I Data Center e la sfida dell’Alta Densità.
L’aumento della densità dei server sta favorendo la riduzione delle dimensioni dello spazio di hosting, semplificando il cablaggio, a condizione – però – che il calore generato dai nuovi design sia in grado di essere evacuato. La società di hosting DATA4 è riuscita a cogliere la sfida tecnica ed economica dell’alta densità con successo, nell’interesse dei propri clienti.
I data center si trovano oggi ad affrontare un paradosso legato al loro consumo di energia: come possono infatti ridurre il costo di elaborazione rendendo i server più densi, quando proprio la densità finisce per aumentare i costi di raffreddamento? DATA4, pioniera del tema, ha assistito ad un picco di interesse dei clienti su questa domanda, a partire dal momento in cui i produttori di server hanno annunciato che nel 2021 avrebbero raddoppiato il numero di porte di comunicazione in un dato spazio.
“Combinare due file di rack per server in una rappresenta una grande opportunità economica, perché in questo modo è possibile acquistare, installare e mantenere la metà dei cavi e degli switch di rete. Tuttavia è necessario prestare attenzione al fatto che in queste condizioni i rack consumano tra i 12 e i 17 kilowatt, rispetto ai 7 kilowatt precedenti. La sfida consiste quindi nel trovare soluzioni per ottimizzare il consumo di energia nelle sale computer ”, riassume Mohamed El Barkani, direttore pre-sales di DATA4.
Una sfida di design per un PUE di 1,22 in ogni sala computer
Per creare le condizioni adatte ad ospitare una densità elevata nei propri siti, la società di hosting ha dovuto riprogettare completamente le proprie sale computer. Mohamed El Barkani spiega che la tematica dell’alta densità è particolarmente rilevante per gli hyperscaler, l’industria finanziaria e persino i produttori di videogiochi online: aziende che necessitano di intere sale computer fornite da società di hosting, e che per questo sono molto sensibili e attente ai problemi energetici.
“La maggior parte delle società che possiede pochi rack offre pacchetti di servizi in cui è già incluso il consumo di elettricità. Non avendo consapevolezza del loro consumo energetico, non sono troppo preoccupate per questioni legate all’energia. D’altra parte le aziende che invece occupano intere stanze “bianche” e pagano l’elettricità in base al consumo, hanno tutto l’interesse a ottimizzare la bolletta e ridurre il valore PUE”, aggiunge.
Il punto focale della vicenda è l’unità di misura PUE (Power Usage Effectiveness), ovvero il rapporto tra la quantità di energia totale utilizzata da una sala computer e l’energia usata dalle sole apparecchiature informatiche. Un data center ha genericamente un valore PUE di 1,8. Con le versioni precedenti delle sue sale computer, DATA4 era in grado di raggiungere un valore PUE di 1,5; oggi, grazie ai suoi nuovi design, ha raggiunto il minimo storico di 1,22.
“L’aspetto che impatta maggiormente sul PUE è l’aria condizionata. Se una fila di dieci rack da 10 kilowatt produce 100 kilowatt di calore, è incredibile pensare che sia necessaria quasi la stessa quantità di energia per raffreddare e dissipare completamente il calore. La nostra sfida era di progettare una soluzione che consentisse la riduzione del calore senza bisogno di ulteriore raffreddamento”, afferma Mohamed El Barkani.
Ripensare le larghezze dei corridoi e l’alimentazione elettrica
Il design ad alta densità sviluppato da DATA4 si serve di cinque fattori chiave per migliorare il suo PUE. La prima e più semplice modifica da attuare è stata aumentare del 50% la larghezza dei corridoi tra i rack dei server. “Siamo passati da 1,20 a 1,80 m, perché ciò che realmente conta è il consumo di energia per metro quadrato. Questa operazione ha permesso il raddoppio della potenza di calcolo senza fare altrettanto con il consumo energetico o dover dimezzare il numero di rack. Usiamo solo 2,1-2,5 kilowatt per metro quadrato per rack densi da 12 a 17 kilowatt, rispetto a 1,5 kilowatt per metro quadrato con rack normali che utilizzano 7 kilowatt”, spiega il responsabile pre-sales.
Il secondo fattore chiave prevede l’ottimizzazione delle unità di potenza elettrica presenti nella sala computer. “Per creare ridondanza, dobbiamo fornire il doppio dell’elettricità necessaria (architettura 2N). Ad esempio, se una sala computer necessita di 4 megawatt di energia, due fonti di energia – ciascuna in grado di fornire 4 megawatt – vengono utilizzate solo al 50 % della loro capacità. Tuttavia, occorre ricordare che le unità di potenza funzionano alla massima efficienza solo quando sfruttano circa il 60% – 70% della loro capacità.”
Per ovviare a questo problema, DATA4 collega ancora ogni rack a due circuiti UPS; ora ne esistono tre (architettura 3N / 2). Ognuno emette solo 2 megawatt ciascuno e funziona al 66% della sua capacità. Così vengono utilizzati con la massima efficienza, riducendo al minimo il livello di alimentazione richiesta e garantendo il 100% di ripristino del fabbisogno elettrico, in caso di guasto di una delle sorgenti di alimentazione.
Contenere i corridoi per poter espellere aria calda
Il terzo fattore è il contenimento dei corridoi: mentre quelli caldi vengono posizionati uno dietro l’altro – così che i server possano espellere il loro calore – quelli freddi dirigono l’aria sul lato anteriore dei rack, dove entra l’aria fresca.”Preferiamo delimitare i corridoi caldi, in modo da mantenere una temperatura ambientale di 22°C nei corridoi freddi e spingere l’aria da quelli caldi verso l’esterno, senza doverla raffreddare.”
Mohamed El Barkani aggiunge che, tuttavia, il contenimento del corridoio funziona solo se l’aria calda e fredda non vengono mischiate. “Non puoi in alcun modo lasciare spazi vuoti all’interno delle file di rack. Ecco perché consigliamo ai nostri clienti di prevedere già in partenza l’installazione di tutti i rack in un corridoio, anche se significa avere rack vuoti bloccati dalle piastre.”
Combinare alta densità ed ecologia per raffreddare dal 10 al 17% dell’anno
Il quarto fattore è il raffreddamento stesso. “Utilizzando l’aria ambientale all’esterno dell’edificio, siamo in grado di limitare l’uso dell’unità di raffreddamento per il solo 10-17% dell’anno”, afferma Mohamed El Barkani. In questo caso DATA4 si avvale di due parametri: la temperatura di funzionamento dei server e il sistema di ventilazione.
Per prima cosa, i produttori oggi sono in grado di confermare che una temperatura compresa tra i 18 e i 27°C nella parte anteriore dei server è ottimale per il loro funzionamento.
“Nel nostro clima, le temperature rientrano in questo intervallo per la maggior parte dell’anno. Durante l’inverno, quando la temperatura esterna si abbassa, tutto ciò che dobbiamo fare è mescolare l’aria fredda con un po’ di aria calda proveniente dai server; spesso è sufficiente l’utilizzo di un ventilatore.”
DATA4 ha inoltre sviluppato, brevettato e implementato un sistema di ventilazione che permette di ottimizzare l’aria recuperata dall’esterno, scaricando quella calda – proveniente dai corridoi contenuti. Questo sistema di ventilazione, di cui DATA4 detiene il brevetto, è montato a soffitto.
“Possiamo anche utilizzare rack più pesanti del solito, dal momento in cui non è più necessario installare un pavimento rialzato per far circolare l’aria fresca: un aspetto da non sottovalutare quando si tratta di rack ad alta densità, dov’è presente il doppio delle apparecchiature rispetto al normale”.
Ottimizzare il server e la configurazione di rete nei rack
L’ultimo fattore riguarda l’ottimizzazione della disposizione dei server nei rack: “Il più delle volte le imprese ci consentono di installare i loro rack secondo le specifiche aziendali. Potrebbero farlo da soli, certo, ma le nostre procedure richiedono che ci consultino prima di farlo. I reparti IT responsabili dei progetti hanno difficoltà a prevedere dove si potranno formare i punti caldi, mentre noi eseguiamo dei modelli termodinamici (CFD) che, utilizzando software specifici prima di installare i rack, possono persino simulare incidenti di condizionamento dell’aria”, afferma Mohamed El Barkani.
La densità delle infrastrutture ospitate è in aumento, data la diffusione di apparecchiature più compatte con maggiore connettività, infrastrutture iperconvergenti e esigenze sempre maggiori di potenza di calcolo; ecco perché è necessario trovare una risposta sostenibile al problema della dissipazione di energia.
L’alta densità e l’efficienza energetica sono strettamente correlate ed è ora possibile combinare questi due aspetti in termini di infrastrutture, materiali e attrezzature.
Il successo di DATA4 deriva dalla sua capacità di ottimizzare una serie di parametri, in collaborazione con ogni cliente e nel rispetto dei più severi requisiti di affidabilità.
