Calcul de l'espace et de la densité énergétique … telle terminologie introduit une confusion et une ambigüité inutiles ... Il existe quatre problèmes majeurs avec la pratique

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Par Neil Rasmussen

Révision 0

Calcul de l'espace et de la densité énergétique nécessaire aux centres de données

La méthode historique de spécification de la densité énergétique d'un centre de données en utilisant un seul nombre de watts par mètre carré (ou pied carré) est une pratique malheureuse qui a provoqué une confu-sion inutile ainsi que gaspillé énergie et budget. Cet article démontre comment les méthodes typiques utilisées pour sélectionner et spécifier la densité énergétique sont erronées et offre une approche améliorée pour établir les besoins d'espace, incluant les spécifications de densité recommandées dans des situations typiques.

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Introduction 2

Pourquoi l'an-cienne approche ne fonctionne pas

2

Le coût des erreurs de spécification de densité

3

Une nouvelle approche 5

Exemple de spécification de densité

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Conclusion 18

Ressources 19

by Schneider Electric. Les livres blancs APC font maintenant partie de la bibliothèque Schneider Electric produite par le Datacenter Science Center de Schneider Electric [email protected]


Schneider Electric – Data Center Science Center Rev 0 2

Deux paramètres conceptuels clés pour un centre de données sont la charge informatique nominale en kW et la taille physique des salles informatiques et des salles d'équipements. En principe, ils sont liés par le concept de densité énergétique, reliant vaguement la taille du bâtiment et la charge informatique. Historiquement, il était courant de décrire et de spécifier des centres de données avec des phrases comme « 2 000 mètres carrés à 1 000 watts par mètre carré ». Une telle terminologie introduit une confusion et une ambigüité inutiles dans la spécification du centre de données. De plus, cette approche historique se solde souvent par une énergie et des équipements de refroidissement sous-utilisés, conduisant à une efficacité électrique réduite et à des coûts initiaux excessifs. Cet article décrit une méthode améliorée de spécification de la densité énergétique. Cet article présente en outre des recommandations spécifique de densité énergétique pour les nouveaux centres de données, basées sur quelques caractéristiques simples de centre de données. Il existe quatre problèmes majeurs avec la pratique historique de description de la densité énergétique en termes de watts par mètre ou pied carré.

1. Ce qui est inclus dans le calcul de surface, ou comment il est relié au nombre d'ar-moires ou de dispositifs informatiques n'est pas défini.

2. Ce qui est inclus dans le calcul de puissance n'est pas défini.

3. Aucune information n'est fournie sur la variation d'énergie parmi une population d'ar-moires informatiques ; s'agit-il d'un pic ? D'une moyenne sur la surface ? D'une moyenne dans le temps ? Ou d'une autre valeur quelconque ?

4. La façon dont ce chiffre est utilisé dans un centre de données doté d'un plan de dé-veloppement changeant, modulaire ou réduit dans le temps n'est pas claire.

En principe, les deux premiers problèmes peuvent être améliorés en établissant des défini-tions standard d'énergie et de surface. En revanche, le troisième et le quatrième problème sont très importants et insolubles avec les définitions actuelles. Une meilleure approche de spécification de la densité considère la réalité que l'énergie informatique varie entre les armoires ainsi que dans le temps, et comprend les problèmes de modularité et de croissance. Pour illustrer les problèmes d'une spécification vague de la densité, considérons le cas d'un centre de données avec une spécification type de 1 292 W/m2 (120 W/ft2). Pour comprendre ce que cela signifie pour une armoire de serveur spécifique, cette spécification de densité doit être traduite au niveau de l'armoire où, selon les hypothèses (comme l'espace consom-mé par l'armoire) elle se situe entre 3 et 5 kW par armoire. Le milieu de cette plage, soit 4 kW par armoire, peut sembler raisonnable car il s'agit d'une densité énergétique typique dans les centres de données actuels. Il existe toutefois des variables importantes non définies, notamment : • Si le centre de données est construit à 4 kW par armoire, qu'advient-il lorsqu'une ar-

moire isolée subit une charge de 6 kW, 12 kW ou 20 kW ?

• Si certaines armoires sont installées avec moins de 4 kW l'énergie et la capacité de refroidissement sous-utilisées sont-elles disponibles pour les autres armoires ? Si oui, lesquelles ?

• Si certaines armoires sont supérieures à 4 kW, dois-je laisser de l'espace inutilisé autour d'elles ?

Introduction

Pourquoi l'an-cienne approche ne fonctionne pas



• Si certaines armoires sont supérieures à 4 kW, peuvent-elles être situées à proximité immédiate ou être réparties ?

Avec la fonctionnalité croissante des caractéristiques de gestion d'énergie des serveurs, qui permettent de varier les charges dans le temps, une spécification énergétique vague peut entraîner des implications encore plus importantes. Une spécification de centre de données efficace doit pouvoir répondre aux questions posées ci-dessus. À première vue, il faut se demander pourquoi ce problème ne peut être résolu en spécifiant simplement une densité énergétique très élevée pour un centre de données, comme 30 kW par armoire ou 1 000 W/ft2 (10 764 W/m2). Il est vrai qu'une approche aussi excessive éliminerait la plupart des problèmes qui viennent d'être décrits. En revanche, elle crée de nouveaux problèmes très coûteux et bien entendu inefficaces, notamment : • Un centre de données de 10 764 W/m2 (1 000 W/ft2) coûte environ huit fois plus cher

qu'un centre de données de 1 076 W/m2 (100 W/m²) par unité de surface au sol. Par conséquent, si toute cette capacité énergétique n'est pas utilisée, un énorme gaspillage d'investissement en découlera.

• Si un data centrer de 10 764 W/m2 (1 000 W/ft2) est finalement exploité à hauteur de 1 076 W/m2 (100 W/ft2) (3 kW/armoire), sa valeur PUE est susceptible de se situer entre 3 et 5, ce qui indique un gaspillage d'énergie vertigineux.

• Si un centre de données conçu pour 10 764 W/m2 (1 000 W/ft2) est en réalité peuplé d'équipements informatiques de plus basse densité, il est à court d'espace physique avant de manquer de capacité énergétique et de refroidissement, bloquant ou rendant inutilisable une part importante de la capacité du centre de données.

Ces problèmes peuvent être récapitulés ainsi : Spécifier une densité trop faibles et la performance devient impré-visible avec différents problèmes de surcharge et de surchauffe ; spécifier une densité énergétique trop haute et les coûts initiaux et d'exploitation sont inutilement augmentés. Pour résoudre ce problème de planification, une meilleure méthode de spécification de la densité est nécessaire. Il est également nécessaire de présenter des recommandations sur le choix de la spécification de densité la mieux adaptée dans une situation spécifique, même dans celles où la densité future est incertaine. Tous les centres de données ont une densité moyenne nominale. Un centre de données a également une capacité de charge informatique et de refroidissement (qui doivent idéalement être les mêmes), ainsi qu'une capacité d'espace informatique (armoires ou surface). Le rapport entre la capacité en watts et l'espace est la densité nominale (pour les besoins de cet article, nous supposons que l'énergie, le refroidissement et l'espace sont tous construits selon la capacité nominale maximum). Un exemple de densité cible nominale globale est de 5 kW par armoire, équivalente approximativement à 1 722 W/m2 (160 W/ft2). Si les équipements informatiques sont déployés de sorte à utiliser complètement l'ensemble de l'énergie, du refroidissement et de l'espace d'un centre de données, aucune infrastructure n'est sous-utilisée. Il s'agit du cas idéal d'utilisation à 100 %. Cet idéal est toutefois pra-tiquement impossible à réaliser, car l'utilisation d'énergie réelle des armoires informatiques individuelles n'est généralement pas connue à l'avance. Si la densité opérationnelle réelle d'un centre de données et la valeur conceptuelle de la densité ne correspondent pas, une ressource – énergie, refroidissement ou espace – ne peut pas être pleinement utilisée. Cette

Le coût des erreurs de spécification de densité



infrastructure gaspillée augment effectivement le coût du centre de données, car la ressource est payée sans être utilisée. Si la densité réelle des équipements informatiques est inférieure à la valeur nominale, l'espace est entièrement utilisé avant le refroidissement et l'énergie, c'est-à-dire qu'il est impossible d'utiliser toute la capacité énergétique et de refroidissement. Si la densité réelle des équipements informatiques est supérieure à la valeur nominale, l'alimentation électrique et le refroidissement sont entièrement utilisés avant l'espace, c'est-à-dire qu'une partie de l'espace ne sera pas utilisée. Pour comprendre l'effet économique de l'erreur entre densité réelle et nominale pour un centre de données, un modèle du coût de la capacité d'infrastruc-ture inutilisable ou bloquée par rapport au coût effectif global du centre de données (inves-tissement en USD par watt informatique utilisable) a été créé. Une telle analyse permet d'obtenir les données présentées à la Figure 1.

0

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10

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0.0 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0 12.0

La figure présente le coût d'investissement réel du centre de données, en USD par watt utilisable, en fonction de la densité énergétique effectivement déployée dans un centre de données. La courbe inférieure représente un coût inférieur typique du centre de données de niveau 2 et la courbe supérieure représente un concept de niveau 4. Ceci est un modèle pour un centre de données d'une capacité énergétique nominale de 5 kW par armoire (environ 160 W/ft2 ou 1 722 W/m2). La Figure 1 indique que le coût effectif par watt est inférieur lorsque la densité énergétique moyenne réelle est égale à la densité énergétique nominale. Lorsque la densité réelle chute en-dessous de la valeur nominale, le coût effectif augmente rapidement. Ceci est dû au fait que le centre de données est restreint par l'espace, bloquant de l'énergie et de la capacité de refroidissement inutilisables. Cette capacité inutilisable a un coût, qui doit être affecté à une charge informatique plus modeste que planifié, en augmentant le coût du watt utilisable de la charge informatique. Lorsque la densité réelle augmente au-dessus de la valeur nominale, le coût effectif augmente légèrement en raison du coût de l'espace inutilisable car toute l'énergie et tour le refroidissement sont déjà utilisés. Il en découle une découverte im-portante :

Densité nominale

Espace entièrement utilisé Énergie et refroidissement

Énergie et refroidissement entièrement utilisés Espace sous-utilisé

Coût du niveau 4

Coût du niveau 2

Figure 1 Variation du coût effectif à mesure que la densité énergétique réelle varie par rapport à la densité nominale de 5 kW / armoire

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Densité énergétique moyenne réelle (watt / armoire)



Il est beaucoup plus coûteux de déployer les équipements informa-tiques en-dessous de la densité nominale du centre de données que de les déployer au-dessus de cette densité. Ceci est vrai parce que le coût de l'espace par unité informatique est toujours beaucoup plus bas que celui de l'énergie et du refroidissement 1 par unité informatique. Étant donné que la densité réelle des équipements informatiques dans un centre de données est difficile à prévoir à l'avance, nous arrivons à une conclusion clé essentielle : Lorsque la densité des équipements informatiques est incertaine, un centre de données doit toujours être construit pour une densité nominale inférieure à la valeur moyenne prévue de la densité in-formatique. Ainsi, l'exploitation du centre de données évite la courbe de pénalité abrupte du côté gauche de la Figure 1. Ceci nous amène à un autre résultat clé, qui contribue à résoudre une source de malentendu de longue date entre les exploitants de centres de données et la direction administrative, à savoir : Un centre de données bien conçu, lorsqu'il est rempli à hauteur de sa capacité énergétique et de refroidissement, est supposé avoir de l'espace informatique de réserve ou inutilisé. Ce résultat est surprenant car il semble à première vue aller à l'encontre de l'intuition. L'espace de réserve est prévu pour traiter l'incertitude actuelle ou à venir concernant la densité des équipements informatiques. Cet espace informatique inutilisé constitue une assurance pour éviter le blocage coûteux d'énergie et de capacité de refroidissement que peut produire la chute de la densité réelle en-deçà de la valeur nominale planifiée. Plus l'incertitude est importante en termes de densité future, plus l'espace informatique de réserve est nécessaire. La nouvelle approche de la spécification des besoins d'espace et de densité énergétique présente quatre caractéristiques principales : • L'unité d'espace physique dans la spécification de densité est l'armoire informatique et

NON la surface au sol. La surface au sol est déterminée au stade conceptuel comme un produit du processus utilisant l'énergie par armoire et d'autres facteurs.

• La spécification est hiérarchique et modulaire, de sorte que différentes salles et zones puissent avoir des besoins différents de densité.

• La spécification appréhende le fait que les armoires informatiques au sein des centres de données ont des besoins énergétiques différents qu'il est impossible de définir préci-sément par avance.

• La spécification prend en compte le fait que les besoins en alimentation électrique des armoires d'équipements informatiques peuvent varier dans le temps.

Avant de présenter la procédure de documentation d'une spécification de densité, chacune des caractéristiques précitées est expliquée individuellement.

1 Ceci vaut pour les densité énergétiques typiques déployées à l'heure actuelle. Le coût de l'espace

devient comparable à celui de l'énergie et du refroidissement uniquement pour les densités bien inférieures à 1 kW par armoire.

Une nouvelle approche



Utilisation de l'armoire comme unité de mesure de l'espace physique La mesure de déploiement de l'espace informatique la plus courante est l'armoire. Il existe d'autres types de dispositifs comme les rayonnages et les centraux qui ne sont pas des armoires, mais ils peuvent dans la plupart des cas être décrits en équivalences approxima-tives d'une ou plusieurs tailles d'armoire. Par conséquent, nous établissons l'armoire comme mesure de déploiement de l'espace informatique, et l'énergie par armoire comme mesure standard de densité. Malheureusement, l'espace dans les bâtiments est mesuré en surface au sol (mètres ou pieds carrés) et ne s'expriment pas aisément en armoires. À un moment donné, nous devons être capables de convertir l'espace des armoires en espace physique. Le problème réside dans le fait que la conversion des armoires en surface au sol dépend d'un certain nombre de facteurs clés indépendants de l'énergie par armoire et qui doivent être spécifiés séparément et explicitement, notamment : • Nombres d'emplacements d'armoire réservés, le cas échéant, pour développement futur

ou migration

• Espace requis pour les dispositifs d'énergie et de refroidissement à l'intérieur de la salle informatique, tels que PDU, climatiseurs et ASI

• Espace requis pour l'accès, les rampes de sol surélevé et les colonnes (le cas échéant)

• Présence de séparations physiques, telles que cages, sous-divisant la zone informa-tique

• Quantité d'espace réservé, le cas échéant, pour les tableaux de répartition et les équipements réseau

• Quantité d'espace réservé, le cas échéant, pour les armoires ou les cages de stockage d'équipements

• Quantité d'espace réservé, le cas échéant, pour permettre une densité réelle inférieure à la spécification nominale

Ces facteurs exercent un impact majeur sur l'espace requis et la densité par unité de surface ET DOIVENT ÊTRE EXPLICITEMENT DÉFINIS DANS LA CONCEPTION AINSI QUE LA DENSITÉ PAR ARMOIRE. Bien que la détermination de ces caractéristiques semble beaucoup plus compliquée que de déterminer simplement une spécification de « watt par mètre carré », il sera démontré que ces facteurs peuvent être déterminés très rapidement et améliorer considérablement la qualité et la clarté de la spécification du centre de données. La méthode pour y parvenir est indiquée plus bas dans cet article. Une spécification de densité modulaire et hiérarchique Nous avons besoin de pouvoir spécifier la densité différemment pour différentes parties d'un centre de données. En règle générale, un centre de données peut être envisagé selon la hiérarchie suivante2:

Locaux de centre de données, comprenant une ou plusieurs unités de salles informatiques, une ou plusieurs unités de

2 À noter qu'il s'agit d'une hiérarchie générale qui ne s'applique pas entièrement pour les centres de

données de plus petite envergure. Par exemple, dans une petite salle de serveurs, l'installation peut se réduire à une seule salle d'un seul bloc, simplifiant ainsi la spécification de densité.

Qu'est-ce qu'un « bloc » de centre de données ? Un bloc de centre de données est un groupe d'armoires informatiques combinées avec l'infrastructure énergétique et de refroidissement qui est déployé comme une unité. Les salles sont planifiées par avance pour un certain nombre de blocs, qui peuvent être déployés ou mis à niveau séparément dans le temps. Les blocs sont généralement assemblés sur site dans une salle selon un concept standard, mais peuvent être partiellement ou largement préfabriqués. Sous sa forme la plus courante,



blocs informatiques 3, comprenant une ou plusieurs unités de Armoires informatiques

Puisqu'il existe des attributs de centre de données qui sont affectés par la spécification de densité à chacun de ces niveaux, les quatre niveaux doivent être spécifiés afin de maîtriser la conception et d'en prévoir la performance. Par exemple, la densité éner-gétique d'un bloc affecte la capacité des sous-alimentation d'énergie au bloc ainsi que le circuit de distribution d'air au bloc. Bien qu'il soit possible de « retrousser » les spécifications énergétiques des pièces en une seule valeur de densité valable pour l'ensemble des locaux, le chiffre unique obtenu de cette façon pour la densité, comme les watts par mètre carré, ne fournira pas suffisamment d'informations pour maîtriser le concept et obtenir un résultat prévisible. Une méthode tabulaire est indiquée plus loin dans cet article pour créer une spécification de densité hiérarchique. Variation de densité à travers le centre de données La densité peut varier parmi un groupe d'armoires informatiques, un ensemble de blocs ou entre différentes salles. Cette variation intervient physiquement, entre armoires ou entre salles, mais également dans le temps car des appareils informatiques sont ajoutés et retirés, mais aussi parce que l'énergie consommée par les appareils informatiques varie avec la charge de traitement. La densité opérationnelle de chaque armoire peut être différente, et varier d'un moment à l'autre. Ceci étant, il semble presque futile d'essayer de définir la densité. Toutefois, partant du postulat que la définition d'une densité est destinée à spécifier un centre de données qui supportera une population d'équipements informatiques, nous pouvons identifier un certain nombre de paramètres statistiques clés de cette population, suffisants pour dessiner une spécification de densité gérant les variations. Pour un niveau donné de la hiérarchie du centre de données, comme une salle comprenant des unités de bloc, ou un bloc comprenant des unités d'armoire, la densité peut être spécifiée à l'aide des cinq paramètres principaux présentés au Table 1. À noter que la surface au sol n'est pas un paramètre principal pour la spécification de la densité. La surface au sol est un produit calculé en fonction de ces paramètres de spécification PLUS les autres facteurs conceptuels liés à l'utilisation de l'espace au sol (décrits à la section précédente « utiliser l'armoire comme mesure de l'espace physique »).

3 Voir la barre latérale pour la définition d'un bloc de centre de données. Les blocs sont parfois appelés

zones, groupes ou rangées ; ces termes alternatifs ont différentes significations dans la conception d'un centre de données et ne sont pas privilégiés. Les petites centres de données peuvent omettre ce niveau et simplement déployer des armoire dans des salles.



Paramètre de spécifica-tion Définition Mode d'utilisation dans le

concept

Nombre d'unités (#) Nombre d'armoires dans un bloc, de blocs dans une salle ou de salles dans des locaux

Pour convertir les valeurs par unité (par armoire, par bloc, par salle) d'énergie, de refroidissement et d'espace en valeurs totales

Énergie par unité cible moyenne nominale (kW)

Énergie de pleine charge prévue (nominale) par unité, en moyenne parmi la population

Pour dimensionner l'énergie en masse et les systèmes de refroidissement pour le niveau (bloc, salle, locaux)

Pic d'énergie par unité (kW)

Énergie maximum prévue de l'unité la plus puissante de la population

Pour dimensionner les besoins des systèmes de distribution d'énergie et de refroidisse-ment

Incertitude énergétique par unité (%)

Quantifie l'incertitude prévisible en termes d'énergie réelle par rapport à l'énergie moyenne cible nominale

Pour déterminer l'espace de réserve nécessaire pour assurer que le déploiement basse densité ne bloque pas de l'énergie et de la capacité de refroidissement coûteuses

Rapport d'énergie gérée (%)

Facteur de réduction d'énergie (% de la moy-enne cible nominale) dû aux fonctions de gestion de la consommation électrique des équipe-ments informatiques

Pour établir les points de charge opérationnels pour les systèmes énergétiques et de refroidissement afin de déterminer l'efficacité et l'utilisation de l'énergie

Bien qu'il semble que le nombre d'unités et l'énergie cible moyenne nominale par unité soient nécessaires pour former une spécification de densité, le pic d'énergie, l'incertitude éner-gétique par unité et le rapport d'énergie gérée constituent de nouveaux concepts introduits à cette occasion. Ils sont nécessaires car l'énergie moyenne cible nominale ne fournit pas l'information nécessaire pour dimensionner les systèmes de distribution de l'énergie et du refroidissement, ni pour déterminer les points opérationnels pour les calculs d'efficacité. Deux exemples sont présentés pour démontrer l'utilisation de la méthode de spécification de densité améliorée et comment elle se rapporte à la surface au sol : une petite salle de serveurs de 40 kW et une installation plus complexe de 2 MW à plusieurs salles avec plan de développement. Exemple 1 : petite salle de serveurs Une petite salle de serveurs de 40 kW est un cas simple choisi car l'installation ne compte d'une seule salle informatique et un seul bloc. Dans ce cas, le niveau de spécification est la salle, qui est également le bloc, et qui contient un groupe d'armoires informatiques. La structure de la spécification est simple dans ce cas. La spécification complète est présentée dans la feuille de calcul à la Figure 2 . Vous pouvez la télécharger dans la section des ressources de cet article.

Exemple de spécification de densité

Table 1 Cinq paramètres princi-paux nécessaires pour établir des spécifications d'espace et de densité



Cette spécification présente des recommandations claires et sans ambigüité pour la concep-tion. Les cases jaunes du tableau sont les saisies de l'utilisateur et la performance récapitu-lative est calculée.

Cabinets in room

Number of cabinets 12Design target average power per cabinet 4 kWPeak cabinet power 8 kWCabinent power uncertainty +/- 15% (80% confidence)Managed power ratio 70%

Area per cabinet 16 sq ft

Cabinets sq ftCabinet area requirement 12 0 192 sq ftSpace reserved for staging 2 0 32 sq ftSuggested space for density uncertainty 34 sq ftSpace for density uncertainty 2 0 32 sq ftSpace reserved for power 2 0 32 sq ftSpace reserved for cooling 2 0 32 sq ftSpace reserved for ancillary systems 2 0 32 sq ftSpace reserved for storage 0 25 25 sq ftSpace for egress, ramps, and columns 0 40 40 sq ft

417 sq ft

Rated system power 48 kWExpected IT operating power 33.6 kWPeak rated power per cabinet 8.0 kWNominal power per cabinet 4.0 kWAverage expected power per cabinet 2.8 kWRoom size 417 sq ftExpected unused IT space 15% of total spaceRoom power density 115 W per sq ft

subtotal

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Les paramètres de densité de la spécification sont déterminés à l'aide de la simple procédure ci-après :

1. Le nombre d'armoires est établi par les besoins informatiques.

2. L'énergie moyenne cible nominale par armoire est déterminée par les spécifications des fournisseurs de matériel informatique ou en choisissant des valeurs nominales moyennes typiques pour l'application. Dans ce cas, une valeur type pour une salle de serveurs d'entreprise de 4 kW par armoire a été retenue.

3. Le pic d'énergie est choisi en établissant l'énergie maximale prévue ou admissible pour l'armoire. Dans ce cas, nous avons spécifié une capacité maximum de 8 kW.4

4. L'incertitude d'énergie de l'armoire est estimée en considérant différents scénarios de déploiement informatique ou en choisissant des valeurs nominales typique pour l'ap-plication. Dans cet exemple, la densité de déploiement a été définie à +/- 15% de la moyenne cible nominale de 4 kW.

5. Le rapport d'énergie gérée est estimé sur la base de la fonctionnalité de gestion d'é-nergie de la charge informatique prévue. Dans cet exemple, les fonctions de gestion

4 À noter là encore que le pic de capacité est prévu pour s'adapter à certains racks au pic d'énergie.

L'énergie totale de tous les racks ne peut pas dépasser l'énergie calculée à partir de la valeur moyenne nominale.

Figure 2 Les paramètres principaux d'organisation de la feuille de calcul sont nécessaires pour établir les spécifica-tions d'espace et de densité, indiquant le calcul des valeurs récapitulatives



d'énergie doivent diminuer l'énergie moyenne réelle des charges informatiques à 70 % de la valeur moyenne cible nominale.

Pour déterminer l'espace requis pour la salle, la surface nécessaire pour les équipements informatiques (y compris accès avant et arrière aux armoires)5 est défini en premier lieu, puis les autres besoins d'espace sont explicitement ajoutés pour déterminer la surface totale nécessaire. Pour chaque utilisation d'espace non informatique, la feuille de calcul est conçue de sorte que l'espace puisse être réservé en termes d'emplacements d'armoires ou de surface au sol. Cette fonction est commode pour tenir compte de dispositifs consommateurs d'espace comme les tableaux électriques, le refroidissement ou les tableaux de répartition au format d'armoire. Un « espace suggéré réservé pour incertitude de densité » est calculé sur la base de l'incertitude énergétique spécifiée par l'utilisateur. Ce dernier réserve explicite-ment une surface au sol ou des emplacements d'armoires correspondant à la réserve d'espace suggérée. Dans l'exemple à la Figure 1, la réserve suggérée est de 34 ft2 et l'utilisateur peut pratiquement atteindre cette valeur en réservant deux emplacements d'armoires, qui se traduisent par 32 ft2. À ce stade, il faut savoir que la personne établissant la spécification ne dispose pas néces-sairement de toutes les informations ci-dessus, car les besoins informatiques ne sont que vaguement connus ou la configuration exacte n'est pas encore définitive. C'est pourquoi un tableau de valeurs typiques pour différentes applications est présentée à l'annexe 1 de cet article. L'idée directrice n'est PAS que la spécification reflète exactement un plan informatique détaillé appareil par appareil (qui n'est pratiquement jamais connu à l'avance), mais plutôt que la spécification assure que le centre de données ait une performance connue et prévisible. Dans cet exemple, la spécification définit explicitement un concept qui supporte toutes les combinaisons jusqu'à douze racks avec une énergie moyenne cible nominale de 4 kW et un pic d'un rack quelconque inférieur ou égal à 8 kW. En outre, l'énergie moyenne en tenant compte de la gestion de l'énergie est prévue à 70 % de 4 kW par armoire ou de 34 kW au total, en foi de quoi la garantie de performance d'efficacité de l'installation principale en termes d'énergie et de refroidissement doit être établie à cette densité énergétique. Pour que ce pic d'énergie ne soit pas dépassé, ce centre de données doit avoir une politique de déploiement informatique initial établissant que l'énergie maximum par armoire est de 8 kW et que les charges supérieures doivent être réparties entre les armoires. L'espace sup-plémentaire réservé assure que toute les ressources disponibles en matière d'alimentation électrique et de refroidissement puissent être utilisés si la densité énergétique informatique atteint jusqu'à 15 % de moins que la valeur moyenne cible nominale de 4 kW. À noter qu'aucune de ces informations clés n'est comprise si la densité nominale classique en watts par pied carré est spécifiée. Exemple 2 : centre de données de grande envergure Dans cet exemple de 2 MW, le centre de données est défini selon la hiérarchie suivante :

Locaux de centre de données, comprenant : 4 salles informatiques, comprenant chacune : 9 blocs informatiques, comprenant : 10 armoires informatiques

5 Il est utile d'inclure l'espace d'accès avant et arrière à la surface au sol de l'armoire, car ces zones

d'accès sont ensuite automatiquement incluses lorsque des racks sont ajoutés ou retirés d'un bloc, évitant ainsi de calculer séparément la surface d'accès totale.



Il existe deux approches de base de la spécification d'un grand centre de données :

1. Commencer la spécification au niveau de l'armoire ou du bloc et élaborer la spécifica-tion des locaux

2. Commencer la spécification au niveau des locaux, et détailler la spécification en salles, puis en blocs et en armoires

Idéalement, la première approche doit être utilisée, bien qu'elle ne soit pas praticable dans de nombreux cas, car les contraintes au niveau des locaux doivent être définies en premier lieu, comme l'alimentation du secteur disponible ou la dimension physique du bâtiment. Sur la besoin d'un besoin énergétique connu, la spécification doit être décomposée en salles et blocs, puis remontée jusqu'au niveau des locaux, en procédant comme suit :

1. Déterminer le nombre de salles des locaux, en établissant la consommation électrique par salle

2. Déterminer le nombre de blocs par salle, en établissant la consommation électrique par bloc

3. Déterminer le nombre d'armoires par bloc, en établissant la consommation électrique par armoire

4. Établir les paramètres d'utilisation de l'espace des locaux, du bloc et de la salle

5. Déterminer les paramètres de densité restant

6. Remonter la spécification totale et la valider par rapport aux contraintes conceptuelles

7. Ajuster et recommencer jusqu'à ce que le concept corresponde aux besoins

Pour plus de simplicité, cet exemple suppose que les spécifications sont identiques pour toutes les salles, que tous les blocs sont identiques et qu'il n'existe de variation qu'au niveau de l'armoire. Il s'agit d'une supposition conceptuelle valable dans bien des cas. La Figure 3 illustre la feuille de calcul utilisée pour cet exemple de spécification pour 2 MW. Vous pouvez la télécharger dans la section des ressources de cet article.



Cette feuille de calcul compacte contient un grand nombre d'informations relatives au concept. La feuille de calcul est regroupée en trois colonnes de saisie : la colonne de gauche décrit les salles que contiennent les locaux, la colonne centrale indique les blocs que contient une salle et la colonne de droite, les armoires que contiennent les blocs. Attributs du centre de données définis à partir de la feuille de calcul pour cet exemple de 2 MW : • Un bloc comprend 12 armoires informatiques plus 4 emplacements d'armoires dédiés à

la distribution électrique et au refroidissement par rangée, avec une surface au sol du bloc de 6 m x 4 m (20 pieds par 14 pieds).

• La consommation électrique moyenne cible nominale par armoire est de 5 kW.

• Le pic de consommation admis dans une armoire quelconque est de 12,5 kW dans la mesure où l'énergie du bloc ne dépasse pas 50 kW pour la combinaison des 12 armoires.

• L'espace intérieur total nécessaire pour ce concept est de 25 320 ft2 (2 352 m2).

• En utilisant les mesures conventionnelles de W/m2 au niveau de la salle informatique, la densité de ce centre de données est de 1 206 W/m2 (112 W/ft2).

• Deux emplacements d'armoire sont réservés dans chaque bloc, pour permettre d'utiliser l'alimentation et le refroidissement du bloc dans le cas ou l'énergie moyenne déployée serait inférieure aux 5 kW spécifiés par armoire.

Figure 3 Exemple de feuille de calcul pour un centre de données de 2 MW

Room Units Pod Units Cabinet Unitsin Facility System in Room System in Pod System

Number of units 4 10 10Design target average power per unit 500 kW 50 kW 5.0 kWPeak power per unit 500 kW 50 kW 12.5 kWUnit power uncertainty +/- 24%Managed power ratio 80% 80% 80%

Area per unit 4480 sq ft 280 sq ft 14 sq ft

Rooms sq ft Pods sq ft Cabinets sq ftArea requirement for units 4 0 17920 sq ft 10 0 2800 sq ft 10 0 140 sq ftSpace reserved for staging 0 500 500 sq ft 1 0 280 sq ft 0 0 0 sq ftSuggested space for density uncertainty 283 sq ft 324 * sq ft 44 sq ftSpace reserved for density uncertainty 0 0 0 sq ft 1 0 280 sq ft 2 0 28 sq ftSpace reserved for power 0 2000 2000 sq ft 0 80 80 sq ft 1 0 14 sq ftSpace reserved for cooling 0 2000 2000 sq ft 0 80 80 sq ft 3 0 42 sq ftSpace reserved for ancillary systems 0 400 400 sq ft 0 80 80 sq ft 0 0 0 sq ftSpace reserved for storage 0 500 500 sq ft 0 80 80 sq ft 0 0 0 sq ftSpace for egress, ramps, and columns 0 2000 2000 sq ft 0 800 800 sq ft 0 56 56 sq ft

25320 sq ft 4480 sq ft 280 sq ft

Rated system power 2000 kW facility 500 kW / room 50 kW / podExpected # IT cabinet requirement 400 cabinets / facility 100 cabinents / room 10 cabinets / podMax # IT cabinet capability 576 cabinets / facility 144 cabinents / room 12 cabinets / podExpected IT operating power 1600 kW facility 400 kW / room 40 kW / podPeak rated power per Unit 500 kW / room 50 kW / pod 12.5 kW / cabinetNominal rated power per Unit 500 kW / room 50 kW / pod 5.0 kW /cabinetAverage expected power per Unit 400 kW / room 40 kW / pod 4 kW / cabinetSystem size 25320 sq ft / facility 4480 sq ft / room 280 sq ft / podExpected unused unit space 2% of facility 13% of room 10% of podSystem power density 79 W per sq ft (facility) 112 W per sq ft (room) 179 W per sq ft (pod)

Perfo

rman

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subtotal subtotalsubtotal

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Spac

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* This field needs to sum the space from the various pods, if more than one type of pod exists



• Deux emplacements de bloc sont réservés dans chaque salle, l'un pour installer un nouveau bloc sans perturber un bloc existant et l'autre pour permettre d'utiliser l'alimen-tation électrique et le refroidissement de la salle dans le cas ou l'énergie moyenne dé-ployée serait inférieure aux 5 kW spécifiés par armoire.

Par rapport à l'exemple précédent de salle unique, cette feuille de calcul est plus sophis-tiquée dans le suivi de l'espace réservé pour incertitude de densité. L'incertitude est capturée au niveau informatique dans les armoires individuelles, de sorte que l'utilisateur n'a pas besoin de saisir l'incertitude au niveaux du bloc et de la salle ; ces niveaux représentent simplement des élaborations du niveau inférieur. L'utilisateur peut toutefois réserver de l'espace pour tenir compte de l'incertitude à différents niveaux du concept. Il peut faire des réserve pour incertitude de densité en laissant de l'espace supplémentaire dans un bloc pour plus d'armoires, ou en laissant de l'espace supplémentaire dans une salle pour plus de blocs ou dans les locaux pour plus de salles, ou encore une combinaison de ces trois approches. La méthode de prédilection pour réserver l'espace est souvent dictée par la géométrie de la salle et d'autres facteurs. La feuille de calcul suit le besoin d'espace total et permet à l'utilisateur de réserver l'espace dans toutes les combinaisons d'armoires, de blocs ou de salles supplémentaires. Idéalement, les conceptions des blocs et des salles d'une installation sont uniformes et standardisées. Cet aspect offre un certain nombre d'avantage conceptuels, notamment : • Simplicité d'adaptation

• Standardisation des outils, des méthodes et des procédures de gestion

• Simplicité de planification et de conception

Ce n'est en revanche pas toujours approprié ni même faisable, pour les raisons suivantes : • Différents types connus d'équipements informatiques dont les besoins diffèrent con-

sidérablement seront employés

• Les dimensions des salles sont déjà définies et ne peuvent pas être standardisées.

• Les besoins de différentes zones en termes de disponibilités sont diffèrent, ce qui affecte la quantité de l'espace occupé par l'équipement d'alimentation et de refroidisse-ment redondant.

La bonne pratique recommandée consiste à définir un ensemble minimal d'armoires et de blocs standard et, dans les très grands centres de données, de salles standard. Par exemple, un grand centre de données peut définir trois blocs standards différents de même surface au sol pour la basse densité, la haute densité et le stockage. Le centre de données peut être conçu pour un mélange prévu de ces blocs, et la flexibilité peut être maintenue pour ajuster le mélange au cours d'un déploiement à long terme. La feuille de calcul présentée à la Figure 3 utilise une armoire statistiquement moyenne, déployée dans un bloc standard et dans des salles standard. Pour utiliser cette méthode avec un mélange pratique de types de bloc ou de salle prédéfini, la feuille de calcul doit être étendue. Les paramètres de densité pouvant générer des coûts importants, cette section présente des recommandations pour en sélectionner les valeurs. L'annexe 1 propose des valeurs de paramètre de densité suggérées pour un certain nombre d'applications courantes. Elle constitue un excellent point de départ pour développer une spécification de densité, quel que

Élargissement de l'approche aux centres de données dont les blocs et salles sont différents

Choix du paramètre des valeurs du paramètre de densité



soit le type d'installation. Ces valeurs peuvent être utilisées telles quelles ou ajustées pour les adapter à des besoins spéciaux. Nombre d'unités Pour un petit centre de données simple, le nombre d'unités correspond aux nombre d'ar-moires informatiques dans la salle. Pour un grand centre de données, trois valeurs sont prises en compte : le nombre d'armoires informatiques dans un bloc, le nombre de blocs dans une salle et le nombre de salles dans les locaux. La plupart de ces valeurs sont dictées par les contraintes des locaux. La valeur conceptuelle clé est toutefois le nombre d'armoires informatiques dans un bloc, qui affecte de nombreux aspects conceptuels. Ce point soulève la question de savoir s'il existe des valeurs de prédilection pour le nombre d'armoires dans un bloc. Un bloc incluant par définition des systèmes de distribution énergétique et du refroidisse-ment, il est souvent impraticable de déployer un bloc inférieur à 20 kW, ce qui donne entre 2 et 6 armoires, selon la densité. Un bloc étant généralement considéré comme un groupe d'armoires contigües et un accès du personnel légalement obligatoire étant généralement requis, le nombre maximum d'armoires est d'environ 24, ce qui donne entre 75 et 500 kW selon la densité. La bonne pratique d'effectuer les rafraîchissements et les retraits bloc par bloc (plutôt que armoire par armoire) est un facteur clé pour déterminer la taille du bloc. Les blocs de taille plus modeste permettent de réaliser des rafraîchissements à plus petite échelle. Un bloc de 500 kW correspond environ à 1 000, ce qui n'est adapté que pour les prestataires d'informatique dématérialisée de grande envergure. Pour de nombreux clients, une taille de bloc dans la gamme 50-100 kW, correspondant à 100 à 200 serveurs est plus praticable. Le nombre d'armoires informatique recommandé dans un bloc se situe entre 8 et 24. La grands centres de données et une basse densi-té suggèrent un nombre plus élevé, alors que les plus petits centres de données et une haute densité suggèrent un nombre plus bas. Consommation par unité cible moyenne nominale Le choix de la consommation moyenne cible nominale par armoire peut s'avérer déroutant et sujet à controverse. Elle exerce un effet très important sur la conception du centre de données et sur son coût et la documentation propose des recommandations contradictoires. Il importe en premier lieu de noter que la plupart des discussions dans la documenta-tion ne distinguent pas correctement les notions d'incertitude et de valeurs de pic qui sont importantes dans la spécification de densité. Ne pas oublier que la valeur cible moyenne nominale correspond à l'énergie cible moyenne (nominale) de l'armoire, en moyenne sur l'ensemble de la population d'armoires. Lorsque l'énergie cible moyenne nominale d'une armoire est spécifiée à 5 kW, les armoires 20 kW peuvent quand même coexister dans le bloc dans la mesure où la spécification de pic d'énergie les accepte. Il existe une tendance aux spécification excessives d'énergie cible moyenne nominale par armoire d'un centre de données, pour accepter les prochaines générations d'équipements informatiques, dont on répète largement que les besoins d'éner-gie augmentent, ou pour offrir une marge de sécurité apparente. Par conséquent, choisir une valeur élevée semble être une démarche de prudence. Toutefois, comme indiqué plus haut dans cet article, tel n'est PAS le cas, et en fait spécifier un chiffre plus élevé pour cette valeur que ce qui est éventuellement déployé en réalité peut pousser le centre de données dans la partie gauche de la courbe présentée plus haut à la Figure 1, produisant un gaspillage et une inefficacité extrêmes. Un grand nombre d'exploitants de centres de données ont atteint cette situation malheureuse, en spécifiant une valeur d'énergie cible moyenne nominale pour les armoires et en pensant concevoir un centre de données capable de s'adapter aux besoins



à venir. Une meilleure approche consiste à choisir une puissance totale en kW pour le centre de données, puis la meilleure conjecture de l'énergie prévue pour l'armoire. La prise en charge de densités à venir, différentes de la valeur nominale, est traitée en utilisant les paramètres d'incertitude et de pic dans les sections suivantes. La plage d'énergie par armoire dans les centres de données réels se situe actuellement entre 2 kW et 30 kW par armoire. Les valeurs moyennes de 12 kW sont toutefois plutôt rares et sont principalement observées dans l'informatique de haute performance (HPC) ou les applications informatiques dématérialisées de haute densité. La grande majorité des centres de données à usage mixte au sein des entreprises présentent des valeurs moyennes entre 4 kW et 8 kW par armoire. Toutefois, en règle générale, les valeurs moyennes existantes dans un centre de données préjugent mal des valeurs futures. Consolidation, standardisa-tion, nouvelle technologie de serveur et ,virtualisation poussent les densités par armoire vers le haut. En règle générale, les nouveaux centres de données conçus pour une utilisation informatique mixte, doivent être spécifiés pour une énergie cible moyenne nominale par armoire au moins supérieure de 50 % à celle qu'emploie actuellement l'entreprise. Incertitude énergétique par unité Une spécification de densité efficace produit presque toujours une valeur non nulle pour l'incertitude énergétique par unité. La seule exception serait le cas d'un HPC dont les locaux pourraient être construits pour un déploiement informatique standard très spécifique dont les besoins énergétiques des équipements informatiques seraient précisément connus. Il importe de ne pas oublier que cette valeur d'incertitude est utilisée pour décrire comment la densité énergétique moyenne déployée à travers toutes les armoires est supposée varier à partir de la valeur cible moyenne nominale. Ce nombre n'est PAS utilisé pour composer avec les variations entre les unités individuelles (entre armoires, salles, etc). Par exemple, si nous savons par avance que la charge informatique de composera à 80 % d'armoires 4 kW et à 20 % d'armoires 20 kW, nous savons avec certitude que l'énergie cible moyenne nominale sera de 7,2 kW/armoire (la moyenne pondérée). Même s'il existe un mélange de racks entre 4 kW et 20 kW dans cet exemple, l'incertitude énergétique par unité est égale à zéro pour cette population d'armoires. Si au contraire, le pourcentage d'armoires If de 4 kW n'est pas définitivement de 80 %, mais plutôt entre 70 % et 90 % et que les autres armoires sont de 20 kW, l'incertitude énergétique par unité passe à +/-1,6 kW ou 22 %. Pour établir l'incertitude énergétique par unité, il faut supposer que le centre de données est entièrement peuplé et partir d'hypothèses de déploiement informatique qui conduisent à l'énergie moyenne la plus basse par armoire et des hypothèses qui conduisent à la plus haute, puis utiliser la moitié de la différence entre ces valeurs. Le concept d'incertitude ayant un coût, la bonne pratique consiste à ne pas utiliser les hypothèses du cas le plus abso-lument défavorable quant à la densité extrême la plus haute ou la plus basse, mais plutôt à considérer les hypothèses qui établissent la plage de densité avec un niveau de confiance de 80 %. Pic d'énergie par unité Pratiquement tous les centres de données connaissent des variation d'énergie parmi les armoires. Il est courant de trouver des armoires fonctionnant à partir de 50 watts (commu-tateur réseau avec tableaux de répartition) jusqu'à 30 kW (serveurs lame haute performance à pleine charge). Cela représente une plage de 60 à 1 de consommation d'énergie. Si le centre de données doit gérer les variations d'énergie entre les armoires, les systèmes de distribution énergétique et de refroidissement doivent être capables d'assurer les valeurs de pic d'énergie des armoires individuelles. Par conséquent, la distribution d'énergie et de



refroidissement doit être de plus grande dimension que prévu par rapport à l'énergie cible moyenne nominale de l'armoire. La consommation cible moyenne nominale de l'armoire est à la base des capacités d'énergie en masse et d'équipements de refroidissement, mais le pic de consommation de l'armoire est à la base des capacités de distribution de refroidissement. Surdimensionner la distribution d'énergie et de refroidissement représente un coût, mais offre la possibilité de gérer les variations d'énergie parmi les armoires. Lorsque le rapport entre le pic d'énergie de l'armoire et l'énergie cible moyenne nominale est égal à 3 ou plus, il peut être souhaitable de gérer le coût en tentant de réduire ce rapport. Il existe deux techniques d'optimisation du rapport pic sur moyenne cible nominale d'énergie :

1. Regrouper les armoires de puissance similaire en blocs et définir des blocs de diffé-rentes densités. L'énergie cible moyenne nominale par armoire sera différente entre les blocs, mais le rapport entre pic et énergie cible moyenne nominale des blocs indi-viduels diminuera.

2. Contrôler l'énergie maximum par armoire à l'aide d'une politique. Exiger que les déploiements informatiques au-dessus d'une certaine densité d'armoires soient répar-tis entre ces dernières. En limitant le pic d'énergie, il devient inutile de prendre des dispositions pour disposer d'équipements d'alimentation électrique ou de refroidisse-ment de puissance extrême. Cette option est très efficace si le centre de données est prévu pour une petite fraction d'armoires de serveurs lames.

Pour faciliter la détermination des valeurs de pic appropriées, l'annexe 1 indique les valeurs typiques pour différentes applications. Rapport d'énergie gérée Les fonctions de gestion d'énergie des systèmes informatiques modernes tendent à réduire l'énergie moyenne consommée sur la durée à une valeur inférieure à la pleine charge calculée. Dans un objectif de capacité, les systèmes d'alimentation électrique et de re-froidissement doivent être conçus pour l'alimentation des équipements informatiques à pleine charge calculée. Toutefois, pour établir l'efficacité électrique, l'énergie moyenne est la valeur la plus importante, car elle établit le niveau d'énergie opérationnelle moyen prévu pour les systèmes d'énergie et de refroidissement. Plus le rapport d'énergie est faible, plus les systèmes énergétiques et de refroidissement sont forcés de fonctionner à faible charge, conditions où leur efficacité est généralement réduite. Le rapport d'énergie gérée est d'environ 95 % dans les centres de données mo-dernes, mais il est prévu qu'il chute entre 40 % et 80 % pour de nombreuses applications dans les quelques années à venir. À noter que le rapport d'énergie gérée ne modifie pas spécifiquement la surface du centre de données ou les capacités d'énergie en masse et des systèmes de refroidissement, ni les systèmes de distribution d'énergie et de refroidissement. En revanche, il affecte considéra-blement l'efficacité ou PUE d'un centre de données, qui influence le choix de l'architecture du système. Les faibles valeurs de rapport d'énergie gérée suggèrent des concepts de centre de données modulaires et évolutifs, ou dotés d'une excellente efficacité à faible charge, produisant des économies de coût énergétique majeures pendant le cycle de service. Une efficacité énergétique de centre de données modélisée ou calculée dans tenir compte du rapport d'énergie gérée produira des calculs excessivement optimistes et suspects. Bien souvent, l'exploitant de centre de donnée peut avoir le choix de la densité des armoires. Par exemple, lorsque des serveurs montés en rack sont déployés, la densité de l'armoire peut être limitée en laissant simplement des espaces vides dedans. Un opérateur peut

Politiques de densité informatique



également avoir le choix du déploiement de dispositifs individuels et être en mesure de mélanger haute et basse densité au sein des armoires pour maîtriser les watts par armoire. La responsabilité de ces décisions peut incomber à l'exploitant du centre de données ou tomber sous le contrôle des utilisateurs ou de tiers. Tous les centres de données devraient avoir des politiques relatives à la densité. Le pic d'énergie de l'armoire ne doit pas être établi en supposant l'énergie maximum dans le cas le plus défavorable de dispositifs informatiques futurs, mais plutôt en établissant une limite raisonnable et en forçant les déploiement à demeurer dans cette limite. Les centres de données qui projettent un large éventail d'armoires gérant l'énergie profitent de la spécifica-tion des limites d'énergie par bloc, en établissant des blocs spécifiquement pour haute ou basse densité et ensuite des politiques par bloc. L'un des problèmes courants observés dans de nombreux centres de données existants réside dans le fait que quelques éléments ou presque tous du déploiement informatique se situe au-delà des capacités du centre de données à densité moyenne ou de pic. Cette situation se traduit par des surcharges et des surchauffes, car les capacités de distribution sont surmenées et peuvent entraîner une panne d'énergie en masse ou de capacité de refroidissement. Il s'agit des conditions évidentes. Toutefois, comme nous l'avons souligné plus tôt, le déploiement à basse densité pose également un problème car il peut conduire au blocage d'énergie et de capacité de refroidissement à mesure que le centre de données se remplit. Une utilisation inutilement médiocre de l'espace des unités dans les armoires contribue fréquemment à une basse densité. Par conséquent, le déploiement d'armoire d'énergie minimum comme maximum doit être surveillé et faire l'objet d'une politique. Un exemple de politique de densité est présenté à l'annexe 2. Les techniques et méthodes décrites peuvent être appliquées à tout projet individuel de centre de données. Toutefois, ils se prêtent également à la spécification de densité pour les centres de données modulaires standard. Les modules préconçus standard ou les concepts de référence pour les blocs, les salles et les locaux peuvent et doivent avoir des spécifica-tions de densité utilisant cette approche, qui simplifie grandement la conception des centres de données. Pour une étude plus poussée de l'architecture modulaire et de la façon dont la densité et autres spécifications s'appliquent, consultez le Livre blanc 160, Spécification de l'architecture de centre de données modulaire.

Application au concept de cen-tre de données modulaire

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Lorsque la densité énergétique d'un centre de données est spécifiée par une seule valeur, comme W/ft2 ou W/m2, de nombreuses caractéristiques de performance importantes ne sont pas définies. Cette situation peut conduire à une confusion considérable lors des processus de spécification, de conception et de mise en service, et laisse aux exploitants une com-préhension limitée des capacités du centre de données . Un centre de données doit être de spécifié d'une manière qui permet de tenir compte des principales contraintes conceptuelles, tout en offrant des recommandations sans ambigüité aux ingénieurs et entrepreneurs qui détaillent le concept. La spécification doit présenter clairement les informations nécessaires aux exploitants de centre de données pour établir des politiques et des procédures d'exploitation et pour leur assurer que la performance du centre de données sera prévisible. Cet article a présenté une approche logique et rapide pour documenter les besoins d'espace et de densité du centre de données, qui présente suffisamment de détail pour assurer un performance prévisible qui ne doit rien au hasard. Lorsqu'un centre de données est spécifié ainsi, les recommandations en vue de la conception détaillée d'un centre de données sont beaucoup plus complètes et claires qu'avec les méthodes historiques. Même les centres de données disposant d'informations incomplètes et de plans incertains peuvent utiliser cette méthode. Des valeurs conceptuelles sont présentées pour aider les utilisateurs à définir une spécification de densité. Il est envisagé que des blocs, des salles et des locaux standardisés, préconçus et modulaires fournissent des spécifications en utilisant cette méthode pour simplifier la conception des centres de données.

Conclusion

Neil Rasmussen est vice-président senior du service Innovation de Schneider Electric. Il est chargé de la direction technique du plus important budget au monde consacré à la recherche et au développement de l'infrastructure physique (alimentation, climatisation et rack) de réseaux stratégiques. Neil Rasmussen détient 25 brevets liés au haut rendement et à l'infrastructure d'alimentation et de refroidissement des centres de données à haute densité. Il a publié plus de 50 livres blancs portant sur les systèmes d'alimentation et de refroidissement, dont une grande partie a été traduite dans plus de 10 langues. Il s'est récemment intéressé plus spécifiquement à l'amélioration du rendement énergétique. Il est internationalement reconnu dans son rôle de conférencier sur le thème des centres de données à haut rendement. Neil Rasmussen travaille actuellement au développement d'infrastructures évolutives à haut rendement et haute densité pour les centres de données. C'est l'un des principaux architectes du système InfraStruXure d'APC. Avant de fonder APC en 1981, Neil Rasmussen a obtenu un diplôme d'ingénieur et une maîtrise en génie électrique au Massachusetts Institute of Technology où il a soutenu une thèse sur l'analyse de l'alimentation de 200 MW d'un réacteur à fusion Tokamak. De 1979 à 1981, il a travaillé aux Lincoln Laboratories du MIT sur les systèmes de stockage d’énergie à volant d’inertie et sur la génération électrique à partir de l’énergie solaire.

À propos de l'auteur



Projets de centre de données : planification du système Livre Blanc 142

Spécification de l'architecture d'un centre de données modulaire Livre Blanc 160

Feuille de calcul Espace et densité : spécification d'un petite salle de serveurs Cliquez deux fois sur l'icône pour accéder à la feuille de calcul

Feuille de calcul Espace et densité : spécification d'un grand centre de données Cliquez deux fois sur l'icône pour accéder à la feuille de calcul

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Le Table A1 présente des valeurs de point de départ typiques pour faciliter le calcul d'espace et de densité pour un centre de données. À noter que certaines valeurs ne peuvent pas être généralisées car elles dépendent du concept ou du modèle commercial et doivent être déterminées pour un projet spécifique.

Paramètre de spécifica-tion

Petite entreprise

Grande entreprise Collocation Cloud HPC

Nombre d'armoires par bloc (#) 4 à 10 10 à 14 6 à 14 10 à 20 10 à 20

Énergie moyenne nomi-nale par armoire (W) : énergie à pleine charge de l'armoire moyenne

4 kW 6 kW 4 kW 12 kW 16 kW

Pic d'énergie par unité (W) : énergie maximum de l'armoire la plus puissante

8 kW 12 kW 12 kW 25 kW 25 kW

Incertitude d'unité énergétique (%): incerti-tude de l'estimation d'énergie cible moyenne nominale

Réduction de 50 %

Réduction de 30 %

Réduction de 50%

Réduction de 30 %

Réduction de 50%

Rapport d'énergie gérée (%): énergie moyenne effectivement consom-mée divisée par la pleine charge des armoires

Réduction de 90%

Réduction de 80%

Réduction de 90%

Réduction de 70%

Réduction de 90%

Type d'espace réservé au développement

Armoire Emplacements

Bloc Emplacements

Emplacements du bloc et de la

salle Bloc et salle

Emplacements

Emplacements du bloc et de la

salle

Quantité d'espace réservé au développement

5 à 10 % du nombre total

d'armoires 1 bloc par salle

Dépend du modèle

commercial 1 bloc par salle 1 bloc par salle

Espace réservé pour énergie et refroidisse-ment

Dépend de la conception





Espace réservé aux systèmes auxiliaires 5 % de la salle 5 % de la salle 10% de la salle 5 % de la salle 5 % de la salle

Espace réservé au stock-age 10% de la salle 5 % de la salle aucun aucun aucun

Espace réservé à l'accès, aux rampes et aux colon-nes

50% de la salle 30% de la salle Dépend de la conception 20% de la salle 20% de la salle

Annexe 1 : Application des paramètres typ-iques de spécifi-cation de densité Table A1 Cinq paramètres principaux nécessaires pour établir des spécifications d'espace et de densité



Pour assurer des performances prévisibles et fiables pour ce centre de données, les politiques suivantes régissent l'installation des équipements informatiques : POLITIQUE RELATIVE À LA DENSITÉ Ce bloc est conçu pour une énergie moyenne par armoire de xx kW et un pic de xx kW. Tous les emplacements d'unités de toutes les armoires de rack doivent être occupés par des équipements informatiques ou par un panneau d'obturation, afin d'optimiser l'efficacité et de réduire les points chauds. Les armoires individuelles ne doivent pas être configurées au-dessus du pic nominal, car la distribution d'énergie n'a pas la capacité de supporter des charges supérieures au pic et l'armoire risquerait de ne pas recevoir la circulation d'air appropriée. Si une armoire dépasse la limite de pic, l'une des options suivantes s'applique : • Supprimer des charges informatiques et les répartir sur les autres armoires disponibles

qui n'ont pas atteint leur limite.

• Demander un aménagement spécial au service technique du centre de données, sus-ceptible de nécessiter un re-câblage et/ou des limitations d'utilisation des armoires ad-jacentes.

• Trouver ou mettre en service un autre bloc offrant un énergie nominale supérieure par armoire.

Si les armoires sont configurées avec des dispositifs de basse densité tels que tableaux de répartition, commutateurs, stockage ou autres, tenter de veiller à ce que l'énergie moyenne par armoire dans ce bloc soit maintenue proche de la valeur nominale. L'installation d'un nombre excessif d'équipements de basse densité peut provoquer le blocage d'énergie et de capacité de refroidissement dès lors inutilisables. Si l'énergie moyenne est inférieure à la capacité du bloc, l'une des actions suivantes est recommandée : • Vérifier le montage physique des dispositifs pour s'assurer que l'agencement réduise

les excès d'espace d'unités inutilisé.

• Envisager le montage arrière de certains dispositifs de basse densité pour réduire l'utilisation d'espace d'unités.

• Utiliser des tableaux de répartition de plus haute densité dans la mesure du possible.

Pour déterminer l'énergie consommée par les armoires existantes, par les équipements disponibles et destinés à l'installation ou par les équipements envisagés, consultez le service technique du centre de données.

Annexe 2 : Exemple de dé-claration de poli-tique relative à la densité

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Calcul de l'espace et de la densité énergétique … telle terminologie introduit une confusion et une ambigüité inutiles ... Il existe quatre problèmes majeurs avec la pratique