Les 7 meilleures pratiques en matière de distribution électrique dans les centres de données

La densité de vos baies a triplé en trois ans. Votre architecture de distribution électrique n'a pas suivi cette évolution.

Les groupes électrogènes et les onduleurs retiennent l'attention car leur défaillance est visible et a des conséquences spectaculaires. Or, le véritable risque réside généralement dans le circuit de distribution qui les relie : l'architecture de tension, la conception de la redondance, les spécifications des équipements.

La distribution électrique est essentielle à l'ensemble de la chaîne, depuis le raccordement au réseau jusqu'au rack, en passant par les transformateurs, les appareillages de commutation, les systèmes d'alimentation sans coupure (UPS), les PDU et les voies de distribution qui relient tous ces éléments. Le bon fonctionnement de cette chaîne détermine si une installation est capable de s'adapter à l'augmentation de la densité des racks (en particulier les hausses de densité liées aux déploiements d'IA et de calcul haute performance) ou si elle devient le goulot d'étranglement qui freine tout le reste.

En bref : ce qu'il faut savoir sur la distribution électrique dans les centres de données

• Prévoyez une capacité électrique offrant une véritable marge de manœuvre, et ne vous contentez pas d'une capacité suffisante pour la charge actuelle. Les installations qui ne prévoient pas de capacité de réserve ni d'évolutivité modulaire se heurtent à un mur dès la première fois où la charge informatique augmente plus rapidement que prévu.
• Adaptez votre conception de redondance aux besoins réels de l'entreprise. Les architectures permettant une maintenance simultanée (niveau III et supérieur, selon le référentiel de l'Uptime Institute) impliquent un investissement initial plus élevé, mais vous permettent d'effectuer la maintenance des équipements sans avoir à procéder à un arrêt complet du système.
• Les choix relatifs à l'architecture de tension ont un impact cumulatif tout au long du cycle de vie d'une installation. Distribuer l'électricité à 400 V plutôt que de la réduire à 208 V ou 120 V permet de réduire les pertes de transport d'environ 2 à 5 %, et ce calcul prend d'autant plus d'importance que la densité des baies augmente.
• La topologie de l'onduleur et la technologie de stockage d'énergie doivent être choisies en fonction de la charge que vous souhaitez protéger. Ne vous contentez pas de reprendre les spécifications utilisées la dernière fois.
• C'est la surveillance en temps réel de tous les principaux composants du réseau de distribution, et pas seulement du groupe électrogène et de l'onduleur, qui permet de passer d'une maintenance réactive à une maintenance prédictive.
  

1. Préparez-vous à faire face à une charge que vous n'avez pas encore

Toute conception d'un réseau de distribution électrique commence par une estimation de la charge électrique. Ce serait une erreur de s'arrêter là. 

Un réseau de distribution dimensionné exactement en fonction de la charge informatique actuelle ne laisse aucune marge pour une future extension ; or, l'ajout de capacité à un réseau existant (nouveaux transformateurs, nouveaux circuits de barres, nouveaux appareillages de commutation) s'avère bien plus perturbant et coûteux que de prévoir une marge de manœuvre dès le départ.

Une bonne pratique consiste à dimensionner les équipements majeurs, tels que les transformateurs et les générateurs, en fonction de l’état final prévu de l’installation, ou du moins d’une estimation de ce que celui-ci pourrait être, en prévoyant une marge de capacité de 10 à 20 % en plus. Cela implique également de réserver de l’espace physique et de surdimensionner les chemins de câbles, les chemins de câbles en bac, les busways et les gaines, afin que les futurs ajouts de capacité ne nécessitent pas de démonter ce qui est déjà installé.

Un déploiement par étapes s'avère également utile dans ce contexte. Plutôt que de construire d'un seul coup l'ensemble de l'infrastructure électrique d'un site, procédez à un déploiement par étapes afin de permettre à chaque phase d'être mise en service et de générer des revenus pendant que la phase suivante est encore en cours de planification. De cette manière, vous n'êtes pas contraint de choisir entre une surcapacité que personne n'utilise encore et une sous-capacité dont vous aurez besoin dans dix-huit mois.

Posez-vous la question suivante : quelles hypothèses votre conception actuelle du réseau de distribution formule-t-elle concernant la charge que vous devrez gérer dans trois ans ?

2. Adapter la taille de l'infrastructure aux besoins réels de l'entreprise, et non à ce qui revient le moins cher à mettre en place

Les niveaux de redondance existent car les différentes installations présentent des tolérances réellement différentes en matière de temps d'arrêt, et mettre en place une redondance supérieure à vos besoins constitue un gaspillage de capitaux. À l'inverse, ne pas en mettre suffisamment en place fait courir un risque à l'entreprise. L'Uptime Institute utilise ceci cadre : 

La différence concrète entre ces niveaux ne se limite pas au pourcentage de disponibilité. Les architectures de niveau I et II nécessitent un arrêt complet des opérations informatiques pour toute maintenance planifiée, ce qui signifie que chaque remplacement de composant entraîne une interruption programmée du service. Les architectures de niveau III et supérieures permettent d'entretenir ou de remplacer n'importe quel composant sans affecter la charge, car elles intègrent plusieurs chemins d'alimentation actifs et indépendants.

Évaluez cette question avec un esprit pragmatique. Ne vous contentez pas de reprendre automatiquement le niveau de sécurité utilisé par votre précédente installation. Une conception de niveau II peut tout à fait convenir à une armoire de données dans un bureau secondaire, mais s’avérer totalement inadaptée à une installation traitant des transactions financières stratégiques. Choisissez le niveau de sécurité en fonction du coût réel d’une interruption de service, et non par simple habitude.

3. Choisissez la bonne architecture de tension avant de vous engager sur l'achat de matériel

Les choix relatifs à l'architecture électrique sont pris une seule fois, dès le début du projet. L'installation doit ensuite s'y conformer pendant une décennie, voire plus. C'est pourquoi ces choix méritent une attention plus approfondie qu'on ne leur en accorde généralement.

Les calculs d'efficacité sont concrets. Alimenter le rack en courant à 400 V au lieu de passer par une étape de réduction à 208 V permet d'éliminer une étape de conversion, ce qui, à lui seul, réduit les coûts énergétiques d'environ 2 à 3 % par rapport à une distribution en 208 V, et de 4 à 5 % par rapport à une distribution en 120 V. 

Une tension plus élevée implique également un courant plus faible pour une charge donnée, ce qui réduit la quantité de cuivre nécessaire au câblage et diminue les pertes par résistance sur le trajet. En contrepartie, chaque étage de transformation de tension ajouté — par exemple, pour passer de 480 V à 208 V puis à 120 V — engendre ses propres pertes et constitue un point de défaillance supplémentaire. Réduire au minimum le nombre d'étages de transformation et uniformiser la tension dans l'ensemble de l'installation simplifie à la fois la gestion des pièces de rechange et la maintenance à long terme.

Si votre site prévoit d'installer des rayonnages à plus haute densité, en particulier Déploiements faisant largement appel au GPU, c'est le moment de revoir l'architecture de tension. Ne reprenez pas systématiquement celle qui a été utilisée dans la dernière version.

4. Choisissez la topologie de l'onduleur et le système de stockage d'énergie adaptés à la charge que vous souhaitez réellement protéger

Toutes les charges ne nécessitent pas le même niveau de protection contre les coupures de courant, et considérer le choix d'un onduleur comme une décision unique et uniforme revient à faire l'impasse soit sur l'aspect financier, soit sur la résilience.

Les onduleurs de type « standby » et « line-interactive » sont moins coûteux et conviennent aux charges moins critiques, mais ils présentent un temps de transfert bref (quelques millisecondes) lors du basculement sur batterie. Les onduleurs à double conversion éliminent totalement cette interruption de transfert en alimentant la charge en continu à partir de l'onduleur. C'est pourquoi ils constituent la norme pour les environnements de serveurs critiques, malgré un rendement moindre et un coût plus élevé.

La chimie des systèmes de stockage d’énergie est tout aussi importante que leur topologie. Les batteries au plomb-acide à régulation par soupape restent le choix le plus courant, mais les batteries lithium-ion gagnent du terrain grâce à leur encombrement réduit et à leur système intégré de surveillance des cellules. L’utilisation du lithium-ion s’accompagne toutefois d’un risque d’incendie plus élevé dû à l’emballement thermique, ce qui rend nécessaire, par mesure de précaution, un stockage séparé et ventilé. Le stockage par volant d’inertie constitue une troisième option qu’il convient de connaître : il est respectueux de l’environnement et très efficace, mais ne permet de fournir de l’énergie que pendant une durée comprise entre 15 secondes et 15 minutes. Cela le limite à une utilisation en association avec des générateurs à démarrage rapide, plutôt qu’à un remplacement pur et simple du stockage par batterie.

Adaptez la topologie et la composition chimique à l'importance critique des équipements connectés, plutôt que d'appliquer une spécification unique d'onduleur à tous les racks du bâtiment.

5. Surveillez tous les composants principaux, et pas seulement ceux qui retiennent l'attention

C'est grâce à la surveillance active des transformateurs, des appareillages de commutation et des disjoncteurs qu'un programme de maintenance passe d'un mode réactif à un mode prédictif. Les disjoncteurs basse tension intelligents et les capteurs installés sur les appareillages de commutation permettent de collecter en continu des données relatives à la tension, au courant et au facteur de puissance ; ces données vous aident à détecter un défaut naissant avant qu'il ne provoque une coupure de courant.

Le déséquilibre de phase est un type de défaillance spécifique et courant dont vous devez tenir compte. Une répartition inégale de la charge entre les trois phases d'un circuit peut surcharger le fil neutre et générer des harmoniques bien avant que le disjoncteur ne se déclenche. 

Une plateforme de gestion de l’infrastructure des centres de données (DCIM) rassemble toutes ces données de surveillance pour en faire un outil exploitable : une interface unique permettant de gérer l’inventaire, l’état, l’historique de maintenance et le reporting pour l’ensemble des composants de distribution de l’installation. L’efficacité énergétique (PUE), qui correspond au rapport entre la puissance totale de l’installation et la puissance effectivement fournie aux équipements informatiques, est l’indicateur le plus couramment suivi par les systèmes DCIM. Le PUE indique en un instant l’efficacité de fonctionnement du site, l’objectif étant de se rapprocher le plus possible de 1. Les opérateurs de centres de données peuvent également suivre l’évolution du PUE dans le temps afin de détecter d’éventuels problèmes d’efficacité énergétique. 

6. Consignez par écrit les mesures d'entretien préventif

Un programme de maintenance structuré, assorti d'un calendrier écrit pour les groupes électrogènes, les onduleurs, les transformateurs et les batteries, est toujours plus efficace qu'une approche informelle reposant sur le savoir-faire institutionnel.

Les contrôles thermographiques permettent de détecter des signatures thermiques anormales au niveau des câbles, des barres omnibus et des raccordements avant qu'elles ne se traduisent par des défaillances visibles. Idéalement, ces contrôles devraient être effectués tous les six mois.

Les bancs de charge permettent de tester les groupes électrogènes et les onduleurs dans des conditions réalistes, plutôt que de partir du principe qu'ils fonctionneront correctement en cas de véritable coupure de courant.

Ces mesures entraîneront des coûts supplémentaires, mais elles restent peu onéreuses par rapport au coût d'une panne et à la prise de conscience, sur le moment, que le système de secours ne fonctionne pas.

La documentation est tout aussi importante que les tests eux-mêmes. Un journal de maintenance réellement à jour et réellement accessible à toute personne en service de garde fait la différence entre un problème connu qui est résolu dans les délais prévus et un problème connu qui se transforme en interruption de service imprévue six mois plus tard.

7. Prévoir le retrait progressif des équipements obsolètes de manière réfléchie 

Un transformateur, un parc d'onduleurs ou un circuit de busway installé dans le cadre d'une ancienne architecture de tension ou d'une conception de redondance obsolète ne disparaît pas comme par enchantement lors de la mise en place du nouvel équipement. Il faut le retirer, et la manière dont cela s'effectue fait toujours partie intégrante de la décision relative à la distribution électrique ; il ne s'agit pas d'un problème distinct que quelqu'un d'autre devra régler ultérieurement.

Les batteries UPS hors service, en particulier méritent qu'on s'y attarde ici. Les batteries VRLA et lithium-ion sont classées comme « matériaux ciblés » (Focus Materials) selon la norme R2v3, ce qui signifie que leur manipulation et leur traitement en aval sont soumis aux mêmes exigences de conformité que les autres équipements électroniques réglementés, et non comme des déchets génériques. Les équipements encore en état de marche (PDU, unités ATS, appareillages de commutation) conservent souvent une valeur de revente supérieure à ce que pensent les exploitants.

Intégrez le plan de démontage et d'élimination dès la phase de conception de la nouvelle installation ; vous éviterez ainsi de perdre une partie importante de la valeur de revente.

Planifier la distribution d'électricité en tenant compte de l'ensemble du cycle de vie

Une distribution d'énergie fiable ne se résume pas à une seule bonne décision. Elle constitue une succession de problèmes qu'il faut savoir gérer avec prudence.

• Planification des capacités
• Conception redondante
• Architecture de tension
• Choix du matériel 
• Surveillance, maintenance
• Mise hors service du matériel 
  

Si un seul lien ne fonctionne pas, c'est le reste de la conception qui doit compenser ce problème.

Si vous souhaitez en savoir plus sur la manière de gérer la mise hors service responsable et la valorisation de vos équipements mis hors service, exIT Technologies se charge de cet aspect du démantèlement des centres de données, de la destruction certifiée des données au recyclage conforme à la norme R2v3, en passant par les rapports sur la valorisation des actifs.