Qu'est-ce qu'un bloc d'alimentation et comment fonctionne-t-il ?

Les équipes chargées de la surveillance des centres de données s'efforcent en permanence de prévenir les pannes.

Elles recherchent les pannes matérielles, les problèmes thermiques et tout autre signe indiquant qu'une panne est imminente. La prévention des pannes revêt une telle importance pour les centres de données que la surveillance de l'efficacité passe au second plan dans la priorité de ces équipes. Cela ne devrait pas être le cas.

Une gestion efficace de la distribution électrique dans un centre de données permet de réaliser d'importantes économies. Les unités de distribution d'énergie (PDU) constituent la clé qui permet à chaque rack d'un centre de données de fonctionner avec la puissance adéquate, tout en protégeant le matériel contre les surcharges de circuit et une densité de puissance excessive.

Les PDU ne sont pas une technologie que l'on installe une fois pour toutes. Les exploitants de centres de données doivent comprendre les capacités de cette technologie et savoir comment la mettre en œuvre avant de multiplier les PDU sur l'ensemble de leurs sources d'alimentation.

En bref : ce qu'il faut savoir sur les unités de distribution d'énergie

• Une PDU distribue l'énergie électrique provenant d'une source d'alimentation vers plusieurs appareils installés dans un rack. Elle ne doit pas être confondue avec un bloc d'alimentation (PSU), qui convertit cette énergie sous une forme que l'appareil peut effectivement utiliser.
• Les PDU vont des simples multiprises aux systèmes de surveillance entièrement connectés au réseau, au niveau de chaque prise. 
• Une distribution électrique inefficace peut entraîner un gaspillage de 10 à 121 TP3T de l'énergie totale consommée par un centre de données, et les transformateurs à haut rendement permettent de combler 2 à 3 points de cet écart.
• L'indice d'efficacité énergétique (PUE) est la référence standard en matière d'efficacité, et ce sont les données de surveillance au niveau des PDU qui permettent de le calculer.
  

Qu'est-ce qu'une PDU et à quoi sert-elle dans un rack ?

Un bloc de distribution d'alimentation reçoit une alimentation électrique et la répartit entre tous les équipements du rack : serveurs, commutateurs, baies de stockage, et tout autre équipement branché. On peut le considérer comme l'équivalent électrique d'un commutateur réseau, mais au lieu d'acheminer des paquets, il achemine des ampères.

La plupart des centres de données utilisent une PDU par rack pour les charges de travail standard, et deux pour les racks critiques. Chaque PDU est alimentée par une source d'alimentation distincte, de sorte que la défaillance d'une seule PDU ou d'un seul circuit n'entraîne pas la mise hors service du rack. Les racks hébergeant des serveurs lames ou Calcul à forte densité de GPU nécessitent souvent plusieurs PDU, quel que soit leur niveau de criticité, simplement parce que la consommation électrique par unité de rack est trop élevée pour qu'une seule unité puisse la gérer en toute sécurité.

Les pics de demande liés à l'IA ont rendu l'approche axée sur les GPU plus importante que jamais. Une baie d'accélérateurs GPU consomme aujourd'hui une quantité d'électricité qui aurait été inhabituelle pour une rangée entière il y a dix ans. Si votre parc de PDU a été dimensionné pour la densité de serveurs de 2018, il est probablement sous-dimensionné par rapport à ce qui y est réellement branché aujourd'hui.

Fonctionnement des PDU : de la multiprise à l'intelligence en réseau

Toutes les PDU ne remplissent pas exactement la même fonction. Ce sont les capacités de vos PDU installées qui déterminent si vous avancez à l'aveuglette ou si vous surveillez chaque watt.

PDU de base. Des multiprises sans filtrage ni surveillance, conçues pour un montage en rack. Elles ne gèrent pas les données et ne prennent pas en charge l'accès à distance. Elles conviennent parfaitement à un petit local technique, mais constituent un risque pour tout système que vous souhaitez faire fonctionner efficacement.

PDU avec compteur. Ce modèle est équipé d'un écran numérique affichant la charge en temps réel. Vous pouvez voir la charge que vous tirez, mais personne d'autre ne peut la voir à distance et aucune donnée n'est enregistrée.

PDU surveillées (intelligentes). Avec la nouvelle génération de PDU, les appareils transmettent via le réseau des données relatives à la consommation électrique : courant, tension et, souvent, consommation par prise. Il n'est toutefois pas possible de commander les prises à distance.

PDU à commutation. Ces appareils offrent toutes les fonctionnalités d'un PDU surveillé, avec en plus la possibilité de contrôler à distance la mise sous tension et hors tension de chaque prise. C'est le niveau qui vous permet de redémarrer un serveur bloqué depuis votre bureau, sans avoir à vous rendre jusqu'à la baie.

PDU avec ATS (commutateur de transfert automatique). Cet appareil dispose de deux entrées d'alimentation et bascule automatiquement sur la source de secours en cas de coupure de l'alimentation principale. Il s'agit d'une configuration standard pour les équipements à cordon unique dans les environnements redondants.

Les PDU au sol, situées en amont de tout ce système, sont souvent équipées de transformateurs d'isolation qui réduisent la tension et le courant élevés fournis par le réseau électrique pour les adapter aux prises de 120 V/208 V utilisées par vos équipements.

Comment mesurer le rendement d'une PDU

On ne peut pas gérer ce qu'on ne mesure pas, et en ce qui concerne les PDU, ce n'est pas un cliché, mais bien une lacune réelle dans la plupart des établissements.

Commençons par le PUE. L'efficacité énergétique (Power Usage Effectiveness, PUE) correspond au rapport entre la puissance totale de l'installation et la puissance effectivement fournie aux équipements informatiques. Les données au niveau des PDU constituent généralement les données d'entrée qui permettent d'effectuer ce calcul au niveau des baies. Une enquête menée en 2014 par l’Uptime Institute a établi le PUE moyen du secteur à 1,7. Plus ce chiffre est proche de 1,0, moins il y a de pertes d’énergie dues aux coûts indirects tels que la distribution et le refroidissement.

Vérifier l'équilibrage de charge. Des charges déséquilibrées entre les phases d'une PDU triphasée entraînent un courant plus élevé entre les branches du transformateur, ce qui se traduit par un dégagement de chaleur et une baisse du rendement du transformateur. Si une branche surchauffe tandis que les deux autres sont inactives, vous payez pour un manque d'efficacité qui est pourtant facile à corriger.

Vérifiez la qualité du transformateur. Les PDU équipées de transformateurs à haut rendement fonctionnent entre 2% et 3% de plus efficacement dans l'ensemble, par rapport aux installations équipées de transformateurs standard. Sur toute la durée de vie d'une installation, cela se traduit par une différence récurrente au niveau de la facture d'électricité.

Identifier et supprimer les capacités inutilisées. Les capacités redondantes que vous n'utilisez pas continuent de générer des coûts, à moins que vous ne les mettiez hors tension. Target a mis hors tension deux PDU de 300 kVA inutilisées dans l'un de ses centres de données certifiés et a ainsi économisé 261 000 kWh par an, selon l'étude de cas publiée par ENERGY STAR sur ce projet. 

Respectez la règle 80%. En Amérique du Nord, lors du dimensionnement de la charge d'une PDU, la somme des puissances en watts des équipements connectés ne doit pas dépasser 80% de la capacité nominale de la PDU en fonctionnement continu. Si l'on s'approche de 100%, la marge de sécurité disparaît dès qu'un serveur lame supplémentaire est installé dans le rack.

Les modèles de PDU que les équipes des centres de données doivent connaître

Si vous souhaitez acheter du matériel, la liste des fabricants est courte et comprend principalement des marques que votre électricien connaît déjà : 

• APC by Schneider Electric, Eaton
• Vertiv (gammes Geist et Liebert)
• Raritan, Server Technology
• CyberPower
• Delta Electronics
• Aten 
  

Chacun de ces fournisseurs couvre la gamme allant des solutions de base aux solutions commutées décrites ci-dessus, avec des tarifs qui augmentent rapidement dès lors que l'on ajoute la surveillance au niveau des prises et l'intégration DCIM.

Le choix d'une marque est important, mais celui du niveau de PDU adapté l'est bien davantage. Un client de colocation exploitant des baies à locataires multiples a besoin, au minimum, d'unités mesurées ou surveillées, ne serait-ce que pour garantir la précision de la facturation. Un environnement de calcul hyperscale ou d’IA exploitant des baies à forte densité de GPU nécessite des PDU commutées à haute densité, dotées d’une alimentation triphasée et d’un contrôle à distance au niveau des prises. Le coût d’une panne imprévue sur ce matériel dépasse largement la différence de prix entre les différents niveaux de PDU.

Mise hors service des PDU en même temps que le reste du matériel de votre centre de données

Voici un aspect que la plupart des discussions sur les PDU omettent complètement : ces unités ont un deuxième cycle de vie que personne ne prévoit. Lorsqu’un rack est mis hors service, que ce soit à la suite d’un départ d’un espace de colocation, d’un renouvellement du matériel ou de la fermeture complète d’un centre de données, la PDU est retirée en même temps que tout le reste.

Il conserve une valeur de revente, il peut encore être sous garantie et, selon les informations consignées dans son historique de surveillance, il peut contenir des données qui doivent être traitées de la même manière qu'un disque dur.

La plupart des équipes planifient minutieusement le sort des serveurs lors d'une mise hors service, mais ne se soucient que très peu de l'infrastructure électrique. Cette approche ne permet pas de tirer pleinement parti du potentiel de valeur. 

Si votre prochain projet de centre de données implique de démonter du matériel, et pas seulement de le brancher, Services de démantèlement de centres de données proposés par exIT Technologies traiter l'ensemble du rack, PDU comprises, en respectant les mêmes procédures de traçabilité que celles que vous attendriez pour un serveur contenant des données clients.