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Les conteneurs:
état de l’art actuel
SGI - Guy Chesnot - 18 octobre 2011
2
Plan
Un nouveau modèle de référence
Des projets comple(xe/t)s
Aperçu du marché
3
Plan
Un nouveau modèle de référence
– Trois modèles de référence
– Avantages économiques des conteneurs
– Avantages « cachés » des conteneurs
Des projets comple(xe/t)s
Aperçu du marché
4
Trois modèles de référence pour mise à disposition de puissance de traitement informatique
Data Center traditionnel
Extensibilité & Contrôle
Inconvénients perçus
Nouveaux data centers
Temps de mise à disposition
Coût initial d’investissement élevé
Solutions pour le long terme – 20 à 30 ans – faible réactivité
Data centers existants
Pas adaptés en réponse à des changements technologiques
(densité: poids, consommation électrique, refroidissement)
Gâchis de ressources
Pas adaptés aux applications plus sophistiquées et sensibles
à l’environnement
5
Trois modèles de référence pour mise à disposition de puissance de traitement informatique
Cloud Data Center traditionnel
Extensibilité & Contrôle A la demande
Avantages perçus
Fournisseurs
Extensibilité
Réduction des coûts
Clients
Élasticité des ressources quasi infinie (calcul, stockage, communication)
Dépense exactement selon les besoins
Promesses du futur
Fédération de data centers Clouds avec
-Allocation automatique des ressources
-Accès sécurisé
-Performances optimales
-Adaptation à chaque client
6
Trois modèles de référence pour mise à disposition de puissance de traitement informatique
Cloud Data Center traditionnel
Extensibilité & Contrôle A la demande
Conteneurs
Modulaire & Mobile
Avantages perçus
Par rapport aux data centers
Pallier les défauts mentionnés
=> Réactivité
Par rapport aux Clouds publics
Proximité
-Des utilisateurs
-Des clients
-Des sources d’information
7
Trois modèles de référence Usages
Cloud Data Center traditionnel Conteneurs
Hyperviseurs
Cloud privé
Analogie avec
électricité
Besoin immédiat
Infrastructure légère
8
Plan
Un nouveau modèle de référence
– Trois modèles de référence
– Avantages économiques des conteneurs
– Avantages « cachés » des conteneurs
Des projets comple(xe/t)s
Aperçu du marché
9 9
Densité Consommation Opérations Dissipation
Réduction des coûts de fonctionnement
10
Densité
En cœurs, stockage ou U
– SGI ICE Cube (version 12m de long)
• 40 000 cœurs
• 17 Po
Impact sur puissance électrique, refroidissement, opérations
Avantage du conteneur / DC : Traiter les quatre problèmes ensemble
11
Aparté: PUE – une définition Power Usage Effectiveness - PUE (Source: Green Grid)
PUE = Consommation totale du bâtiment informatique / Consommation des équipements informatiques
DCiE = 1 / PUE
Niveaux d’efficacité
– 3,033% très faible
– 2,540% faible
– 2,050% moyenne
– 1,567% bon
– 1,283% très bon
12 American Power Conversion. www.apc.com
Aparté PUE: un autre motif de perte d’efficacité Le cas des centres de données des États-Unis
Les centres de données traditionnels n’utilisent en moyenne que 30% de leurs capacités
Ils comptent pour 1,5% de la consommation électrique totale du pays, soit 4,5 milliards de $
Années après construction
Capacité électrique installée
Consommation électrique escomptée
Consommation électrique réelle
13
Consommation électrique
But: diminuer le PUE
Voies d’amélioration: liste non exhaustive
Chasse au superflu dans les serveurs – Élimination des composants non nécessaires (serveurs sur mesure)
– Utilisation des équipements à faible consommation (ventilateurs notamment)
Efficacité de la chaîne de distribution électrique – Plus facile avec un conteneur qu’un DC!
– Ne pas considérer qu’une partie de la puissance électrique est indisponible
– Optimisation de l’usage du triphasé
– Minimisation du nombre de conversions du courant • AC-DC conversion dans chaque rack ( -48VDC)
• Inverseur DC-AC pour équipements annexes (Lumières, alarmes…)
– Alimentation directe d’un rack en voltage élevé peut économiser >5%
14
Consommation électrique (suite 1)
– Stratégie UPS visant à l’efficacité et à la fiabilité • >20% du coût de fonctionnement des centres de données traditionnels est lié à la
redondance de la puissance électrique • Placement de la fonction UPS dans le rack: 1 , 2 ou 3 tiroirs de batteries 48VDC par
rack • Même fonction qu’un UPS traditionnel • Attachement direct à la distribution de DC: pas de conversion supplémentaire • Dans un UPS, la conversion en DC et retour en AC perd 6 à 12%
Résultats PUE < 1,16 (SGI ICE Cube) PUE < 1,06 (SGI ICE Cube Air)
Autre mesure de densité: kW/m2 (13 chez SGI)
15 15
Exemple de profil de consommation en pourcentage de la consommation des serveurs
Consommation électrique (suite 2)
12 Racks 24 Racks 30 Racks
Serveurs et stockage 100% 100% 100%
Switches réseau 3,62% 3,59% 3,62%
Console 0,06% 0,06% 0,06%
Batteries 0,03% 0,03% 0,03%
Ventilateurs 2,26% 0,22% 0,02%
Eclairage 0,11% 0,13% 0,11%
Alimentations / conversion 0,36% 0,36% 0,04%
Total 106,42% 106,40% 106,41%
Total: entrée redresseur 113,82% 113,80% 113,81%Total: entrée circuit principal 116,74% 116,72% 116,73%
16
Refroidissement: approche centres de données traditionnels (cf. référence Green Grid)
Flux d’air
Flux d’air sans contrainte
Aile chaude / Aile froide
Flux d’airs confinés
Conteneurs
Possible
Possible
Recommandé
17
(4) M-Racks
Integrated
Hot-Aisle
Containment
(2) Cooling Racks
Water Coil Water Coil
80-in W x 126-in L
Confinement intégré de
l’aile chaude
(2) Racks de refroidissement
(4) Doubles-Racks 2m x 3m (Largeur x Longueur)
Exemple de confinement en salle machine: SGI Altix ICE prochaine génération
18
Refroidissement: approche centres de données traditionnels
Placement du refroidissement
Au niveau du rack
Par rangée
Par salle
Conteneurs
Possible
Sans objet
Par définition
19
Refroidissement “cold sink” au niveau de la lame Liquide froid
Liquide chaud
Tubulure
Exemple de refroidissement au niveau de la lame SGI Altix ICE prochaine génération
Twin
Blade
Manifo
lds Tubulures
Lame double
Refroidissement “cold sink” au niveau d’un tiroir
20
Refroidissement: approche centres de données traditionnels
Évacuation de la chaleur
Eau glacée
Détente directe
Via l’extérieur
Conteneurs
Possible
Possible
Possible
21
Refroidissement: autres approches
Serveurs demi-profondeur – Ventilateurs moins puissants
– Conviennent parfaitement aux conteneurs
Cheminées d’évacuation – Peu conforme aux conteneurs
Globalisation – Des ventilateurs au niveau du
rack
– La globalisation a du bon
Diminuer la consommation électrique! – Phénomène de cliquet
22
Refroidissement: approche conteneur classique
Méthodes identiques aux DC traditionnels, mais:
– Calculs des flux plus faciles
– Agencement innovant
– Baies spécifiques
– Régulation automatique eau glacée
Arrivée d’eau glacée
Alimentation électrique (courant alternatif) Réseau informatique
SERVEURS &
STOCKAGE
Refroidissement de l’air par circulation d’eau glacée
Colonne de refroidissement incluant les ventilateurs
23
Refroidissement: approche conteneur classique (suite 1)
Pousser les constructeurs à élargir les intervalles de fonctionnement en
– Température
• => Nécessite moins de puissance de ventilateurs
– Humidité
– Argument commercial
24
Refroidissement: approche conteneur classique (suite 2)
Résultat des optimisations
– Moins de contraintes de fonctionnement pour air ambiant et eau de refroidissement 5°c
10°c
15°c
20°c
25°c
30°c
40°c
Eau
Air fourni
Data Center traditionnel
Conteneur ICE Cube SGI Eau
Air en entrée des serveurs
Air fourni
Air en entrée des serveurs
5°c 10°c
15°c
20°c
25°c
30°c
40°c
… …
25
Refroidissement: approche conteneur classique (suite 3)
Deux approches de placement Entrelacement racks et refroidissement
– Serveurs dépourvus de ventilateurs – Contrôle précis des flux d’air – Air est refroidi juste avant de passer à travers les serveurs – Permet une température plus élevée dans la boucle d’eau et réduit la
puissance nécessaire à la circulation d’air
Rack
Ve
nti
late
ur é
chan
ge
Plafond de l’ICE Cube R
ack
Ve
nti
late
ur
éch
ange
R
ack
Mu
r d
e l’
ICE
Cu
be
Rack
Ve
ntilate
ur
éch
ange
R
ack
Mu
r de
l’ICE C
ub
e
26
Refroidissement: approche conteneur « Air »
Refroidissement
– A l’air ambiant
• Air extérieur
• Dans salle assez vaste et aérée
• Par évaporation: trois étages
– Suffisant sous la plupart des climats et sur toute l’année
27
Refroidissement: approche conteneur « Air » (suite)
– Robinet d’eau de ville
– Régulation sophistiquée
• Quantité d’eau: sans eau si t° extérieure le permet
• Retour d’air chaud éventuellement
• Section adiabatique en option pour augmenter le taux d’humidité le cas échéant (hiver, régions froides)
• Sections de refroidissement à eau glacée ou à détente directe en option
28
Baies
de
51U
Section mécanique Section informatique
Porte – filtre à air
Filtre
Section adiabatique
Prise alimentation
Ventilation
Volet d’air
Climatisation à détente directe DX
Volet d’air by-pass
Porte avec volet d’air reprise
Refroidissement: approche conteneur « Air » SGI ICE Cube Air
29
Opérations
Supervision exhaustive
– Informatique
– Mécanique
– Environnement
Convergence de métiers
– IT & Infrastructure (électrique, mécanique)
– Nouveau modèle de référence ?
30
Coût d’acquisition
Avantages des conteneurs
– Intervalle de temps de mise à disposition
• Fabrication
• Déploiement – tout est intégré, pré câblé, pré testé en usine
– Raccordements: électricité, (eau glacée), réseau
– Moins de trois mois après commande
– Adéquation aux besoins en puissance de traitement
31
Plan
Un nouveau modèle de référence
– Trois modèles de référence
– Avantages économiques des conteneurs
– Avantages « cachés » des conteneurs
Des projets comple(xe/t)s
Aperçu du marché
32
Souplesse de configuration
Rendement surfacique
Utilisation de la surface au sol
– IT
– IT + mécanique/électricité
– IT + mécanique/électricité + salle de travail
Différents modes de distribution électrique
Différents modes de refroidissement
Accès aux racks par intérieur ou extérieur
Zone de travail
Traitement informatique
Refroidissement
33
Extensibilité
Différences / DC traditionnels
– Changement de la courbe de croissance de l’IT
– Expansion plus aisée
RA
CK
RA
CK
RA
CK
RA
CK
RA
CK
RA
CK
RA
CK
RA
CK
RA
CK
RA
CK
RA
CK
RA
CK
RA
CK
RA
CK
RA
CK
RA
CK
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lect
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late
urs
Module de base
34
Extensibilité: un Data Center du futur ?
35
Extensibilité: un Data Center du futur ? (suite 1)
36
Extensibilité: un Data Center du futur ? (suite 2) Site de 9 MW avec couverture et cheminées
37
Universalité d’emplacement
Provient – Du minimum de besoins de raccordement
– De la grande densité
Variété des emplacements – Extérieur, toutes régions du globe
– Immeuble
– Enterré
=> Réponse à de nouveaux besoins
Conteneurs ISO empilables jusqu’à trois
38
Universalité d’emplacement (suite 1)
Provient – Du minimum de besoins de raccordement
– De la grande densité
Variété des emplacements – Extérieur, toutes régions du globe
– Immeuble
– Enterré
=> Réponse à de nouveaux besoins
Conteneurs ISO empilables jusqu’à trois
39 39
Universalité d’emplacement (suite 2)
40 40
Universalité d’emplacement (suite 3)
41
Universalité d’emplacement (suite 4)
42
Mobilité
Facteurs de mobilité
– Densité
– Universalité d’emplacement
– Standard ISO (pas chez tous les fournisseurs)
Nouveaux modes d’utilisation
– Affectation temporaire: événementiel
– Théâtre d’opérations
– Micro site pour PRA
43
Fiabilité
Nouvelle métrique de fiabilité – Nombre de fois où on ouvre la porte du conteneur
Adapté au fonctionnement d’applications Cloud – Pas de maintenance jusqu’à n% de perte de
composants
=> universalité d’emplacement renforcée – Enfouissement !
44
Empreinte environnementale
Meilleur rendement énergétique
– Conception globale
– Rappel: convergence IT & Infrastructure
Moins de déchets chimiques (SGI ICE Cube Air)
Fin de vie plus facile à gérer que le démantèlement d’un DC traditionnel
45
Plan
Un nouveau modèle de référence
Des projets comple(xe/t)s
– Questions
– Viabilité (exemple)
Aperçu du marché
46
Quelques questions à se poser, auparavant Implantation
Où Plusieurs sites Photos /plans Caractéristiques Vibrations Déplacement Voies d’accès Éventuellement:
– vents violents – Champs électromagnétiques (proximité d’antennes) – Conditions orageuses violentes
47
Quelques questions à se poser, auparavant Basiques
Arrivées – Eau – Alimentation électrique
Niveau de disponibilité souhaité: Tier
Quantités informatiques
– En U – Racks existants – Consommation totale prévue – Consommation électrique à protéger par onduleur
• Durée de secours envisagée
48
Quelques questions à se poser, auparavant Accès
Sécurité des accès
– Clôture / Grillage de protection supplémentaire
– Lecteur de badge
Accessibilité pour maintenance aux
– Équipements informatiques
– Consommables éventuels
– Perturbation de la circulation d’air
49
Quelques questions à se poser, auparavant Incendie
Détection incendie / fumée
Dans les deux sens
Mécanisme d’extinction interne
– Gaz inhibiteur, autres
Protection contre incendie externe
50
Quelques questions à se poser, auparavant Protections diverses
Isolation thermique
Etanchéité en cas d’ouverture des portes
Filtrage de l’air: norme MERV (sas?)
Protection sismique si hors bâtiment
Protection contre la corrosion – Particulièrement important dans le cas de
climatisation par eau glacée ou détente directe
Détection de condensation / fuites
51
Quelques questions à se poser, auparavant Autres
Bilan acoustique à l’intérieur / extérieur
– Contraintes ou législations spécifiques relatives au niveau de bruit
Alimentation électrique (masse(s)?)
Durée de vie prévue
52
Quelques questions à se poser, auparavant Supervision / Alarmes
Par quels moyens? – Ligne téléphonique pour transpondeur des alarmes – Signal sonore – Signal lumineux
Pour qui? – personnes en intervention – extérieur
Sur quels équipements et quelles variables? – PDUs (gestion / activation / alarmes) à distance – Température, hygrométrie – Sécurité d’accès – Sûreté mécanique, électrique
Bouton d’arrêt d’urgence Éclairage interne
53
Quelques questions à se poser, auparavant Supervision / pilotage
A distance
TCP/IP
Intégration à la gestion des bâtiments – Ce n’est plus seulement de l’informatique
54
Plan
Un nouveau modèle de référence
Des projets comple(xe/t)s
– Questions
– Viabilité (exemple)
Aperçu du marché
55
Les conteneurs sont-ils viables?
Du moins, plus qu’auparavant
La densité des technologies informatiques s’accroît
– Rendant le conteneur plus viable
– Mais pas moins complexe
Exemple de client
Objectif
– Centre de données de machines Hadoop et virtuelles
– Déploiement sur le terrain
56
Les conteneurs sont-ils viables? (suite 1)
Auparavant
Constructeur X
3 conteneurs ISO de 12m
Transport par bateau – Déploiement en mois
Nécessite de grands générateurs et une grande puissance de froid
Inadéquation sur le terrain – Poussière et pollen
Maintenant
Constructeur SGI
1 conteneur ISO de 6m
Transport par avion
Refroidissement intégré avec redondance
Générateur de 100 kW
57
Les conteneurs sont-ils viables? (suite 2)
10 Racks
180 Nœuds: 10Meta/170 Calcul + GPU
2 160 cœurs – 1 400 To de stockage
– 9 120 Go de mémoire
Réseau – Données en GigEth
– Cœur 10GigEth
– Gestion GigEth
Refroidissement – 20 tonnes
Pièces de rechange
Châssis pour transport par avion
58
Les conteneurs sont-ils viables? (suite 3) Le contenu du conteneur
6 x 2,4 x 2,55 mètres conteneur ISO empilable: – Module Vestibule rétractable – De 14 à 15 tonnes
Système de contrôle, accès distant Supervision et diagnostic avancés des alimentations Extinction d’incendie Détection d’incendie Verrouillage Isolation thermique Plancher à dalles Onduleur 400Amp Bus de distribution de courant Deux rangées de racks serveurs Section isolée de l’informatique Alimentation 415 VAC, 60Hz
59
Les conteneurs sont-ils viables? (suite 4) Le contenu du conteneur
Unités de froid verticales – Plusieurs modules intégrés,
indépendants
– Chaque module comprend • Compresseurs
• Évaporateur
• Condenseur
• Contrôle et protection
– Contrôleur général adaptant le nombre de modules en fonctionnement ou en ajustant la capacité du dernier compresseur démarré
– Plus de 75% de chaleur échangée (HEX)
Refroidissement à eau glacé intégré, redondant – Réservoir d’eau intégré
– Possibilité de court-circuit pour raccordement à refroidisseur externe
60
Les conteneurs sont-ils viables? (suite 5) Le contenu du conteneur
Porte d’entrée sécurisée
Vestibule étendu avec un « rideau d’air » pour repousser la poussière. – Rétractible dans l’aile centrale pour le
transport
Châssis pour transport par avion (optionnel)
Pièces détachées – Calcul
– Réseau
– Refroidissement
Refroidissement (redondance) – Connexion externe vers eau glacée E/S
eau
61
Les conteneurs sont-ils viables? (suite 6) sur le terrain
62
Les conteneurs sont-ils viables? (suite 7) configuration en mode transport
Couverture
du
refroidissement
rétractée
Vestibule rétracté
Ouvertures externes scellées et verrouillées pour le transport
63
Plan
Un nouveau modèle de référence
Des projets comple(xe/t)s
Aperçu du marché
64
Pour quelles raisons acquérir un conteneur
Coût
Problèmes de
– Alimentation électrique
– Refroidissement
– Surface au sol
Réplication
Autre type de problème
65
Pour quelles raisons acquérir un conteneur (suite)
Source: Uptime Institute “Energy Efficiency Strategies Survey Results”
66
Les fournisseurs
Actuellement, dans le monde, plus de fournisseurs que d’acheteurs!
Multiplicité de provenance des acteurs – Constructeurs informatiques traditionnels
– Monde de l’infrastructure
– Sociétés de l’Internet (à venir?)
– = Une nouvelle convergence
67
Liste non exhaustive: Fournisseurs informatiques
Hewlett-Packard: Performance Optimized Datacenter (POD)
SGI: ICE Cube, ICE Cube Air Modular Data Center
IBM: PMDC (Portable Modular Data Center)
Dell: Humidor
Oracle: Sun Modular Data Center (previously Sun “Project Blackbox”)
Bull: Mobull
CISCO
68
Liste non exhaustive: Autres
i/o Data Centers: i/o ANYWHERE Pacific Voice & Data: MCIE (Modular Critical Infrastructure Enclosure)
Solutions and Disaster Recovery Mobile Data Centers Elliptical Mobile Solutions: MMDC (Micro Modular Data Center) Liebert: MDC20-XDR-53 PDI: i-Con Cirrascale: FOREST Containerized Data Center (formally Verari FOREST) Lee Technologies: ITModules Telenetix: T-Cube Universal Networking Services: Datapod Containerized System NxGen Modular: NxGEN600 BladeRoom Group Ltd: Blade Room system IPenergy an Electric Co. : “Hot- coupled” MDS Multiple containers
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Liste non exhaustive …
Probablement, toutes les solutions impliquent d’autres fournisseurs
– Entrepreneurs
– Tierce partie
Pour le fournisseur principal, il s’agit d’un sport d’équipe
70
Un nouveau modèle de référence
Possibilité de naviguer entre les trois modèles au gré des besoins
Extension de l’outil informatique à toute zone du globe: le DC du 21è siècle?
En guise de conclusion
71
Quelques références
PUE – http://www.thegreengrid.org/en/Global/Content/white-
papers/The-Green-Grid-Data-Center-Power-Efficiency-Metrics-PUE-and-DCiE
Qualitative Analysis of Cooling Architectures for Data Centers – http://www.thegreengrid.org/~/media/WhitePapers/Qualita
tive%20Analysis%20of%20Cooling%20Architectures_final.pdf?lang=en
Modular/Container Data Centers Procurement Guide: Optimizing for Energy Efficiency and Quick Deployment – http://hightech.lbl.gov/documents/data_centers/modular-
dc-procurement-guide.pdf
Merci pour votre attention !
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