Guía de buenas prácticas de eficiencia energética para centros de datos (mejore su PUE)

Este Centro de datos La Guía de Buenas Prácticas de Eficiencia Energética se elaboró para ayudar a los centros de datos a frenar su principal coste operativo: consumo de energía.

A medida que el consumo de datos siga creciendo exponencialmente, los centros de datos tendrán que maximizar su eficiencia energética para evitar verse perjudicados por los costes de la electricidad.

Este artículo abordará las mejores prácticas que pueden seguir los centros de datos para mejorar su eficiencia energética.

Lo primero y más importante: Medir para mejorar

Como suele decir Peter Drucker:

Si no se puede medir, no se puede mejorar.

Antes de considerar cualquiera de las otras estrategias de este artículo, es importante que ya disponga de un sistema de medición.

Google está tan empeñado en medir con precisión que muestrea su eficacia de uso de la energía (PUE) al menos una vez por segundo.

Al realizar mediciones a lo largo del año, se tienen en cuenta las variaciones meteorológicas estacionales y sus efectos en el consumo de refrigeración del centro de datos.

El centro de competencia para la eficiencia energética en centros de datos cuenta con un guía útil sobre la medición de la eficiencia energética de los centros de datos.

Refrigeración

Los equipos de refrigeración son responsables de gran parte del consumo energético de un centro de datos. Para un centro de datos infraestructura especialistas, es fundamental encontrar nuevas formas de mejorar la eficacia del uso de la energía (PUE), por lo que la refrigeración es de interés primordial.

De los equipos de refrigeración, las enfriadoras y los CRAC son los que más energía consumen, por lo que minimizar su carga de trabajo es fundamental para la eficiencia.

Mejores prácticas estándar de eficiencia energética para ganar fácilmente

• Para la mayoría de los centros de datos medios, el uso de la contención de pasillo caliente/pasillo frío para mejorar la eficiencia de la refrigeración por aire es popular y fácil de reequipar en los centros de datos existentes. Ayuda a aislar y eliminar el caos del calentamiento y los puntos calientes.
  • Para ayudar a separar mejor los pasillos, la mejor práctica habitual consiste en tapar los agujeros de las ranuras de las estanterías con "placas ciegas" y evitar las fugas de calor.
• En los últimos años, el uso de bastidores con unidades de refrigeración líquida puede aliviar parte de la carga de la refrigeración por aire por una fracción del coste energético, sin necesidad de reequipar el centro de datos.
• Para reforzar la refrigeración por aire tradicional de tipo contención, existen economizadores que permiten utilizar la refrigeración "gratuita" cuando el entorno lo permite y reducir aún más el consumo de energía. Sólo hay que tener en cuenta que el aire exterior puede contener contaminantes y humedad y filtrar o abstenerse en consecuencia.
• Otro método habitual consiste simplemente en elevar la temperatura ambiente del centro de datos. La mayoría de los equipos funcionan perfectamente con un pasillo frío por encima de 26 °C, y elevar la temperatura ambiente puede reducir en gran medida las necesidades de refrigeración
• La dinámica de fluidos computacional puede utilizarse para crear un modelo térmico de su centro de datos y optimizar la refrigeración y el flujo de aire sin necesidad de reorganizar el centro de datos. La CFT puede utilizarse para comprobar cómo responde el sistema a distintas condiciones y ayudar a identificar áreas problemáticas que requieren mejoras.
  • CFD también se puede utilizar con gran efecto en el diseño de un centro de datos. Tenga en cuenta que el modelado es un proceso increíblemente complejo que interpola grandes cantidades de datos, y que las herramientas tienen limitaciones en 2018. En realidad, no están pensadas para la monitorización en tiempo real, y algunas imprecisiones son inevitables con cálculos más pesados.

Aunque los bits antes mencionados se han adoptado ampliamente como mejores prácticas estándar, muchos centros de datos no han actualizado sus infraestructura recientemente o adquirido la eficiencia fácil gana. Este diagrama de submer.com ilustra el concepto de pasillo frío/pasillo caliente:

Aparte de optimizar los paradigmas de refrigeración existentes, hay otros métodos de refrigeración que pueden proporcionar un aumento significativo de la eficiencia más allá de las prácticas estándar.

Uno de estos métodos es la refrigeración evaporativa directa.

Refrigeración evaporativa directa

La refrigeración evaporativa directa (DEC) utiliza la nebulización como sustrato para la evaporación. Si ha visto alguna vez los ventiladores que soplan la niebla en Las Vegas para refrescar a los veraneantes junto a la piscina, habrá visto este mecanismo en acción.

Aquí tienes un diagrama del funcionamiento de la refrigeración evaporativa directa extraído de dchuddle.com:

Según Anne Wood, ejecutiva de Phoenix MFG, inc, no es infrecuente obtener un aumento de la eficiencia de 50% de DEC. Sin embargo, hay que tener en cuenta algunas consideraciones:

Obviamente, para utilizar agua para refrigeraciónEl centro de datos necesitará acceso a un volumen razonable de agua.

La refrigeración evaporativa directa también requiere un sistema para purificar el agua, almacenar agua de reserva, bombear la niebla y reguladores para controlar el caudal y la presión del agua.

Además, el enfriamiento evaporativo directo introduce humedad en el centro de datos, lo que hace que el enfriamiento evaporativo directo sea más viable en determinados casos de uso que en otros.

En particular, los centros de datos de climas más secos con acceso al agua probablemente se beneficiarían de una solución DEC.

Antes de pensar en uno, los sensores de humedad y los modelos predictivos pueden ayudar a predecir si DEC hará que los niveles de humedad ambiente superen los límites estándar de 60%.

La refrigeración evaporativa indirecta es una solución algo menos común, pero igualmente viable, que utiliza el mismo concepto.

Enfriamiento evaporativo indirecto

Básicamente, toma aire caliente del exterior del centro de datos y lo lleva a través de un intercambiador de calor. En intercambiador de calor facilita la evaporación, enfriando el aire a medida que se envía al centro de datos.

Al mismo tiempo, la humedad y el calor vuelven a salir del intercambiador. El inconveniente es que intercambiador de calor pierde algunos grados de refrigeración con respecto a la refrigeración evaporativa directa.

La refrigeración evaporativa indirecta también requiere dos ventiladores en lugar de uno, como la refrigeración evaporativa indirecta.

La ventaja de la refrigeración evaporativa indirecta es que no introduce humedad ni elementos externos en el entorno del centro de datos, lo que puede o no ser motivo de preocupación.

Resumiendo:

• Cuando las partículas del exterior o la humedad son un problema, la refrigeración evaporativa indirecta suele ser más adecuada.
• Los centros de datos con acceso al agua y despreocupados por los elementos exteriores disfrutarán de una mayor eficiencia gracias a la refrigeración evaporativa directa.

Sin embargo, la más innovadora de las estrategias de refrigeración recientes es la refrigeración por inmersión.

Refrigeración por inmersión

Alibaba se ha comprometido a utilizar la refrigeración por inmersión en sus centros de datos y calcula que ahorrará espacio en 75%, aumentará la densidad de potencia y reducirá los costes operativos en 20%.

En cuanto a las mejores prácticas de eficiencia energética para centros de datos, la refrigeración por inmersión será muy pronto un estándar en esa lista.

Tecnología de refrigeración por inmersión de Alibaba de datacenterdynamics.com:

A pesar de ser tan prometedora para reducir el PUE de los centros de datos, la idea de la inmersión en líquidos resulta incómoda para muchas empresas de TI.

A medida que la tecnología mejora y aparecen más pioneros, se hace evidente que la refrigeración por inmersión no sólo es viable, sino que es imprescindible si los centros de datos van a seguir el ritmo de las crecientes necesidades de eficiencia de los centros de datos modernos.

En las implantaciones de centros de datos de alta densidad, la refrigeración por inmersión será probablemente esencial, pero los centros de datos existentes tardan más en adoptar esta tecnología.

Algunas de las consideraciones a tener en cuenta con la refrigeración por inmersión son el gasto, el desorden, infraestructura retroadaptación, compatibilidad de discos duros, peso de compatibilidad de proveedores, seguridad, espacio en el suelo y consumo de recursos.

Aunque se trata de preocupaciones válidas en el caso de proyectos de retroadaptación de gran envergadura, ya no presentan inconvenientes suficientes para impedir su adopción generalizada en futuras implantaciones.

Vamos a echar un vistazo a cada uno de ellos.

Gastos

La refrigeración por inmersión conlleva unos sobrecostes que compensan muchas de sus ventajas en cuanto a eficiencia energética, especialmente en los casos de modernización. Entre los factores responsables de estos sobrecostes figuran los siguientes:

Lío

Lo cierto es que el aceite y otros fluidos dieléctricos pueden aumentar las necesidades de mano de obra para el mantenimiento. Esto varía en función del proveedor de soluciones utilizado.

Reequipamiento de infraestructuras

En el pasado, no se disponía de soluciones de inmersión universalmente viables. Esto hacía necesario un centro de datos proyecto de modernización o de construcción desde cero para dar cabida a las tecnologías de refrigeración líquida.

Aunque siga siendo poco práctico destripar más legados centro de datos la refrigeración por inmersión es la opción más eficaz para la mayoría de los nuevos sistemas de refrigeración. centro de datos construye.

Compatibilidad con discos duros

Los discos duros estándar no pueden sumergirse en sistemas de refrigeración líquida.

Sin embargo, la hilatura sellada unidades de disco son una opción, y las unidades de estado sólido ocupan cada vez más espacio en las modernas centros de datos.

Además, se pueden utilizar caddys de propulsión modificados para mantener los propulsores por encima de la superficie del aceite.

Compatibilidad de proveedores

En el pasado, los proveedores anulaban las garantías, pero a medida que la refrigeración por inmersión se ha ido imponiendo en los centros de datos infraestructuralos vendedores ya no anulan las garantías con el uso de la refrigeración por inmersión.

Además, muchas soluciones de refrigeración por inmersión, como las GRC, son compatibles con todas las principales servidor proveedor y la mayoría de las configuraciones de rack.

Peso

El peso ha sido históricamente un reto en la refrigeración por inmersión en líquido, y más concretamente en las soluciones montadas en bastidor.

El peso puede ser una preocupación válida, pero más como resultado de la densidad del sistema que del peso del fluido.

Además, refrigeración por aire infraestructura ya no es necesaria con la refrigeración por inmersión, lo que reduce significativamente el peso total debido a la sustitución de los pesados CRAC/enfriadores/optimizadores, etc.

Con la capacidad de carga en el suelo de los centros de datos modernos y el ahorro de espacio que supone la refrigeración por inmersión, el peso no debería ser una preocupación preventiva.

Seguridad

La mayoría de los sistemas de refrigeración por inmersión utilizan fluidos no inflamables y no tóxicos. Los resbalones por derrames de fluidos son una preocupación válida.

Espacio

Uno de los mayores valores añadidos de la refrigeración por inmersión es el ahorro de espacio que proporciona.

La refrigeración por inmersión ocupa poco espacio y elimina la necesidad de todos los infraestructura necesario para refrigeración por aire.

Recapitulación del consumo de recursos: Sistemas de refrigeración

La refrigeración por inmersión consume radicalmente menos energía y agua que otras opciones de refrigeración. A medida que aumente la contribución de los centros de datos al consumo mundial de recursos, será cada vez más importante mejorar la eficiencia del consumo de recursos en nuestros centros de datos. infraestructura sistemas.

Basándose en todas las consideraciones pertinentes, muchas empresas se están dando cuenta de la superioridad potencial de la refrigeración por inmersión, y una de ellas ha llegado tan lejos como construir todo un centro de datos bajo el agua.

Aunque puede que no sea viable para su centro de datos, considere seriamente el potencial de la refrigeración por inmersión para su hardware.

Potencia

Distribución

Se calcula que un tercio de la energía de los servidores se desperdicia antes de utilizarse para el cálculo.

Gran parte de ella se pierde en la fuente de alimentación, donde la CA se convierte en CC, y en el regulador de tensión, donde la salida de la fuente se convierte en los voltajes que utilizan los microchips. Por eso es fundamental invertir en fuentes de alimentación y reguladores de tensión eficientes.

Un pequeño cambio consiste en colocar las baterías de reserva en los propios bastidores de los servidores y suprimir una etapa de conversión de CA a CC.

Otra buena práctica consiste en colocar las tensiones más altas más cerca de la fuente de alimentación que las más bajas, para reducir las pérdidas en la línea.

Baterías: ¿Baterías de iones de litio, VRLA o Níquel-Zinc?

Aunque probablemente no sea lo primero en lo que piense cuando surja el tema de la energía en los centros de datos, las baterías son una parte integral de la energía dentro de los centros de datos. En esta sección, repasaremos tres de las principales opciones de baterías.

Las baterías de plomo-ácido reguladas por válvula (VRLA) han sido el estándar durante años, pero presentan inconvenientes frente a otras opciones:

VRLA es menos eficiente energéticamente que otras opciones

• Los VRLA son muy peligrosos: el electrolito (ácido sulfúrico) que contienen es corrosivo, mientras que el componente de plomo puede provocar daños en el sistema nervioso, entre otras cosas.
• Menor duración de la batería
• Recarga más lenta
• Menos ciclos de descarga
• No inflamable

En cambio, las baterías de iones de litio:

• Tienen un mayor coste inicial
• Mejorar la eficacia
• Duran más, a menudo lo que dura el SAI
• Menos descarga, carga más rápida y más ciclos de descarga
• Son inflamables (no pueden superar los 104 grados Fahrenheit)

Pilas de níquel-zinc (de ZincFive):

• Carga más rápido que
• Tienen más ciclos de descarga que ambos
• Duración de la batería comparable a la de Li-ion
• Mayor densidad de potencia
• Baja potencia calorífica
• No inflamable ni tóxico
• Coste comparable al de los sistemas de plomo de gama alta, precio inferior al de las baterías de iones de litio de alto rendimiento

Aunque la tecnología de níquel-zinc en sí no es nada nuevo, nunca antes se había aplicado a los centros de datos de la misma manera. Puede resultar una opción más segura y respetuosa con el medio ambiente para los centros de datos.

Virtualización

Con la virtualización de servidores, un centro de datos no necesita tantos servidores para gestionar su carga de trabajo.

Con menos servidores, el consumo total de energía puede reducirse considerablemente. Aunque va más allá del alcance de este artículo, Gartner publicó recientemente un actualización del panorama de la virtualización.

Si estás ejecutando una versión obsoleta y estás pensando en actualizar a Windows Server 2019 entonces Lee nuestro blog sobre las principales características de Windows Server 2019 para más información.

AI

La IA puede tener un valor incalculable en el centro de datos, con Google cita un aumento de 40% en la eficiencia de refrigeración después de soltar a DeepMind en su centro de datos.

Aunque no es probable que Google comparta Deepmind como un regalo de código abierto a corto plazo, otras empresas como Verdigris ofrecen soluciones potenciales para aprovechar el aprendizaje profundo para la eficiencia energética de los centros de datos:

Es inevitable que en el futuro surjan otras soluciones que ofrezcan capacidades similares, aunque por ahora la piscina está bastante seca.

Es importante tener en cuenta que el aprendizaje profundo y los sistemas basados en IA para mejorar la eficiencia energética no son lo mismo que las herramientas de gestión de infraestructuras de centros de datos (DCIM).

DCIM

DCIM es fundamentalmente diferente de la IA, en el sentido de que sigue poniendo toda la agencia en manos de los humanos.

Las herramientas DCIM pueden utilizarse para optimizar las operaciones de los centros de datos, pero con la enorme cantidad de datos que manejan, no pueden procesar y actuar sobre la base de la información como lo haría una IA.

Dicho esto, los sistemas DCIM específicos de energía como Ecostruxure IT de Schneider Electric pueden resultar increíblemente útiles y más accesibles que los frutos del trabajo de la IA.

Con una mayor visibilidad de lo que ocurre en su centro de datos, podrá tomar decisiones más informadas; al menos hasta que los programas de aprendizaje profundo puedan encargarse de todo por nosotros.

Muchas organizaciones tienen servidores encendidos pero que no hacen nada útil; las herramientas DCIM permiten a los gestores y administradores encontrar estos servidores y limpiar las cargas de trabajo mal optimizadas, así como gestionar fácilmente los controles del edificio y el entorno para mejorar la eficiencia energética. 

Sin embargo, no hay que confiar únicamente en las herramientas: las mejores prácticas para la eficiencia energética de los centros de datos implican inspecciones manuales para obtener información que las herramientas de red podrían haber pasado por alto.

Conclusiones: Mejora de la eficiencia y ahorro de costes energéticos

Utilizando la técnica, la estrategia y la tecnología de esta guía de mejores prácticas para la eficiencia energética de los centros de datos, podrá acercarse cada vez más a ese índice PUE perfecto de 1,0 que tienen empresas como Google y Facebook y, con ello, disfrutar del ahorro en costes operativos y del menor impacto medioambiental que conlleva un centro de datos más eficiente.

Aunque hay mucho aquí, no es necesario abordarlo todo a la vez.

¿Sabe que su sistema de refrigeración no cumple las normas del sector? Tal vez pueda recurrir a proveedores de soluciones para mejorar ese aspecto.

¿Le falta visibilidad real que le ayude a gestionar su centro de datos con eficacia? Comience por evaluar el mercado de herramientas DCIM para ayudarle a tomar decisiones informadas.

¿Necesita liberar espacio y tiene servidores obsoletos? Examine con el equipo las opciones de virtualización de servidores. Sea cual sea el área, avanzar con un esfuerzo constante en las áreas más rezagadas casi siempre se verá recompensado con mejoras en los gastos operativos o en el impacto medioambiental.

Avanzar: Todo debe tenerse en cuenta para que los nuevos centros de datos estén preparados para el futuro

Los centros de datos consumen cada vez más energía, por lo que debemos ser conscientes de nuestro impacto en las infraestructuras, los sistemas energéticos y el mundo.

La reconversión de los centros de datos existentes sólo puede tener sentido en capacidades limitadas, ya que muchas soluciones no son rentables ni merecen la pena para las instalaciones existentes.

Cuando estas prácticas son realmente importantes es después de liquidación de los centros de datos existentes y construyendo las nuevas.

Si está pensando en qué tipo de servidores adquirir para un nuevo centro de datos, asegúrese de consultar nuestras publicaciones sobre servidores de caja blanca y Comparación entre servidores HPE y Dell para encontrar lo que mejor se adapte a sus necesidades.

Unos centros de datos más eficientes energéticamente van a contribuir a hacerlos más rentables tanto para los operadores de centros de datos como para los usuarios finales, así como a que cada centro de datos individual tenga un impacto menor. A medida que siga aumentando la demanda de capacidad de los centros de datos, será cada vez más importante contar con sistemas más eficientes para equilibrar sus necesidades energéticas y mantener los costes bajos para todos.

Si nos esforzamos seriamente por mejorar nuestra eficiencia energética, podremos reducir al mínimo nuestro impacto ambiental y disfrutar durante muchos años de esta gran canica azul en el cielo a la que llamamos hogar.

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