Wat is een stroomverdeelunit en hoe werkt deze?

De monitoringteams van datacenters zijn voortdurend bezig om storingen te voorkomen.

Ze zoeken naar hardwarefouten, oververhittingsincidenten en andere tekenen die erop wijzen dat er een storing op komst is. Het voorkomen van storingen is zo cruciaal voor datacenters dat het monitoren van de efficiëntie bij deze teams op de achtergrond raakt. Dat zou niet zo moeten zijn.

Een efficiënte stroomverdeling in een datacenter leidt tot aanzienlijke kostenbesparingen. Stroomverdeelunits (PDU’s) zijn het geheime ingrediënt dat ervoor zorgt dat elk rack in een datacenter de juiste hoeveelheid stroom krijgt, terwijl de hardware wordt beschermd tegen overbelasting van de stroomcircuits en een te hoge stroomdichtheid.

PDU’s zijn geen technologie die je eenmaal installeert en vervolgens kunt vergeten. Beheerders van datacenters moeten goed begrijpen wat deze technologie kan en hoe ze deze moeten implementeren, voordat ze overal in hun stroomvoorziening PDU’s gaan plaatsen.

Korte feiten: wat je moet weten over stroomverdeelkasten

• Een PDU verdeelt elektrische stroom van één ingangsbron over meerdere apparaten in een rack. Dit is niet hetzelfde als een voedingseenheid (PSU), die die stroom omzet in een vorm die het apparaat daadwerkelijk kan gebruiken.
• PDU’s variëren van eenvoudige stekkerdozen tot volledig in een netwerk geïntegreerde bewakingssystemen op stopcontactniveau. 
• Door een inefficiënte stroomverdeling kan 10-12% van het totale energieverbruik van een datacenter verloren gaan, en transformatoren met een hoog rendement kunnen dat verlies met 2-3 punten verminderen.
• De Power Usage Effectiveness (PUE) is de standaardmaatstaf voor efficiëntie, en dankzij de monitoringgegevens op PDU-niveau is het überhaupt mogelijk om deze waarde te berekenen.
  

Wat is een PDU en wat is de functie ervan in een rack?

Een stroomverdeelunit neemt één stroomtoevoer en verdeelt deze over alle apparaten in het rack: servers, switches, opslagarrays, alles wat erop is aangesloten. Zie het als het elektrische equivalent van een netwerkswitch, maar in plaats van pakketten door te sturen, stuurt het stroom door.

In de meeste datacenters wordt voor standaardwerkbelastingen één PDU per rack gebruikt, en twee voor bedrijfskritische racks. Elke PDU wordt gevoed door een afzonderlijke stroombron, zodat het uitvallen van één PDU of één stroomkring het rack niet buiten werking stelt. Racks met blade-servers of GPU-intensieve berekeningen hebben vaak meer dan één PDU nodig, ongeacht de kriticiteit, simpelweg omdat het stroomverbruik per rackunit te hoog is om veilig door één enkele PDU te worden verwerkt.

Door de sterke stijging van de vraag naar AI is de op GPU’s gerichte aanpak belangrijker dan ooit geworden. Een rack met GPU-versnellers verbruikt zoveel stroom dat dit tien jaar geleden nog ongebruikelijk zou zijn geweest voor een hele rij. Als uw PDU-park is afgestemd op de serverdichtheid uit 2018, is het waarschijnlijk te klein voor de apparatuur die er tegenwoordig daadwerkelijk op is aangesloten.

Hoe PDU’s werken: van stekkerdoos tot netwerkgebaseerde intelligentie

Niet alle PDU’s vervullen precies dezelfde functie. De mogelijkheden van de PDU’s die u gebruikt, bepalen of u op goed geluk te werk gaat of elke watt nauwlettend in de gaten houdt.

Basis-PDU’s. Ongefilterde, onbewaakte stekkerdozen die zijn ontworpen voor montage in een rack. Ze beheren geen gegevens en bieden geen ondersteuning voor toegang op afstand. Deze zijn prima voor een kleine kast, maar vormen een risico in elke omgeving waar je efficiënt wilt werken.

PDU’s met verbruiksmeting. Dit model is voorzien van een digitaal display waarop de belasting in realtime wordt weergegeven. Je kunt zelf zien wat je trekt, maar niemand op afstand kan dit met je meekijken en er wordt geen logboek bijgehouden.

Gecontroleerde (intelligente) PDU’s. Bij het volgende niveau van PDU’s sturen de apparaten stroomgegevens via het netwerk door, zoals stroomsterkte, spanning en vaak ook het verbruik per stopcontact. Je kunt de stopcontacten echter niet op afstand in- of uitschakelen.

PDU’s met schakelfunctie. Deze apparaten bieden alle functies van een PDU met monitoring, plus de mogelijkheid om elk stopcontact op afstand in of uit te schakelen. Dit is het niveau waarmee je een vastgelopen server vanaf je bureau kunt herstarten, in plaats van naar de serverruimte te moeten lopen.

PDU’s met ATS (automatische omschakelaar). Dit apparaat beschikt over twee stroomaansluitingen en schakelt automatisch over naar de reservevoeding als de primaire stroombron uitvalt. Dit is de standaardopstelling voor apparatuur met één snoer in omgevingen met dubbele stroomvoorziening.

De op de vloer geplaatste PDU’s die aan het begin van deze keten staan, zijn vaak voorzien van scheidingstransformatoren die de hoogspannings- en hoogstroomvoeding van het elektriciteitsnet omzetten naar de 120V/208V-stopcontacten die uw apparatuur daadwerkelijk gebruikt.

Hoe meet je de efficiëntie van een PDU?

Wat je niet meet, kun je niet beheren, en wat PDU’s betreft is dat geen cliché, maar een daadwerkelijke tekortkoming in de meeste instellingen.

Begin met PUE. Power Usage Effectiveness (PUE) is de verhouding tussen het totale stroomverbruik van een faciliteit en de stroom die daadwerkelijk aan IT-apparatuur wordt geleverd. Gegevens op PDU-niveau vormen doorgaans de basis waarmee deze berekening op rackniveau kan worden uitgevoerd. Uit een onderzoek van het Uptime Institute uit 2014 bleek dat de gemiddelde PUE in de sector 1,7 bedroeg. Hoe dichter de waarde bij 1,0 ligt, hoe minder energie er verloren gaat aan bijkomende kosten zoals stroomdistributie en koeling.

Controleer de belastingverdeling. Een onevenwichtige belasting over de fasen van een driefasige PDU zorgt voor een hogere stroomdoorvoer tussen de transformatorpolen, wat zich uit in warmteverlies en een lager rendement van de transformator. Als één pool oververhit raakt en de andere twee niet worden belast, betaal je voor inefficiëntie die eenvoudig te verhelpen is.

Let op de kwaliteit van de transformator. PDU’s met hoogrendementstransformatoren verbruiken 2%-3% meer efficiënt in het algemeen dan apparaten met standaardtransformatoren. Gedurende de levensduur van een installatie leidt dat tot een terugkerend verschil in de energierekening.

Zoek en schrap onbenutte capaciteit. Overtollige capaciteit die je niet gebruikt, verbruikt nog steeds stroom, tenzij je deze uitschakelt. Target heeft twee onbelaste PDU’s van 300 kVA in een van zijn gecertificeerde datacenters uitgeschakeld en bespaarde daarmee jaarlijks 261.000 kWh, zo blijkt uit de casestudy die ENERGY STAR over het project heeft gepubliceerd. 

Let op de 80%-regel. Bij het bepalen van de belasting van een PDU in Noord-Amerika mag de som van het vermogen van de aangesloten apparatuur bij continu gebruik niet hoger zijn dan 80% van de nominale capaciteit van de PDU. Als je dichter bij 100% komt, verdwijnt je veiligheidsmarge zodra er nog één blade in het rack wordt geplaatst.

De PDU-modellen die datacenterteams moeten kennen

Als je op zoek bent naar producten, is de lijst met fabrikanten kort en bestaat deze grotendeels uit namen die je elektricien al kent: 

• APC van Schneider Electric, Eaton
• Vertiv (Geist- en Liebert-productlijnen)
• Raritan, Server Technology
• CyberPower
• Delta Electronics
• Aten 
  

Al deze leveranciers bieden oplossingen voor het hierboven beschreven spectrum, van basisoplossingen tot geschakelde oplossingen, waarbij de prijzen snel stijgen zodra je monitoring op stopcontactniveau en DCIM-integratie toevoegt.

De keuze van een merk is belangrijk, maar het selecteren van het juiste PDU-niveau is nog veel belangrijker. Een colocation-klant die racks met meerdere huurders exploiteert, heeft op zijn minst gemeten of bewaakte eenheden nodig, al was het maar voor een nauwkeurige facturering. Een hyperscale- of AI-rekenomgeving met racks vol GPU’s heeft geschakelde PDU’s met hoge dichtheid nodig, voorzien van driefasige invoer en afstandsbediening op uitgangsniveau. De kosten van een onvoorziene uitval van die hardware doen het prijsverschil tussen de verschillende PDU-niveaus in het niet verzinken.

PDU’s samen met de rest van uw datacenterhardware buiten gebruik stellen

Dit is het aspect dat in de meeste gesprekken over PDU’s volledig over het hoofd wordt gezien: deze apparaten hebben een tweede levenscyclus waar niemand rekening mee houdt. Wanneer een rack buiten gebruik wordt gesteld – of het nu gaat om het beëindigen van een colocatieovereenkomst, het vernieuwen van de hardware of de volledige sluiting van een datacenter – wordt de PDU samen met al het andere verwijderd.

Het apparaat heeft nog steeds een restwaarde, er geldt mogelijk nog garantie op, en afhankelijk van wat er in de monitoringgeschiedenis is vastgelegd, kan het gegevens bevatten die op dezelfde manier moeten worden behandeld als bij een harde schijf.

De meeste teams maken zorgvuldige plannen voor wat er met de servers gebeurt bij buitengebruikstelling, maar besteden slechts terloops aandacht aan de elektrische infrastructuur. Door die mentaliteit laten ze kansen liggen. 

Als je bij je volgende datacenterproject apparatuur moet verwijderen in plaats van alleen maar aan te sluiten, De diensten van exIT Technologies voor het buiten gebruik stellen van datacenters het volledige rack, inclusief de PDU’s, behandelen met dezelfde documentatie over de bewakingsketen die je zou verwachten voor een server vol klantgegevens.