Koncepcja Rack Hygiene

Transkrypt

1 Koncepcja Rack Hygiene Autor: Ed Eacueo Dyrektor ds. technicznych i marketingu produktowego Eaton Streszczenie dla kierownictwa Niniejszy raport opisuje koncepcję Rack Hygiene, która definiuje szafy typu rack jako urządzenie służące do zarządzania przepływem powietrza, a nie jako element neutralny. Oferuje ona rozwiązania na poziomie szafy typu rack poprzez zdefiniowanie technologii tworzenia wzorca, umożliwiającej ocenę ilościową wypływu powietrza jako metody określania celów efektywności dla szaf typu rack. Dziś wirtualizacja wykorzystywana jest coraz częściej. Zasadniczym elementem stymulującym wprowadzanie tej technologii jest zmniejszenie kosztów operacyjnych, powiązanych z konsolidacją serwerów, urządzeń pamięci i sieciowych. Wśród produktów ubocznych tego nowego, zwirtualizowanego środowiska można wymienić redukcję netto, obserwowaną w przypadku urządzeń komputerowych i związanego z nimi miejsca. Jednakże uzyskane obciążenia mocy i chłodzenia ulegają kondensacji na mniejszej powierzchni i są powiązane w sposób dynamiczny z obciążeniem związanym z przetwarzaniem danych. Choć zastana architektura chłodząca może być dostosowana do nowego środowiska, najczęściej jest ona niewydajna i/lub nieefektywna z powodu nieodłącznych wad projektowych: mieszanie się ciepłego i zimnego powietrza, nieprawidłowe ustawienie klimatyzatorów i szaf typu rack, lokalna niezdolność do odprowadzania ciepła z powodu niezbilansowanych obciążeń cieplnych na klimatyzatorach, zbyt duża odległość między elementami chłodzącymi a wytwarzającymi ciepło, rozdział powietrza jest utrudniony z powodu zbyt dużej ilości okablowania, brak możliwości reagowania na dynamiczne obciążenia cieplne w przypadku zastanej infrastruktury chłodzącej, brak zarządzania przepływem powietrza pozwalającego na wprowadzenie urządzeń odprowadzania ciepła w systemie bok do boku, nadmiar zimnego powietrza. Strategie zarządzania coraz częściej zyskują akceptację dyrektorów ds. IT i dyrektorów ośrodków, którzy pragną zoptymalizować istniejący układ pomieszczeń. Ponieważ ograniczanie strumieni ciepłego i zimnego powietrza zyskuje na popularności, konieczne jest uszczelnienie wszelkich luk powietrznych w każdym krytycznym komponencie strumienia przepływu powietrza, w celu uzyskania maksymalnej efektywności. Metoda ta jest dziś stosowana w dobrze zarządzanych centrach danych z podłogami podniesionymi, gdzie uszczelnienie wszelkich potencjalnych luk powodujących wypływ powietrza ma zasadnicze znaczenie dla zachowania jednorodnego, statycznego ciśnienia pod podłogą i rozdziału powietrza.

2 Page 2 of 8 Rys. 1. Model CFD szafy typu rack, wykorzystujący strumień zimnego powietrza do wskazywania typowych luk powietrznych Szafa typu rack jest często zapomnianym, a mimo to krytycznym komponentem strumienia przepływu powietrza. W przypadku szafy typu rack wypływ powietrza jest gwałtowny (rys. 1). Skutkuje to nieefektywnością spowodowaną recyrkulacją i bocznymi przepływami powietrza. Choć istnieje norma branżowa EIA-310 dotycząca montażu urządzeń w szafach typu rack, brak jest norm regulujących zarządzanie strumieniami ciepłego i zimnego powietrza w środowisku szaf typu rack. Spis treści Ewolucja szaf typu rack... 3 Szafa typu rack jako przewód powietrzny... 3 Koncepcja Rack Hygiene omówienie... 4 Pięć obszarów problematycznych dla przepływu powietrza... 4 Obszar problematyczny nr 1: Pod szafą typu rack... 4 Obszary problematyczne nr 2 i 3: Lewy i prawy bok panelu przedniego szyn pionowych 19"... 5 Obszary problematyczne nr 4 i 5: Powyżej i poniżej przestrzeni montażowej pionowej szafy typu rack. 5 Pomiary... 5 Testy 6 Celem jest zerowy wypływ powietrza... 7 Wnioski... 8 O firmie Eaton... 8 O autorze... 8

3 Page 3 of 8 Ewolucja szaf typu rack W ostatniej dekadzie szafy typu rack przeszły ewolucję i dziś dominuje model przepływu powietrza od przodu do tyłu. Szklane drzwi zostały zastąpione przez perforowane, otwarta przestrzeń powiększyła się dziś z 45% do 65% (i więcej), co zapewnia maksymalny przepływ powietrza. W wielu przypadkach rezygnuje się całkowicie z drzwi. Montowane na górze tace wentylatorowe zastąpiono wentylatorami w tylnych drzwiach. Wężownice chłodzące zintegrowano z tylnymi drzwiami, by wymuszać przepływ powietrza od przodu do tyłu. Systemy kanałów do zarządzania ciepłem wyewoluowały jako metoda odprowadzania ciepłego powietrza z szaf typu rack. Tymczasem moc i rozmiary kabli sieciowych znacząco wzrosły, czego skutkiem jest większy nieład w szafach typu rack oraz większe zagrożenie zatorami przepływu powietrza w takiej szafie. Dlatego też głębokość szaf typu rack zwiększyła się do 1000 mm", a nawet 1200 mm", co pozwala pomieścić urządzenia o współczynniku kształtu głębokich serwerów z umieszczeniem z tyłu (za serwerem) infrastruktury służącej rozprowadzeniu mocy, zarządzaniu kablami i zwiększeniu przepływu powietrza. Przy założeniu, że wszystkie zmienne dotyczące zatorów przepływu powietrza w obrębie szafy typu rack są stałe, większa głębokość takiej szafy ma neutralny wpływ na przepływ powietrza. Jednakże przy stosowaniu zarządzania ciepłem głębsze szafy typu rack zapewniają więcej miejsca pozwalającego na wyprowadzenie go do góry, w przeciwieństwie do wydmuchania go przez tylną część szafy typu rack. Choć szafy rack o szerokości 800 mm występują powszechnie w zastosowaniach sieciowych w przypadku przełączników chłodzonych bok w bok, w branży nadal obserwuje się trend do stosowania szaf serwerowych typu rack o szerokości 600 mm". Nie jest przecież niczym niezwykłym używanie dziś w aplikacjach serwerowych szaf typu rack o szerokości 30". Szersza szafa umożliwia użytkownikom końcowym minimalizację zatorów przepływu powietrza, dzięki umieszczeniu przewodów zasilających i przewodów do przesyłania danych z dala od wylotu gorącego powietrza. W większości przypadków geometria pomieszczenia narzuca wysokość szafy. Najczęściej spotykana wysokość szafy serwerowej to 213,36 cm, co zapewnia 42U do montażu wewnętrznego urządzeń umieszczanych we wnętrzu szafy typu rack (1U = 4,45 mm). Jednakże zbieżność urządzeń sieciowych z serwerami wymusza zwiększenie wysokości szaf typu rack do 230 cm (48U). Dodatkowa przestrzeń montażowa w szafie typu rack, powyżej 42U, jest zwykle wypełniona przełącznikami sieciowymi, routerami i krosownicami. W wyższej szafie typu rack zmieści się więcej urządzeń komputerowych, montowanych w takich szafach. Skutkiem jest wyższa gęstość cieplna na wyższych poziomach, a warstwowy układ powietrza sprawia, że zapewnienie optymalnych temperatur wlotowych jest trudne. Szafa typu rack jako przewód powietrzny Współczesne rozwiązania dotyczące zarządzania ciepłym i zimnym powietrzem są ściśle powiązane z szafami typu rack. Konieczna jest zatem zmiana sposobu myślenia o szafach typu rack i ich funkcjach we współczesnym środowisku centrów danych. Szafy typu rack powinny być więc postrzegane jako przewody powietrzne w strumieniu przepływu powietrza. W przeciwieństwie do typowego pustego przewodu powietrznego szafa typu rack jako przewód powietrzny to przestrzeń o znaczeniu krytycznym, w której znajdują się wysoko wydajne serwery, urządzenia pamięci i przełączniki. Zapewnienie odpowiedniego chłodzenia urządzeń komputerowych wymaga przewidywalnego zarządzania przepływem powietrza na poziomie szafy typu rack. W tym celu konieczne jest kontrolowanie i zarządzanie wszystkimi potencjalnymi otworami przepływu powietrza. Poza zamknięciem nieużywanych modułów U w szafie typu rack istnieje pięć innych obszarów związanych z tego typu szafami, które mogą mieć bezpośredni wpływ na zarządzanie przepływem powietrza i wydajnością chłodzenia, jak również poprawić efektywność energetyczną.

4 Page 4 of 8 Koncepcja Rack Hygiene omówienie Koncepcja Rack Hygiene to określenie, które obejmuje identyfikację, analizę i likwidację punktów wypływu gorącego powietrza / ścieżek infuzji oraz tras okrężnych zimnego powietrza wewnątrz i dookoła poszczególnych szaf typu rack w centrum danych. Koncepcja Rack Hygiene to nowy termin, używany do opisywania dbałości, z jaką projektuje się, kontroluje i zarządza obudową szaf typu rack. Obudowa szaf typu rack obejmuje całą przestrzeń, od podłogi do góry samej szafy oraz czasami miarę uniesienia ponad podłogę, by uwzględnić pustą przestrzeń powyżej szafy typu rack, wznoszącą się do pokładu cieplnego. Niezależnie od wymiarów szafy typu rack, na zarządzających centrum danych spoczywa obowiązek stosowania rozwiązań, które zapewnią nieprzeniknioną barierę dookoła płaszczyzny czołowej tego typu szafy, w środowisku przepływu powietrza, zdominowanym przez rozwiązania od przodu do tyłu. Im lepsze uszczelnienie zapewnione z przodu szafy typu rack z wyjątkiem strategii stosowania paneli całkowicie zaślepiających tym bardziej zbliżamy się do osiągnięcia najwyższej sprawności w dziedzinie Rack Hygiene. Rozwiązując problem wypływu powietrza w kilku miejscach wokół przedniej części szafy typu rack, można zmniejszyć delta T ścieżki dopływu i delta T ścieżki odpływu, co zapewni wyższą efektywność energetyczną. Klimatyzatory nie będą więc musiały tak ciężko pracować, by zaspokoić zapotrzebowanie w nadmiarze co jest metodą eliminowania gorących punktów i nieprawidłowego przepływu powietrza w centrach danych. Dwoma głównymi czynnikami zachęcającymi do stosowania najlepszych praktyk Rack Hygiene są: 1. Zapobieganie powstawaniu gorących punktów. Pomaga to w utrzymaniu stałej temperatury i umożliwia urządzeniom komputerowym pracę na optymalnym poziomie. 2. Dostosowanie podaży chłodzenia do zapotrzebowania. Pozwala zaoszczędzić energię i wyeliminować nieekonomiczną recyrkulację oraz okrężne strumienie powietrza, będące częścią metody chaotycznego chłodzenia (nadmierna podaż chłodnego powietrza w centrum danych). Nieefektywne zarządzanie przepływem powietrza w szafie typu rack na poziomie kolumny i rzędu do najczęstsze przyczyny przegrzewania strefy i pomieszczenia. Koncepcja Rack Hygiene może stanowić rozwiązanie problemu dzięki temu, że traktuje szafę typu rack jako część systemu zarządzania strumieniem powietrza, równocześnie ustanawiając wzorce standardów dla wypływu. Pięć obszarów problematycznych dla przepływu powietrza Choć branża poznała już zalety związane z najlepszymi praktykami w stosowaniu paneli zaślepiających w centrum danych, stosowanie koncepcji Rack Hygiene wiąże się tylko z jedną metodą zarządzania przepływem powietrza. Istnieje aż pięć dodatkowych obszarów związanych z szafami typu rack, wymagających zarządzania, które często są pomijane przy omawianiu problemów zarządzania przepływem powietrza w szafach typu rack. Te pięć obszarów problematycznych może zapewnić rzeczywisty wzrost wydajności w systemach z modelem chłodzenia od przodu do tyłu. Obszary te (rys. 2) obejmują miejsca: 1. Pod szafą typu rack (na zewnątrz szafy typu rack). 2. Lewa strona górnej lewej pionowej szyny mocującej 19" (wewnątrz szafy typu rack). 3. Prawa strona górnej prawej pionowej szyny mocującej 19" (wewnątrz szafy typu rack). 4. Poniżej dolnej przestrzeni montażowej w szafie typu rack (wewnątrz szafy typu rack). 5. Powyżej górnej przestrzeni montażowej w szafie typu rack (wewnątrz szafy typu rack). Obszar problematyczny nr 1: Pod szafą typu rack Obszarem między szafą a powierzchnią podłogi czasami trudno się zarządza, bo wysokość jest zmienną opartą na wymiarach niwelatorów lub rolek szafy typu rack i zmienia się w zależności od producenta. W korporacyjnym centrum danych, gdzie mamy do czynienia z wieloma rzędami szaf typu rack, w tej

5 Page 5 of 8 przestrzeni może się znajdować znacząca ilość niekontrolowanego powietrza. Właściwa izolacja tego obszaru może więc wiązać się ze znacznymi korzyściami. Pod szafą typu rack nie ma zwykle jednolitego panelu z powodu wymagań związanych z zasilaniem i podłączeniem do sieci. Jest to obszar potencjalnego wypływu, gdyż ciepłe powietrze może wydobywać się spod szafy typu rack, a zimne powietrze z perforowanych płytek podłogowych może omijać szafę typu rack w tej przestrzeni. Obszary problematyczne nr 2 i 3: Lewy i prawy bok panelu przedniego szyn pionowych 19" Z powodu obserwowanego wśród klientów popytu na regulowane szyny przednie i możliwość przekładania przewodów obszary z prawej i lewej strony szyn przednich w przypadku większości szaf typu rack 19" są potencjalnymi punktami wypływu. Przestrzeń między bokiem pionowej szyny a bokiem obudowy szafy typu rack lub panelu bocznego jest zwykle szeroko otwarta. To potencjalny obszar wypływu, do którego może przedostawać się gorące powietrze, lub który może omijać zimne powietrze. Takie środowisko szafy typu rack może poważnie narazić na szwank solidną strategię stosowania paneli zaślepiających. Produkowane dziś szersze szafy typu rack (tj. 800 mm) mają dodatkowe trzy cale po każdej stronie szyn 19", które zapewniają przestrzeń dla chłodzenia przełączników instalowanych w układzie bok w bok lub przestrzeń pozwalającą na organizację dużej liczby przewodów sieciowych. Aby można było wyciągnąć przewody na bok lub na górę, są one przeciągane przez otwory, które zwykle nie są uszczelnione. Otwory te można zakryć materiałem, który uszczelni przestrzeń wokół przewodów, co pozwoli na minimalizację wypływu powietrza. Obszary problematyczne nr 4 i 5: Powyżej i poniżej przestrzeni montażowej pionowej szafy typu rack Obszary powyżej górnego modułu U i poniżej dolnego modułu U to także regiony, gdzie może dojść do wypływu. W tych obszarach zwykle występuje pewna przestrzeń; różni się ona w zależności od producenta szafy typu rack. Nie jest jednak niczym niezwykłym, gdy przestrzeń ta jest równa przestrzeni zajmowanej przez brakujący panel zaślepiający. W obszarze tym nie tylko pojawia się cyrkulacja ciepłego powietrza, lecz jest też bardziej prawdopodobne, że chłodne powietrze z klimatyzatorów serwerowych będzie je omijać. Pomiary Podobnie jak efektywność centrów danych można zmierzyć za pomocą współczynników PUE i DCiE, tak też można zmierzyć efektywność szafy typu rack, by podjąć działania na rzecz odpowiedniego zarządzania przepływem powietrza. Właściwą metodą wprowadzania koncepcji Rack Hygiene i zmniejszania zużycia energii przez centrum danych jest pomiar. Oznacza to ustalenie linii odniesienia i śledzenie wydajności dla danego centrum danych. Metodologie tworzenia wzorców ustalają cele wydajności, dotyczące wypływu powietrza w centrum danych. Poprzez połączenie modeli wirtualnych z wynikami testów pomiarowych można dokładnie określić, gdzie w centrum danych pojawiają się problemy związane z przepływem powietrza, i podjąć działania zaradcze, mające na celu poprawę zarządzania przepływem powietrza. W procesie tworzenia wzorca należy przypisać stopniową skalę wydajności w celu: identyfikacji problemów z profilami energetycznymi w centrach danych, analizowania wydajności energetycznej centrum danych pod kątem potencjalnych usprawnień, dodawania serwerów o wysokiej gęstości oraz zwiększenia gęstości szaf typu rack w sposób efektywny energetycznie, określenia i wyboru efektywnych modeli chłodzenia centrum danych, prognozowania ograniczeń projektu dla nowych i przyszłych planów ekspansji ośrodka.

6 Page 6 of 8 Aby możliwe było zmierzenie wypływu powietrza, specyfikacja projektowa centrum danych wymaga szaf serwerowych typu rack, zaprojektowanych i dostarczanych z maksymalnym nominalnym przepływem powietrza (CFM), by możliwe było obsłużenie wartości dla pełnego obciążenia. Ciśnienie w szafach serwerowych nie powinno przekraczać 0,25 Pa z przodu szafy typu rack. W idealnych warunkach urządzenia komputerowe w szafie typu rack pobierają powietrze, nie będąc narażonei na żadne istotne ciśnienie zasysania. Mając to na uwadze, należy ustawiać ciśnienie testowe od przodu do tyłu szafy typu rack w taki sposób, by maksymalna luka wynosiła najwyżej 3% łącznego pola powierzchni. Należy zatem stworzyć kryteria akceptacji/odrzucenia tak, by wymagały zmierzenia wypływu powietrza stanowiącego maksymalnie 3% całkowitego powietrza dostarczanego. Testy Aby przetestować szafy typu rack i zagwarantować, że są zgodne z wymaganą specyfikacją, wykonuje się następujące testy: Pomiar wszystkich luk w obszarze wypływu (zostaną one zmierzone jako stosunek całkowitego pola powierzchni wlotów obudowy szafy typu rack). Zmierzenie, czy środowisko może utrzymać 3% wypływ powietrza przy ciśnieniu 0,25 Pa w H20 (do stworzenia ciśnienia w uszczelnionych szafach typu rack należy użyć wentylatora). Mapowanie i identyfikacja obszarów wypływu (należy użyć generatora mgły do śledzenia i wykrywania problematycznych obszarów). Testy centrów danych obejmują pięć problematycznych obszarów przepływu powietrza: 1. Pod szafą typu rack (na zewnątrz szafy typu rack). 2. Lewa strona górnej lewej pionowej szyny mocującej 19" (wewnątrz szafy typu rack). 3. Prawa strona górnej prawej pionowej szyny mocującej 19" (wewnątrz szafy typu rack). 4. Poniżej dolnej przestrzeni montażowej w szafie typu rack (wewnątrz szafy typu rack). 5. Powyżej górnej przestrzeni montażowej w szafie typu rack (wewnątrz szafy typu rack). Wśród testów znajdą się także testy określające: zakres ciśnienia wytrzymałości: pomagają określić zakres użytecznego ciśnienia pracy obudowy, poziom wypływu: pomagają zmierzyć ilość uciekającego powietrza w pięciu obszarach problematycznych dla przepływu powietrza przy 100% zaślepieniu modułu U.

7 Page 7 of 8 Rys. 2. Problematyczne obszary szafy typu rack Celem jest zerowy wypływ powietrza Doświadczony zespół, który odbył szkolenie ze strategii zarządzania, powinien przeprowadzić analizę wyników testów i stworzyć listę efektywnych energetycznie i ekonomicznych rozwiązań, przeznaczonych do natychmiastowego zastosowania. Zestaw raportów obejmuje: Podsumowanie przeglądu wyników testów pomiarowych. Szczegółową analizę każdego testu, w tym: o o o o ośrodek, infrastrukturę i metrykę odniesienia, dla której przeprowadzano testy, urządzenie użyte do przeprowadzenia każdego testu, procedurę użytą do przeprowadzenia każdego testu, informację, w jaki sposób były zbierane i mierzone wyniki. Arkusz kalkulacyjny, opisujący, które szafy typu rack przeszły pomyślnie testy, a które nie osiągnęły pozytywnych wyników. Podsumowanie egzemplifikujące problemy związane z niespełnianiem specyfikacji oraz opisujące miejsca, w których należy wprowadzić usprawnienia, równoważne brakującemu panelowi zaślepiającemu.

8 Page 8 of 8 Wnioski Ewolucja szaf typu rack jako krytycznego komponentu zaawansowanych systemów przepływu powietrza umożliwia poprawę efektywności energetycznej centrów danych, zmniejszenie związanych z nimi kosztów i przywrócenie elastyczności z punktu widzenia menedżera centrum danych. Niestety, branża zbyt długo opierała się na intuicji związanej z miejscem pracy i kreatywnym rozwiązywaniu problemów. Wykorzystywała wszystko, od tektury i srebrnej taśmy klejącej po piankowe zestawy do uszczelnień i inne impregnujące wynalazki. Rynek dąży jednak do standaryzowanych rozwiązań, które zaprojektowano i zintegrowano z szafą typu rack podczas procesu produkcyjnego. W miarę jak zarządzanie centrum danych na poziomie szafy typu rack i rzędu zajmuje coraz mocniejszą pozycję po stronie wyposażenia i nowej konstrukcji, menedżerowie centrów danych coraz częściej dążą do włączenia elementów koncepcji Rack Hygiene jako standardowych zestawów funkcji, a nie wyjątkowych opcji, do kolejnych zakupów szaf typu rack. Rozdzielenie ciepłego i gorącego powietrza znacznie zwiększa przewidywalność wydajności centrum danych i umożliwia: efektywne wykorzystanie istniejącej infrastruktury fizycznej i mocy chłodniczej, aktywną kontrolę i normalizację temperatury dostarczanego powietrza, eliminujące recyrkulację i stratyfikację, większe osiągnięcia przy mniejszym nakładzie pracy w przypadku centrów danych, zajmujących mniej miejsca przy rosnących obciążeniach cieplnych, eliminację porzuconego potencjału fizycznego, elektrycznego i mechanicznego. Inteligentna strategia zarządzania zaczyna się od szafy typu rack, bez względu na to, czy obecnie używana korzysta z zarządzania w systemie kontroli stref zimnego, czy ciepłego powietrza. Poprawiona koncepcja Rack Hygiene, nawet w przypadku zastanych środowisk, charakteryzujących się chaosem w sferze chłodzenia, to pierwszy krok na drodze do zmniejszenia recyrkulacji i ponownego mieszania się strumieni ciepłego i zimnego powietrza w centrach danych. Nie bez powodu jest ona wykorzystywana aż w 60% wszystkich strategii zarządzania centrami danych. O firmie Eaton Eaton to zróżnicowane przedsiębiorstwo zarządzające energią, oferujące energooszczędne rozwiązania wspomagające efektywne zarządzanie wykorzystaniem energii elektrycznej, hydraulicznej i mechanicznej. Nasza firma jest ogólnoświatowym liderem w kilku dziedzinach. Są to m.in.: produkty elektryczne, systemy i usługi związane z jakością, dystrybucją, kontrolą i przesyłem energii, oświetlenie i okablowanie, komponenty hydrauliczne, systemy i usługi związane z wyposażeniem przemysłowym i przenośnym, paliwo lotnicze, systemy hydrauliczne i pneumatyczne wykorzystywane komercyjnie oraz przez przemysł zbrojeniowy, układy przeniesienia napędu i układu napędowe dla pojazdów ciężarowych oraz osobowych zwiększające wydajność i bezpieczeństwo oraz zmniejszające zużycie paliwa. W 2012 roku firma Eaton nabyła Cooper Industries plc. Eaton zatrudnia około pracowników i oferuje swoje produkty w ponad 150 krajach. Aby uzyskać więcej informacji, patrz O autorze Edward Eacueo, weteran branży technicznej, może się poszczycić 26-letnimi globalnym doświadczeniem w dziedzinie zarządzania sprzedażą, marketingu oraz sterowania organizacjami informatycznymi, rynków elektroniki komercyjnej i technologii wojskowych.