Где слабое звено в электроснабжении ЦОД?
Если эволюция настольных систем, ноутбуков, карманных устройств развивается стремительными темпами (что ни год – новая платформа или процессор), то в отношении крупномасштабных высокопроизводительных центров обработки данных (ЦОД) подобной динамики не наблюдается. И этому есть ряд причин.
Первая проблема состоит в том, что с увеличением производительности ЦОД растет уровень их энергопотребления в условиях резко возрастающего дефицита энергомощностей. По данным аналитического департамента АРС, доли потребления электроэнергии современного ЦОД распределены следующим образом: системы охлаждения (чиллеры, прецизионные кондиционеры, системы вентиляции) потребляют 50%, вычислительные системы – 36%, источники бесперебойного питания (ИБП) – 11%, освещение, пожарная сигнализация – 3%. Таким образом, несмотря на энергоэффективные процессорные технологии, общая экономия электроэнергии ЦОД оставляет желать лучшего.
По мнению специалистов АРС, резервы экономии электроэнергии кроются в таких направлениях: до 40% – при использовании методов виртуализации серверных мощностей; до 15% – при выборе эффективной архитектуры кондиционирования помещения; до 12% – при правильной планировке фальшпола; до 10% – при выборе эффективного оборудования электропитания.
Вторая проблема заключается в уровне энергопотребления на единицу площади. Существует четыре уровня (стандарта) энергетической нагрузки на единицу площади для ЦОД. Но при обновлении ЦОД трудно спрогнозировать реальную удельную потребляемую мощность в будущем. По информации инженеров компании GE, в среднем электропотребление одной стойки за последние 5 лет выросло с 3-5 кВт до 30 кВт. Решения АРС способны сегодня отвести от стойки до 60 кВт тепла. Поэтому при проектировании ЦОД более правильной в настоящее время признается модель, в которой учитывается не только цена единицы занимаемой площади, но и стоимость потребляемой электроэнергии оборудования, размещенного на ней.
Проблема номер три – попытки найти баланс между взаимоисключающими требованиями, касающимися сдерживания растущих мощностей энергопотребления и обеспечения необходимого уровня бесперебойной работы. Вычислительные мощности ЦОД защищаются на нескольких энергетических рубежах: помимо входных фидеров, бесперебойное и качественное питание обеспечивают дизель-генераторы (ДГУ) и ИБП переменного тока. Для достижения требуемого уровня доступности ЦОД используют различные схемы дублирования компонентов защиты энергетической системы и путей подключения нагрузки. При полном резервировании вся энергетическая система состоит из двух частей, зеркально повторяющих друг друга. Каждое «плечо» такой системы резервируется посредством параллельной схемы подключения ИБП. Принцип работы таких систем: два блока работают параллельно, подключаясь к двум независимым линиям питания. При этом обеспечивается баланс нагрузки, так что суммарная потребляемая мощность делится пополам. Возможна и другая схема, когда один блок питания работает на полную мощность, а второй находится в горячем резерве.
Традиционно параллельные системы с резервированием создаются путем установки блока управления работой всех ИБП. Этот компонент является узким местом параллельной схемы, в подавляющем большинстве систем он оказывается нерезервированным, а его отказ чреват переходом на байпас всех источников.
Производители мощных ИБП предлагают два варианта электроснабжения ЦОД – параллельный и монолитный. В основе параллельной конфигурации лежат модульные ИБП. Их преимущество состоит в том, что модульная архитектура позволяет нести затраты только на необходимое на данном этапе оборудование и оставляет гибкие возможности постепенно наращивать мощности в будущем (масштабировать). Сторонники модульной архитектуры заявляют, что данный подход более рационален, так как отказ одного из компонентов (модулей) не приведет к отказу всей системы. Такие решения представлены в продуктовых линейках компании АРС (Symmetra LX, PX, MW в составе InfraStruXure), Emerson (Liebert-Hiross Nfinity), Newave (Concept Power), Rittal (ИБП в составе RimatriX5), Socomec-Sicon (Modulys).
Противники модульной архитектуры отмечают, что с функциональной точки зрения модульные системы предназначены прежде всего для повышения надежности, но в процессе роста числа элементов отказоустойчивость всей системы экспоненциально падает.
— Материал подготовил Сергей Кучеренко
