os recursos disponibilizados. É preciso inclusive avaliar a possibilidade
de instalarmos todos os Blade Servers numa área independente com tratamento diferenciado das
demais já que as exigências de resfriamento são elevadas. Caso não seja possível isolar os Blade
e/ou tratar-se de um DC existente, deve-se, na medida do possível, distribuir-se os Blades
uniformemente pelo ambiente.
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Estratégias para Atendimento.
a) Instalar os Condicionadores em Linha com os “Corredores Quentes”
Ao contrário do que possa parecer num primeiro momento, os condicionadores (CRAC) devem
estar posicionados, na medida do possível, de frente para os corredores “quentes”, isto porque
nessa configuração o ar quente proveniente dos racks seguirá preferencialmente em direção aos
mesmos, não se misturando com o fluxo de ar nos corredores “frios”.
CRAC
Corredor Frio
Corredor Quente
CRAC
Corredor Frio
Corredor Quente
Corredor Frio
CRAC
CRAC
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b) Implantar Corredores “Quentes” e “Frios”
Com raras exceções, todos os servidores montados em racks possuem fluxo de ar horizontal
no sentido frontal / traseiro. A figura abaixo mostra essa configuração onde todos os
servidores estão com a frente voltada para o mesmo corredor (“corredor frio’), provido de
placas perfuradas de insuflamento, da mesma forma que as partes traseiras (“corredor
quente”) onde as placas de piso são cegas.
Podemos otimizar ainda mais essa configuração mediante a utilização de um forro falso
provido de grelhas posicionadas nos “corredores quentes”, com o ar seguindo até o
condicionador de ar cujo retorno deverá ser dutado até o pleno formado entre o forro e a laje.
Nessa situação, todo o ar quente é imediatamente removido e não influencia em nada os
demais racks.
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c) Não deixar espaços vagos no rack entre os servidores
Caso seja necessário deixarem-se espaços vagos entre servidores instalados num mesmo
rack, os mesmos deverão ser fechados com tampas apropriadas de maneira e evitar o curtocircuito de ar quente.
O mesmo procedimento deve ser adotado com relação aos espaços abertos no piso elevado
para passagens de cabos.
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d) Distribuir igualmente os Racks com Maior Densidade pelo DC
Quando instalamos conjuntos de vários Racks de Alta Densidade, a maior parte dos sistemas
de climatização usualmente utilizados se mostram deficientes, isso porque a vazão de ar por
setor é relativamente limitada e não terá condições de atender as exigências dos mesmos.
Por outro lado, caso os Racks estejam distribuídos pelo DC, tal problema pode ser
facilmente contornado uma vez que é intuitivo que a capacidade total do sistema também é
praticamente distribuída.
Situação 1: DC com racks de alta densidade em conjunto
Situação 2: DC com racks de alta densidade distribuídos pelo DC
Rack com 10 kW
Rack com 2,5 kW
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Atendimento de Racks com Alta Densidade e/ou Blade Servers
Quando a quantidade de Racks com Alta Densidade e/ou de Blade Servers for considerável,
ou ainda quando os mesmos forem instalados em DC existentes onde o sistema de
climatização já esteja operando próximo do limite máximo, devemos adotar estratégias
diferenciadas de maneira a atender as necessidades destes equipamentos da maneira mais
exclusiva quanto possível de maneira a preservar o funcionamento normal do restante do
DC.
a) Sistemas Suplementares de Condicionamento
Para este tipo de solução normalmente é exigido um planejamento prévio de maneira a
permitir a implantação destes sistemas adicionais sem interferência com os equipamentos
existentes.
As principais técnicas para esta alternativa são as seguintes:
Sistemas complementares localizados de acordo com a demanda de refrigeração. Utilizam
refrigeração liquida bombeada evitando condensação de umidade.
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Instalação de dutos de exaustão e/ou
ventiladores diretamente nos racks interligando
a descarga de ar diretamente para o retorno
geral do sistema
Instalação de Racks especiais providos de
sistema autônomo de refrigeração
Instalação de placas de piso especiais providas
de ventiladores booster insuflando o ar no
corredor “frio” e/ou diretamente sob o rack
Condicionadores para instalação em linha formando
conjunto ao lado dos racks.
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b) Áreas Dedicadas de Alta Densidade
Definir ambientes totalmente independentes dos demais especialmente concebidos para
atender as altas cargas dissipadas. Estes ambientes podem ser substituídos por soluções
específicas desenvolvidas por alguns fabricantes reunindo num mesmo conjunto os racks, o
sistema de condicionamento e o sistema de força completo (incluindo UPS), viabilizando a
instalação de racks de alta densidade até mesmo em locais providos apenas de sistemas de ar
condicionado para conforto uma vez que o sistema de ar condicionado dos racks é
totalmente independente.
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Soluções com energia limpa – baixo consumo.
Tradicionalmente são empregados condicionadores de ar com expansão direta ou indireta,
estes ligados usualmente em centrais de água gelada, com sistema de condensação a ar ou
água.
Até pouco tempo até mesmo condicionadores destinados a sistemas de conforto (com baixa
capacidade para calor sensível) eram usados em prol de um menor investimento inicial.
O resultado acabava sendo um péssimo PUE, ultrapassando a barreira de 2, ou seja o
consumo de energia nos servidores acaba resultando em pelo menos o dobro no consumo
total do Data Center.
Hoje devemos procurar condicionadores de alto rendimento, com alta taxa de calor sensível,
capacidade variável e eficientes sistemas de controle.
Também já são realidade soluções como Free Cooling e aplicações Geotermais, pois todos
os modelos de distribuição de ar citados permitem a eliminação de Hot Spots no Data
Center, tornando possível elevar a temperatura de ar frio para 24°C, reduzindo drasticamente
a carga térmica e viabilizando estas opções.
Diretriz para projeto.
Pelo exposto, fica evidente a necessidade da elaboração de um projeto perfeitamente
desenvolvido para as efetivas necessidades de cada Cliente em particular, levando em
consideração tanto a situação atual como a perspectiva de futuras ampliações.
Dessa maneira é de extrema importância que o sistema de ar condicionado seja modular
contemplando reservas operacionais estratégicas que possam vir a suprir eventuais
alterações de tecnologia nos equipamentos de processamento.
Apenas como exemplo, muitos ainda se lembram dos imensos computadores instalados no
interior dos CPD que necessitavam de resfriamento direto por meio de água gelada. Estes
computadores foram gradativamente substituídos por outros com maior capacidade de
processamento, menor área ocupada e maior facilidade de refrigeração, eliminando a
necessidade da utilização da água gelada. Todavia, nos dias de hoje já é bastante comum a
utilização de racks refrigerados diretamente por trocadores acoplados aos mesmos, ou seja,
retornamos a uma condição que todos nós julgávamos ultrapassada.
Assim sendo, entendemos que o correto planejamento do DC deva considerar o crescimento
escalonado, tanto dos sistemas de processamento como das utilidades, e a curva teórica de
adensamento prevista para, no mínimo, os próximos 10 anos para somente então determinar
as efetivas necessidades de espaço físico, padrão construtivo, soluções de climatização e
também de energia.
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Parte 4: Requerimentos de arquitetura.
Como visto nas partes anteriores, o projeto de arquitetura deve considerar a avaliação das
necessidades presentes e futuras e assim iniciando com a viabilização e escolha da
localização e seleção do imóvel e chegando as características físicas da edificação e
condições específicas de capacidade e segurança, sob o viés da certificação através das
normas específicas e das boas práticas de sustentabilidade.
O que deve ser um Data Center?
Um Data Center é um conjunto integrado de componentes de alta tecnologia que permitem
fornecer serviços de infra-estrutura- processamento e armazenamento de dados, em larga
escala - de alto valor agregado, para que organizações de qualquer porte possam ter ao seu
alcance uma estrutura de grande capacidade e flexibilidade, alta segurança para processar e
armazenar informações.
Como categorizar os Data Centres?
Uma maneira ampla de classificar um Data Center é categorizá-lo pelo porte, e podem ser:
1 - Server CLOSET – Unidades instaladas em gabinetes, típico de pequenos escritórios,
lojas e estabelecimentos isolados.
2 - Server ROOM – Salas dedicadas a instalações de equipamentos de TI, porém como parte
integrada de uma instalação comum.
3 - Localized DATACENTER – Conjunto destinado a receber os equipamentos de TI
destinado a suportar as atividades de uma mesmo campus ou sitio.
4 – Mid-tier DATACENTER – Data Center destinado a aplicações complexas e variadas de
TI, cobrindo necessidades corporativas em âmbito global.
5 - Enterprise DATACENTER – Data Center com objetivos estabelecidos no próprio
modelo de negocio em si.
E, como se estabeleceram os padrões de projeto?
Um pouco de história: até a TIA-942
Nos últimos 20 anos, padrões para instalações de cabeamento tem sido a base para garantir
design, instalações e performance adequados para redes de telecomunicações.
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A TIA (Telecommunications Industry Association) revolucionou a indústria, quando
publicou a primeira TIA-568 “Commercial Building Telecommunications Wiring Standard’,
que descreveu os requisitos de design, instalações e performance para sistemas de
cabeamento em edifícios comerciais.
No conjunto, os padrões capacitaram a indústria para efetivamente avançar de forma mais
rápida e com maior alcance.
Porém de inicio os Data Centres, foram projetados sem nenhum padrão pré estabelecido,
muitas vezes referenciados por soluções internas como as da IBM® e de instituições como o
The Uptime Institute®.
Em Abril de 2005, a TIA respondeu a essa necessidade com a TIA-942
“Telecommunications Infraestructure Standards for Data Centres”, o primeiro padrão
específico para infra-estrutura de Data Centres.
Proposto para ser usado por projetistas de Data Centres, antes do processo de
desenvolvimento da edificação, a TIA-942 envolve as premissas e requerimentos para:




Terreno e layout
Infra-estrutura de cabeamento
Graus de confiabilidade (Tiers)
Considerações sobre entorno
Essas normas são constantemente atualizadas, de forma a contemplar as modificações, novas
técnicas e evolução de todos os componente do processo.
O que são os “Níveis de Confiabilidade (TIERs)?
A performance do Data Center pode ser descrita por uma série de termos como
confiabilidade, disponibilidade, nem sempre fáceis de serem calculados.
- Disponibilidade relaciona o tempo médio entre falhas (MTBF) e o tempo de
recuperação, MTTR, e pode ser diretamente as condições de permissão para
manutenção previstas em projeto.
- Confiabilidade por sua vez expressa a possibilidade de falha de um componente e
sua conseqüência para a operação para um determinado tempo de missão.
A caracterização dos níveis ou camadas (TIER) oferece um guia pratico para orientar o
projeto de um Data Center sem que complexos cálculos precisem ser obrigatoriamente
aplicados.
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Existe sempre um compromisso entre o custo total de propriedade (TCO) e a escolha de uma
camada. Ou seja, quanto mais elevado o Tier do Data Center (menor downtime) maior será
seu custo de implantação e operação.
No projeto do Data Center a parte do planejamento requer muito cuidado pois é aqui que
normalmente se encontram os maiores erros. Deve-se construir uma especificação resultante
das preferências e limitações do projeto.
Os métodos de classificação mais conhecidos são o The Uptime Institute's Tier Performance
Standards, TIA 942 e Syska Henessy Group's Criticality Levels.
Uptime Performance Standard foi criado em 1995 é o guia preferencial em projetos de Data
Centres, mas não especifica detalhes de projeto, embora esta entidade possua inúmeros
trabalhos de referencia publicados.
O anexo G da TIA 942 que trata da construção e instalações para Data Center é baseado nos
princípios do The Uptime Institute.
A escolha da camada de criticidade considerando qualquer um dos métodos deve vir de um
balanço entre o custo do downtime (ou prejuízos por paradas) e o equivalente custo total de
propriedade (TCO).
Devemos considerar se estamos falando de um novo projeto (greenfield) ou de um Data
Center já existente (retrofit).
Para cada um dos 4 TIERs, estão descritas as recomendações para arquitetura, segurança,
sistemas elétricos, sistemas mecânicos e de telecomunicações. O mais importante é que os
projetistas saibam transpor para o projeto estes conceitos, preservando a viabilidade do
negócio e os custos, pensando sempre na eficiência energética.
Fundamental: O custo inicial e a eficiência energética é fortemente influenciado pelo
projeto de arquitetura, que deve oferecer suporte para todos os aspectos descritos nas
etapas anteriores deste trabalho.
E, qual impacto nos projetos de Arquitetura?
Primeiramente, a arquitetura é o meio pelo qual se promovem soluções e instalações que
refletem a imagem de uma empresa de alta tecnologia sendo a forma de externar
competência, confiabilidade e posicionamento no mercado.
É através das soluções de Arquitetura, que se obtém um Data Center confiável, com alta
disponibilidade respeitando-se os custos e o meio ambiente, maximizando o investimento.
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Devem ser feitas, na etapa inicial do projeto, as considerações referentes à expansão e
crescimento gradual, de forma a evitar custos iniciais desnecessários e perda de eficiência
energética.
O custo da edificação, em si, representa menos de 10% do valor total do Data Center, mas
esse custo tem impacto na etapa inicial, e principalmente nos custos de operação e
manutenção. Um projeto de arquitetura que não responda adequadamente as condições
ideais de instalações poderá resultar em custos irreparáveis.
O projeto deve considerar, antecipadamente, o processo de desenvolvimento da edificação,
incluindo a coordenação efetiva, que atravesse as diversas áreas de expertise, incluindo
telecomunicações, geração de energia e sistemas mecânicos.
Muito se fala em requerimentos para instalações, porém as referencias citadas trazem todas
as premissas a serem atendidas pela Arquitetura e Construção.
Além das Certificações, o que há? As inovações!
O foco em Sustentabilidade deve permear todo o projeto, acompanhando as novas
tecnologias que se fazem presente, como as soluções de maior eficiência energética e a alta
densidade.
O projeto de arquitetura deve adequar a edificação, usando novos materiais e aplicar as
práticas de um projeto sustentável.
Um exemplo de resposta ao crescente adensamento de cargas, é suprir a nova demanda dos
Data Center com soluções adequadas de refrigeração como visto na terceira parte deste
trabalho.
O custo do sistema de refrigeração dependerá e muito do projeto Arquitetônico, incluindo ai
a escolha quanto a localização e seleção do imóvel.
O emprego de soluções com utilização dos sistemas modulares de climatização pode
prescindir da utilização de pisos elevados em determinadas condições, reduzindo custos.
Há ainda a Norma de desempenho de Projetos, que entrará em vigor em Maio de 2010, e que
de forma mais incisiva, responsabiliza o autor do projeto pelo desempenho da edificação.
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Conteudo e programa para projeto arquitetônico.
O projeto de arquitetura e construção civil para um Data Center deve considerar o seguinte
programa mínimo:
- Implantação geral no terreno prevendo:
- Estacionamentos.
- Areas para equipamentos técnicos.
- Portaria e dependências de recepção e controle.
- Paisagismo.
- Edificação (ou edificações) contendo:
- Data Center Room com os equipamentos de produção.
- Salas para telecomunicações.
- Áreas para Command Center (NOC), reuniões e equipe de operação.
- Áreas auxiliares, depósitos, manutenção, desembalagem e recebimento.
- Áreas de infra-estrutura elétrica e de climatização.
- Áreas para conforto humano.
A concepção do projeto deve atender aos requisitos das referencias citadas, como a TIA 942,
quanto a segurança do complexo e oferecer todos os meios para que os equipamentos de
produção, controle e telecomunicações e infra estrutura de energia e climatização sejam
instalados e operados com a máxima eficiência e adaptabilidade.
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Conclusão.
Resumindo todas as ações, com o efeito em cascata e partindo do modelo Data Center que
não seja tomado pelas praticas apresentadas, podemos ter uma diferença de até 2,8 vezes
menos consumo de energia para a mesma capacidade ou volume de processamento, com os
respectivos ganhos em termos financeiros.
Iniciar com o adequado planejamento das ações de TI e dimensionamento correto do data
Center considerando o crescimento escalonado das necessidades e a curva de adensamento
prevista para os próximos 10 a 15 anos e então modelar as necessidades de espaço
(arquitetura e construção civil) e então implantar soluções de climatização e energia
atendendo a estes princípios.
Devemos evitar um dos erros mais comuns. O custo do edifício (imóvel e obras civis) é
muito pequeno em relação ao custo total do Data Center, 10% talvez, e um edifício
inadequado pode significar elevado custo de implantação das instalações e respectivo
consumo de energia.
Referencias para consulta.
Este trabalho conta com as informações pessoais do autor e as referencias, que
recomendamos conhecer, incluindo os links associados.
-
A Roadmap for Reducing Energy Consumption In The Data Center
Raphael Garcia / Emerson Networking Power
-
Google Efficiente Computing
http://www.google.com/corporate/green/datacenters
-
Sun’s Energy Efficiente DataCenter Tour
http://www.sun.com/aboutsun/environment/media/datacenter_tour.xml
http://blogs.sun.com/geekism/entry/i_ll_show_you_mine
-
U.S. Department of Energy
http://www.lbl.gov/
-
The Uptime Institute
http://www.uptimeinstitute.org/
-
Upsite Technologies
http://upsitetechnologies.com/
-
European Commission – Directorate General – JRC- Joint Research Centre
-
Institute for Energy Renewable Energies Unit
Code of Conduct on Data Centres Energy Efficiency - Version 1.0, 30 October 2008
Página 27