Data Center : Conceitos Básicos. Alex Martins de Oliveira

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Data Center :

Conceitos Básicos

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Roteiro

• Conceitos e Projetos

• Disponibilidade, Confiabilidade e Redundância • Planejamento de Espaços

• Distribuição Elétrica e UPS (Uniterruptable Power

Supply)

• Climatização

• Cabeamento Estruturado

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Roteiro

Supply)

• Climatização

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Conceitos e Projetos

• Infraestrutura Básica:

• Sala de Computadores (computer room); • Ar condicionado e controle ambiental;

• Distribuição elétrica e UPS (Uniterruptable Power Supply); • Automação do edifício;

• Detecção e supressão de incêndio; • Segurança e controle;

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Conceitos e Projetos

• Portanto, um Data Center não é um CPD.

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Conceitos e Projetos

• Tipos de Data Centers

• Enterprise; • Internet;

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Conceitos e Projetos

• Data Center Enterprise

• Utilizado para atender um único cliente; • Montados e operados pelo proprietário; • Em geral apresenta pouca redundância;

• Custo de instalação, operação e manutenção de

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Conceitos e Projetos

• Data Center Internet

• Atendem diversos clientes;

• Possuem uma grande densidade de equipamentos críticos de

TI;

• Possuem maior redundância de componentes e sistemas

para garantir a continuidade dos negócios;

• A disponibilidade da infraestrutura do data center é o

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Conceitos e Projetos

• Data Center Collocation

• Entregam apenas infraestrutura física (espaço, energia, ar

condicionado, segurança, etc.);

• Clientes são responsáveis por instalação e operação de seus

equipamentos e sistemas;

• A segurança é um ponto crítico pois todos os clientes

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Conceitos e Projetos

Tradicional Data Center

Responsável Arquiteto Engenheiro Foco _• Definição dos espaços

• Fluxo de pessoas

• Espaço da computer room e demais espaços;

• Fluxo de equipamentos críticos de TI;

• Começa com o projeto de engenharia do site.

Tecnologia de TI

• Adequado ao espaço comercial;

• Começa após a etapa de projeto físico;

• Atende aos requisitos específicos dos usuários do espaço comercial;

• Desenvolvido em conjunto com equipes de TI e

provedores.

Baseado nos requisitos de: - Rede - Servidores - Conectividade Requisitos de Engenharia - Distribuição elétrica - Climatização

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Conceitos e Projetos

• Métodos de projeto

• Método de projeto independente • Método turn-key

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Roteiro

Supply)

• Climatização

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Disponibilidade, Confiabilidade

e Redundância

• A disponibilidade de um sistema é o tempo durante o qual ele está em

operação em relação ao tempo em que ele deve estar em operação;

• A disponibilidade pode ser calculada:

• Disponibilidade = MTBF/(MTBF+MTTR)

• MTBF = Mean time between failure • MTTR = Mean time to repair

• Para sistemas altamente confiáveis esse número deve estar próximo

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Disponibilidade, Confiabilidade

e Redundância

• Mas 100% não existe;

• Na prática esse número deve ser, no mínimo 99,9%(três

noves;

• A infraestrutura de um data center deve oferecer uma

disponibilidade mínima de 99,67%;

• Cada nove adicional aumenta a ordem de grandeza em

um fator de 10. Disponibilidade 9,99% para 9,999%;

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Disponibilidade, Confiabilidade

e Redundância

• A disponibilidade de um data center será expressa por um

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Disponibilidade, Confiabilidade

e Redundância

• Exemplo de cálculo de disponibilidade:

• Sistema Híbrido serial, supondo S1=50% e S2=60%:

Disponibilidade = (S1).(S2) = 0,5x0,6 = 30%

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Disponibilidade, Confiabilidade

e Redundância

• Exemplo de cálculo de disponibilidade:

• Sistema Híbrido paralelo, supondo S1=50% e S2=60%:

Disponibilidade = (S1+S2)-(S1.S2) = 80%

Sistema S1

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Disponibilidade, Confiabilidade

e Redundância

• A confiabilidade pode ser entendida como a distribuição

do tempo entre falhas de um sistema ou componente (MTBF);

• A redundância em data centers pode ser entendida com a

duplicidade de partes, módulos, encaminhamentos, etc.

• Há uma norma que classifica o data center quanto a

disponibilidade e redundância;

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Disponibilidade, Confiabilidade

e Redundância

• ANSI/TIA-942 estabelece o seguinte:

• Os pontos isolados de falhas devem ser eliminados para

melhorar a redundância e a confiabilidade;

• A redundância aumenta a tolerância a falhas, bem como sua

capacidade de manutenção;

• A redundância deve ser tratada de forma separada e

independente para cada subsistema do data center.

• Instituições que certificam data centers no mundo: The

Uptime Instituto (Estados Unidos) e TUV Rheinland do Brasil(organização de origem alemã)

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Disponibilidade, Confiabilidade

e Redundância

• Classificação Tier:

• Data Center tier I: Data Center Básico;

• Data Center tier II: Data Center com componentes

redundantes;

• Data Center tier III: Data Center com manutenção e

operação simultâneas;

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Disponibilidade, Confiabilidade

e Redundância

• Data Center tier I: Data Center Básico

• Não apresenta componentes redundantes em sua

infraestrutura de distribuição elétrica ou ar condicionado;

• Esse tipo de data center deve ser desligado para

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Disponibilidade, Confiabilidade

e Redundância

• Data Center tier II: Data Center com componentes

redundantes

• Possui componentes redundantes, porém com uma única

infraestrutura de distribuição;

• Nesse caso, para esses componentes redundantes não há

necessidade de parar a operação para manutenção;

• Para manutenção dos encaminhamentos de distribuição

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Disponibilidade, Confiabilidade

e Redundância

• Data Center tier III: Data Center com manutenção e

operação simultâneas

• Possui componentes redundantes;

• Vários encaminhamentos de distribuição independentes

para atender a carga crítica de TI da computer room;

• Todos os componentes críticos de TI devem ter fontes

redundantes, para serem compatíveis com a infraestrutura;

• Atividades de manutenção planejada podem ser realizadas

utilizando as capacidades dos componentes e

encaminhamentos redundantes a fim de garantir a operação segura dos componentes remanescentes.

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Disponibilidade, Confiabilidade

e Redundância

• Data Center tier IV: Infraestrutura tolerante a falhas • Além do que tem no tier III;

• Capacidade de redundância “N” dos componentes e

encaminhamentos de distribuição(energia e ar) da computer room;

• Capacidade de manter a operação quando os componentes

redundantes são retirados de serviço por qualquer motivo;

• Componentes e encaminhamentos devem ser capazes de manter a

operação, mesmo que com risco destes pararem;

• Em caso de incêndio ou outra situação de emergência, a operação

pode ser interrompida;

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Disponibilidade, Confiabilidade

e Redundância

Tier Paradas por ano DownTime

Data Center I 2 x 12h para manut. 99,67% (28,8h) Data Center II 3 x 2h para manut 99,75% (22,00h) Data Center III - 99,98% (1,6h) Data Center IV - 99,99% (0,8h)

Tier Paradas por ano DownTime

Data Center I 2 x 12h para manut. 99,67% (28,8h) Data Center II 3 x 2h para manut 99,75% (22,00h) Data Center III - 99,98% (1,6h) Data Center IV - 99,99% (0,8h)

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Disponibilidade, Confiabilidade

e Redundância

Elemento Tier 1 Tier 2 Tier 3 Tier 4

Fonte N N ou(N+1) N+2 2N, mínimo Componente redundante N N+1 N+1 N+1,mínimo Ramos de distribuição 1 1 1 normal e 1 alternativo 2 ativos simultâneos Manutenção simultânea

Não Não Sim Sim Tolerante a

falhas

Não Não Não Sim Custo por kW US$ 10.000 US$ 11.000 US$ 20.000 US$ 22.000

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Disponibilidade, Confiabilidade

e Redundância

• Disponibilidade de data centers de acordo com a

ANSI/BICSI-002

• Há cinco classes operacionais do site(entre F0 e F4), sendo

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Disponibilidade, Confiabilidade

e Redundância

ANSI/BICSI-002 Classe DownTime F0 99,0%(400h) F1 99,0%(100h e 400h) F2 99,9%(50h e 90h) F3 99,99%(4h) F4 99,999%

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Roteiro

Supply)

• Climatização

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Planejamento de Espaços

• Um dos aspectos mais críticos no projeto de data center. • As áreas devem ser dimensionadas levando em conta os

vários subsistemas, tais como:

• Sistemas elétricos(distribuição elétrica);

• Espaços de suporte (sala de impressão, NOC, salas de

reuniões, sala de baterias, entrada de telecomunicações, etc.);

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Planejamento de Espaços

• Exemplo de um diagrama básico com os espaços:

Edifício Data Center Sala de Computadores Sala de operação da rede Sala de ar condicionado Sala de Telecomunicações Sala de Energia/UPS geradores Automação Incêndio Monitoramento

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Planejamento de Espaços

• Considerações sobre a sala de computadores:

• Para o piso elevado deve-se ter uma laje de 14 cm e deve ser

projetada para uma carga de 732,36 kgf/m2;

• Para data center de alta densidade, deve-se usar uma laje de 20 cm em

um carga de 1.220,6036 kgf/m2;

• As placas do piso elevado devem ter dimensões de 24 x 24 pol. (0,60

x 0,60 m), pois essa é a dimensão padrão para equipamentos de TI;

• As paredes devem ser brancas para facilitar a iluminação; • A iluminação deve ser projetada para oferecer 500 lux; • O pé direito deve ser de no mínimo 2,60 m.

• A temperatura da sala de equipamentos deve ser entre 18ºC e 27ºC

com umidades relativas entre 30% e 60% (NBR 14565:2011);

• Já a ANSI/EIA-942 estabelece temperaturas entre 20ºC e 25ºC, com

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Planejamento de Espaços

• Considerações sobre a sala de computadores:

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Planejamento de Espaços

• Resumo de recomendações de condições ambientais:

Recomendações Normas

NBR 14565:2011 ANSI/TIA-942 Temperatura ambiental 18ºC a 27ºC 20ºC a 25ºC Ponto de condensação Entre 5,5º e 15ºC 25ºC

Troca máxima de calor 5ºC/h 5ºC/h

Umidade relativa do ar Entre 30% e 60% Entre 40% e 50% Medições A cada 3m ao longo da

linha central dos corredores frios e no ponto de retorno do ar condicionado

Entre 3 e 6m ao longo da linha central dos

corredores frios e nos pontos de entrada do ar condicionado

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Planejamento de Espaços

• Localização geográfica:

• Recomendações das normas NBR 14565:2011,ANSI/BICSI-002 E

ANSI/TIA-942;

• Local não deve estar sujeito a inundação;

• Evitar locais próximos a cabeceiras de aeroportos; • Evitar locais próximos sujeitos a abalos sísmicos;

• Evitar Locais próximos a linhas de transmissão elétrica; • Procurar locais com fácil acesso rodoviário;

• Procurar locais próximos a concessionária de energia;

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Roteiro

Supply)

• Climatização

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Distribuição Elétrica e UPS

(

Uniterruptable Power Supply

)

• Sistema mais crítico de uma data center;

• Para garantir a continuidade da operação, sistemas

auxiliares de alimentação elétrica são agregados;

• Sistemas auxiliares são os grupos geradores a diesel e os

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Distribuição Elétrica e UPS

(

Uniterruptable Power Supply

)

• Distribuição elétrica no data center(elementos básicos):

• Entrada de alimentação elétrica proveniente da

concessionária;

• Grupo motor-gerador (referido simplesmente como

gerador);

• Chaveadores (chaves de comutação); • Sistema UPS;

• Quadros/Paineis de distribuição (PDU, Power Distribution

Unit)

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Distribuição Elétrica e UPS

(

Uniterruptable Power Supply

)

Concessionária/ substação 13,2kV – 220/127V Concessionária/ substação 13,2kV – 220/127V 220/127V AC UPS Gerador Transformador/ PDU Transformador/ PDU 220/127V AC 220/127V AC 220/127V AC

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Distribuição Elétrica e UPS

(

Uniterruptable Power Supply

)

• Capacidade e eficiência do sistema elétrico:

• Pensemos num exemplo de data center em que sua

capacidade seja de 200kW, uma redundância N+1 pode ter as seguintes configurações:

• Dois módulos de 200kW; • Três módulos de 100kW; • Quatro módulos de 66 kW; • Cinco módulos de 50 kW.

• Eficiência é calcula por:

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Distribuição Elétrica e UPS

(

Uniterruptable Power Supply

)

• Dois módulos de 200kW: • Ep = (200/400).100(%)=50% • Três módulos de 100kW: • Ep = (200/300).100(%)=66% • Quatro módulos de 66kW: • Ep = (200/264).100(%)=75%

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Distribuição Elétrica e UPS

(

Uniterruptable Power Supply

)

• Classificação dos sistemas elétricos: • N ou requisito básico;

• Redundância N+1; • Redundância N+2; • Redundância 2N;

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Roteiro

Supply)

• Climatização

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Climatização

• Considerações iniciais de projeto:

• Tamanho da sala;

• Densidade de carga, kW por gabinete(ou m2);

• Número de unidades CRAC (Computer room Air

Conditioner);

• Localização da sala no edifício; • Pé-direito;

• Expansão futura; • Manutenção;

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Climatização

• Os antigos CPDs operavam a temperaturas bastante

baixa(entre 17º e 20ºC);

• A temperatura de entrada de ar dos equipamentos devem

estar entre 18 e 27ºC, com uma umidade relativa entre 40 e 55%;

• A saída de ar quente dos equipamentos aprox. em 38ºC,

com umidade de 20%;

• A saída do ar frio da unidade CRAC deve estar entre 13 e

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Climatização

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Climatização

Unidade Multiplicar por Unidade

kWatts 3410 BUT/h kWatts 0,283 TR TR 3,53 kWatts BTU/h 0,00029 kWatts

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Roteiro

Supply)

• Climatização

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Cabeamento Estruturado

ENI = Interface de Rede Externa

MD = Distribuidor principal ZD = Distribuidor de zona

LDP = Ponto de distribuição local EO = Tomada do equipamento

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Roteiro

Supply)

• Climatização

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Eficiência Energética e

Green

Data Centers

• Necessidade devido ao grande consumo de energia; • Conceito de green Data Center ainda não é oficial;

• Conceito baseado na economia de energia, otimização no

uso da água, ar condicionado, etc;

• A instituição mais avançada no sentido de métrica de

grenn data center e´o The Green Grid

(www.thegreengrid.org);

• O The Green Grid sugeriu o conceito de PUE (Power

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Eficiência Energética e

Green

Data Centers

• PUE é calculado por:

• PUE = Cinfraestrutura/Cti, onde:

• Cinfraestrutura = Carga total da infraestrutura, em kW; • Cti = Carga total dos equipamentos de TI.

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Eficiência Energética e

Green

Data Centers

• Exemplo:

• Considere um data center com as seguintes

características, de acordo com a tabela abaixo:

Sistema Carga (kW)

Equipamentos de TI 250 Climatização 350 Iluminação 15 UPS e baterias 70 Carga total do Site 685

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Eficiência Energética e

Green

Data Centers

• Exemplo:

• PUE = 685kW/250kW = 2,74

• O valor do PUE deve se aproximar de 1,00 (eficiência de 100%)

• Pesquisas recentes mostram que a maioria dos data centers tem PUE em

torno de 3,00.

• Uma PUE de 2,74 mostra que a demanda do data center é 2,74 vezes maior

que a energia necessária para alimentar os equipamentos de TI;

• Se nesse data center forem instalados novos equipamentos de TI cujo

consumo seja de 10kW, a distribuição elétrica deve ser capaz de fornecer 27,40 kW (10kW x 2,74)

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Eficiência Energética e

Green

Data Centers

• Exemplo:

• Assim a eficiência desse data center é medido por: • DCE= (250kW/685kW)x100% = 36,49%

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Bibliografia

Marin, Paulo Sérgio. Data Centers: Desvendando cada Passo: Conceitos, Projeto, Infraestrutura física e Eficiência energética. São Paulo. Editora Érica. 2011

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