Gestão de datacenter

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Comentário de Milton Francisco de Lima Filho em 7 outubro 2009 às 11:29

A Concepção da Eficiência Energética
nos Projetos de Data Centers

Na transição da computação de grande porte para a arquitetura cliente-servidor, o volume de informação e a quantidade de hardware e software necessários aos negócios aumentaram exponencialmente, demandando recursos que viabilizassem um armazenamento em alta escala e um nível de disponibilidade cada vez mais próximo de 100% e é nesse novo cenário que surge a conceituação de Data Center, que é a versão moderna dos antigos CPDs (Centros de Processamento de Dados).
Na era dos CPDs tínhamos um único computador central, com seus periféricos acomodados em um único espaço. Hoje, nos Data Centers, temos dezenas de computadores (servidores) dispostos em racks; equipamentos para armazenamento de dados em alta escala (storages); dispositivos de comunicação (switches e roteadores) entre outros.
No passado, as corporações montavam uma infraestrutura envolvendo partes civil, elétrica e de refrigeração robustas, porém pouco expansíveis e redundantes para conceber o computador de grande porte, pois havia uma série de restrições quanto a ampliações e o custo elevado do hardware e software impediam a criação de estruturas paralelas para fins de contingência e redundância.
Hoje, a realidade é muito diferente. Uma estratégia comum na área de TI é fracionar serviços, aplicações e sistemas, fazendo os operar em servidores físicos ou virtuais distintos visando uma computação de alta performance, de facilitada manutenção, com alto nível de contingência, fácil escalabilidade e alta disponibilidade, consequentemente tudo isso só poderá ser alcançado e sustentado por uma infraestrutura adequada.
Em termos de infraestrutura, os Data Centers contemplam diversos sistemas, tais como os de refrigeração, distribuição elétrica, condicionamento de energia (no-breaks), bancos de baterias, geradores, iluminação, detecção e extinção automática de incêndio, cabeamento estruturado, controle de acesso, CFTV, sensoriamento e monitoria entre outros, tudo isso submetido a um regime de operação ininterrupta no estilo 24 x 7 x 365, proporcionando um expressivo consumo de energia elétrica, o que exigirá do projetista uma concepção de eficiência energética já nas primeiras etapas de projeto de um Data Center novo.
De todos os sistemas citados, os mais críticos são o de refrigeração e o de condicionamento de energia como os no-breaks, que juntos são responsáveis por um consumo da ordem de 50% a 60% de toda energia elétrica consumida no Data Center e em seguida temos os equipamentos de TI demandando algo em torno de mais 30% do total de energia elétrica consumida.
A contribuição dos equipamentos de TI no consumo de energia do Data Center vai além de sua carga instalada, pois temos também uma considerável dissipação de calor, mesmo com todo esforço da indústria eletrônica em desenvolver processadores e demais circuitos integrados de baixo consumo de energia e baixa dissipação, mas a crescente necessidade de se obter circuitos mais velozes coloca o binômio performance x consumo em xeque o tempo todo, tornando bastante complexa a obtenção um adequado gerenciamento térmico desses componentes.
A título de exemplo, um servidor para uso em rack contendo 1U de altura e uma fonte 550W pode apresentar uma dissipação térmica da ordem de 2.000BTU/h, que são valores reais para equipamentos “baseline” dos maiores fabricantes do momento considerando a instalação dos mesmos em rack de 42U de altura a uma ocupação de 2/3 da capacidade do rack, ou seja, que dizer que com 28 servidores iguais ao citado teremos nesse rack uma carga instalada de 15,4kW e uma dissipação térmica de 56.000BTU/h, que é equivalente a 4,66TR. Sendo que para efeito de projeto é razoável estimar de 20 a 25kW de carga instalada por rack em instalações de alta densidade ou com um boa reserva para expansões.
Além dos elevados níveis de dissipação térmica, outro fator crítico para o sistema de refrigeração é a sustentação precisa da temperatura interna do Data Center geralmente em torno dos 18ºC a 20ºC, contemplando inclusive a compensação de possíveis perdas pela abertura de porta, ocupação de equipes técnicas entre outras, o que demandará uma potência de refrigeração extra e um consumo de energia elétrica ainda maior.

Existem muitos recursos e técnicas capazes de minimizar perdas e elevar
a eficiência do sistema de refrigeração, como por exemplo:

Adotar paredes e até tetos multicamadas conjugando alvenaria, lã de rocha, dry wall e demais materiais para isolamento térmico.
A escolha de um local com temperatura mais amena ou com menor incidência de luz solar ou menos sujeito a irradiações de ondas de calor geradas por determinados processos industriais ajudam muito.
Considerar no projeto a maior temperatura ambiente normalmente observada ao longo do ano na localidade que conceberá o Data Center.
Eliminar todas as frestas e orifícios entre o ambiente interno e externo ao Data Center.
Considerar a quantidade de pessoas que permanecerão no Data Center durante sua operação, assim como os ciclos e durações dos intervalos de abertura de portas durante o ingresso dessas pessoas no interior do mesmo.
Estimar adequadamente a vazão de ar frio a ser insuflado, assim como o de ar quente a ser removido.
O dimensionamento deve prever uma folga para que os equipamentos de refrigeração não operem em regime de carga máxima ou até de sobrecarga. Para isso, uma possível solução envolvendo compressor no evaporador - que seria ligado por alguns minutos e desligado durante outro intervalo de tempo - elevará a vida útil do sistema e elevará o tempo médio entre falhas, assim como o nível de disponibilidade do sistema
como um todo.
Do ponto de vista da eficiência energética, uma estratégia que proporciona uma diferença expressiva é a adoção de corredores frios e corredores quentes, onde os racks são posicionados um ao lado do outro, ao longo de uma parte do Data Center, formando literalmente um corredor na frente dos racks e outro na parte traseira dos mesmos. Com esse arranjo, o ar frio oriundo do sistema de refrigeração deve ser insuflado na frente dos racks formando o corredor frio, cujo ar pode ser insuflado a plenum por baixo do piso elevado e com difusores de ar instalados nas placas de piso à frente dos racks que são dotados de portas perfuradas. Então, os equipamentos de TI contidos nos racks farão uma espécie de aspiração desse ar frio através de suas ventoinhas internas, obterão a troca de calor sobre seus componentes internos e expulsarão o ar aquecido pela parte traseira de seus chassis que, por sua vez, ultrapassarão a porta traseira perfurada dos racks, constituindo atrás desses um corredor de ar quente, que deve ser removido do ambiente através de um sistema de exaustão com difusores instalados acima dos racks.
Possíveis posições ociosas dos racks (Us) deverão ser fechadas com tampas apropriadas evitando que o ar frio passe desnecessariamente direto para a parte traseira dos racks, assim como evitará um contrafluxo, onde o ar quente poderá vir para a frente dos racks.
Visando potencializar esse arranjo de corredores, ainda é possível realizar um isolamento térmico entre as laterais dos racks dispostos em linha e entre os corredores quente e frio, o que propiciará uma redução da potência do sistema de refrigeração ou simplesmente permitirá que ele opere em um regime menos exigente; em ambos os casos haverá uma redução do consumo de energia elétrica no sistema de refrigeração na faixa de 7 a 15%.