Diseño de pasillos y más.....

Han pasado más de 22 años desde que el Dr Robert Sullivan creó por primera vez el diseño de pasillo frío/pasillo caliente mientras trabajaba en como investigador para los laboratorios de IBM.
Años después formalizaría ese diseño para luego convertirlo prácticamente en un standard indiscutible al día de la fecha. En su trabajo "Alternating cold and hot aisles provides more reliable cooling for server farms" publicado en 2002 se explican como ubicar y orientar los racks en el Data Center para optimizar el uso de los sistemas de enfriamiento.

El diseño y la ubicación de los Racks dentro del área del Data Center es vital para lograr una optimización de eficiencia en la refrigeración.
Los Racks deben estar todos alineados formando pasillos opuestos unos con otros, enfrentando la parte delantera de una fila con la parte delantera de la otra. De esa forma, quedan diseñados pasillos intercalados: uno frío y uno caliente, alternadamente. El pasillo por donde sale el aire caliente de los Racks deberá estar en forma opuesta a la siguiente fila. Los equipos toman el aire frío por la parte frontal y expulsan el aire caliente por la parte trasera. 

En el gráfico, se muestra la disposición de los pasillos. El pasillo frío se encuentra refrigerado por el aire que ingresa por el frente de los Racks a través de las rejillas de ventilación (que pueden venir por debajo del piso técnico y de alimentación superior), y luego el aire caliente es expulsado por la parte trasera de los Racks, para reingresar a las unidades de enfriamiento, también conocidas como  CRAC (Computer Room Air Conditioning).

En estos dispositivos, monitorean y mantienen controlada tanto la temperatura como la humedad dentro del Data Center. Poseen una entrada por donde ingresa el aire caliente y una salida por donde expulsa el aire frío. Las unidades de enfriamiento deben estar coordinadas entre sí de forma tal que funcionen de modo sincronizado, haciendo un esfuerzo cooperativo, y donde la distribución de la carga es equitativa, maximizando así la vida útil de los componentes y balanceando la energía consumida.

Si estamos armado un Data Center desde cero, la mejor estrategia de optimización de espacio es inversa a la lógica convencional de diseñar primero las paredes, las columnas y puertas en un espacio vacío que luego será amoblado con cientos de equipos computacionales. Es decir, lo que se debería hacer en primer lugar, es diseñar la disposición de los Racks, ubicación de pasillos (fríos y calientes), equipos de refrigeración, etcétera.  Una vez dispuesto el diseño de la distribución de todos los elementos, es el momento de colocar las paredes, puertas y columnas en el plano. De esta forma, se logrará un máximo aprovechamiento del espacio físico, evitando así espacios muertos inutilizables.

Para tener un mejor rendimiento en los equipos de aire acondicionado, hay que disminuir el consumo eléctrico y mantener la temperatura controlada. Se recomienda hacer una aislación completa entre los pasillos, ya sea al comienzo o al final de los Racks, colocando puertas para poder acceder al pasillo aislado. Dicha separación de pasillos impide que el aire se mezcle, mejorando la temperatura y disminuyendo el consumo.

Sobre la base de las recomendaciones de la norma TIA/EIA-942, los pasillos fríos deben tener 1,20 m de ancho (hasta 0,9 es aceptado), y deberán tener una temperatura no mayor a los 25°C. Por otra parte, los pasillos calientes deben tener 0,9 m de ancho (hasta 0,6 es aceptado), funcionando a una temperatura que puede oscilar entre 36°C y 47°C, dependiendo de la carga y el uso de los Racks en ese pasillo.

En próximos artículos hablaremos de la importancia de la circulación del flujo del aire entrante y saliente.

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El incremento en la densidad de los Data Centers

Uno de los mayores desafíos que enfrentan los responsables de los Data Centers es el aumento de la densidad de consumo kW por rack, ya que por un lado requieren se mayor suministro eléctrico y al mismo tiempo se genera más calor en la misma superficie, debido a las tendencias de optimización que evolucionan permanentemente.
El motor impulsor principal de esos cambios es el avance tecnológico de los componentes de los servidores (en especial procesadores y memorias). Hoy en día existen dispositivos con mayores prestaciones, que funcionan en espacio mas reducido, pero que generan más calor en comparación con el espacio que ocupaban los mismos equipos un tiempo atrás.
Otro actor importante que tomó un rol protagónico hace ya unos años es la virtualización, que permite aprovechar los recursos ociosos.

Para poner un ejemplo, para realizar tareas de procesamiento centralizado 2005 un Data Center tradicional con 315 servidores de 2U cada uno requería unos 15 racks en promedio y podría tener un consumo promedio total de 4 kW por rack. Actualmente esa misma capacidad de cálculo puede ser reemplaza por 21 servidores que ocupan un solo rack, pero que tiene un consumo de 11 kW por rack

A medida que pasan los años, se produce una reducción de la superficie ocupada dentro del Data Center, eso hace que también aumente la densidad de cables por cada rack, y la capacidad de enfriamiento debe ser superior, ya que la densidad del calor generado tiene más concentración.
Si bien el costo de la inversión inicial del nuevo equipamiento puede ser elevado, se deben evaluar cuáles son los costos totales asociados al su funcionamiento a lo largo de la vida útil, ya que las capacidades de los procesadores aumentan permanentemente. La clave es encontrar el punto de equilibrio entre la inversión, la vida útil proyecta, el TCO y la disponibilidad deseada, para renovar los equipos periódicamente, y así producir ahorros a mediano o largo plazo

Uno de los primeros pasos que se debe seguir cuando se releva información sobre el Data Center ya existente o próximo a construir, es la definición del consumo de kW/rack actual, y el estimado para los próximos años. De esa forma, se determinará la densidad de calor generado por rack medido en kW, lo cual no es una tarea sencilla ya que no todos los rack tiene el mismo consumo, por ejemplo los equipos te comunicaciones, red, telefonía generan muy poco calor. Por el contrario, los servidores, que tienen muchos procesadores en un espacio reducido generarán más calor. Por eso, hay que identificar los distintos consumos por rack.

Luego de tener una clara definición de cuánto calor genera cada rack, hay que establecer la estrategia de refrigeración. En particular, al momento de la ubicación, conviene definir diferentes tipos de zonas o identificar posibles riesgos. Una vez efectuado esto, también es necesario saber la densidad de calor generado kW/m² y la densidad promedio kW sobre la superficie total del Data Center. Esa información nos ayudará a definir la estrategia de refrigeración que elegiremos.

En los Data Centers actuales es común encontrar racks que tiene un consumo de 20 kW o más. Esta es una tendencia en aumento a partir del año 2004 con la aparición de servidores de 1U y los servidores Blade

Clasificación según el consumo promedio por Rack:

• Densidad baja (tradicional): 1 a 3 kW
• Densidad moderada (promedio actual):  3 a 8 kW (hasta 2 servidores Blade)
• Densidad media (tendencia): 9 a 14 kW (hasta 3 servidores Blade)
• Densidad alta: 15 a 20 kW (hasta 4 servidores Blade)
• Densidad extrema: más de 20 kW

Si bien la virtualización simplifica la tarea de los administradores de los servidores, y permite agilizar el área de IT con menores costos, para los responsables de la infraestructura de los Data Centers es un arma de doble filo, ya que para aprovechar la solución mencionada de forma ideal, se deberá reemplazar el hardware existente, comprando equipos más potentes y pequeños, que también generan más calor en una superficie menor. Además, éstos pueden requerir actualización en la infraestructura de red ya que en estas soluciones requieren redes de alta velocidad y grandes capacidades de almacenamiento para aprovechar todas las ventajas que ofrecen los productos.

Con el aumento de la concentración de la cantidad de cables que entran y salen a cada rack, es fundamental tenerlos prolijamente ordenados para que el flujo de aire no se vea obstruido y se dificulte el correcto flujo de circulación de aire frío y aire caliente.

Libro publicado y sorteo

Me complace anunciar que ha sido publicado el primer libro sobre infraestructura de Data Centers en español y también los invito a participar del sorteo de 2 ejemplares.

Este libro está concebido para todos aquellos que desean abordar por primera vez la comprensión de los elementos que integran un Data Center o están ya familiarizados con el tema, pero desean profundizar y ampliar sus conocimientos previos. Por ese motivo, esta obra es una herramienta práctica tanto para los estudiantes universitarios como para los responsables del planeamiento, diseño, implementación y operación de un Data Center en las empresas.

Los consejos, estrategias y recomendaciones que se encuentran a lo largo del libro son el resultado de una extensa investigación Se inspiran en las nuevas técnicas, los estándares más novedosos y las últimas tendencias a fin de optimizar el funcionamiento actual del Data Center, y brindarle al negocio una mejora competitiva. En ese sentido, se desarrollan una serie de propuestas destinadas a la mejora de las prácticas actuales de la industria así como al diseño de planes de contingencia.

El libro cuenta con el prólogo del Lic. Carlos Tomassino.

Indice - Data Centers Hoy

El libro está editado por Alfaomega ya encuentra disponible para adquirir en formato electrónico (formato ePub). La edición en papel esta llegando a los diversos países.

• México: Ya se encuentra disponible en librerías. http://www.alfaomega.com.mx/default/data-centers-hoy-proteccion-y-administracion-de-datos-en-la-empresa-2528.html
• Argentina: Disponible en librerías a partir del 06/2014
• España: Próximamente disponible. Editado por Marcombo
• Resto de América: Disponible en librería.

SORTEO:

El día 24/06/2014 se sortearán 2 ejemplares en formato electrónico ePub. Para participar concurso deberás enviar tus datos personales (nombre, apellido, correo electrónico, país de residencia)  a datacentershoy@hotmail.com

Los ganadores serán anunciados el 25/6/2014 en este mismo post.

GANADORES
Felicitamos a los ganadores del sorteo: Yuri Perales de Perú y a Pablo Astrada de Argentina.

Muchas gracias a la gente de Argentina, España, Perú, México, Chile, Ecuador, Guatemala, Costa Rica, Colombia, República Dominicana y Venezuela por haber participado.

Cúal es la Humedad Correcta de un Data Center?

La humedad es la amenaza menos visible a los equipos dentro de un Data Center. Incluso hasta algunas personas llegan a omitirla dentro de sus consideraciones al momento de monitorear.

La humedad ambiental es la cantidad de vapor de agua presente en el aire. Se puede expresar de dos formas: mediante la humedad absoluta, y de forma relativa o grado de humedad (también conocido por las siglas HR). La humedad relativa es la relación porcentual entre la cantidad de vapor de agua real que contiene el aire y la que necesitaría contener para saturarse a la misma temperatura. Por ejemplo, una humedad relativa del 60% quiere decir que de la totalidad de vapor de agua (el 100%) que podría contener el aire a esta temperatura, solo tiene el 60% de vapor.

Otro término importante es el punto de condensación o punto de rocío, representado por la temperatura a la cual el agua que está en el aire cambia de estado de gaseoso a líquido, es decir, cuando la HR = 100%. Entonces, el aire se considera saturado.

A medida que aumenta la temperatura del aire, aumenta la capacidad para retener agua, lo cual es otro buen motivo para mantener la temperatura controlada. Esto es un efecto secundario del consumo de aire frío por parte de los equipos informáticos.  Cuando el aire frío pasa desde el frente de los servidores, sale con mayor temperatura y con mayor capacidad de retener agua.

¿Como cambia el aire cuando circula por dentro del servidor para mantener los componentes a una temperatura regulada?

El aire que ingresa por el frente del servidor para refrigerarlo tiene propiedades distintas cuando sale por la parte trasera. A mayor temperatura, menor HR e igual punto de condensación.Supongamos que por el frente del servidor ingresa el aire a 22°C, probablemente a la salida del equipo la temperatura sea aproximadamente 37°C. Así mismo la humedad relativa disminuye de 50% a 22% y el punto de condensación se mantiene igual a 12°C

Existen dos posibles amenazas relacionadas con la humedad relativa dentro del Data Center:

• Descargas electroestáticas: las posibilidades de descargas electroestáticas, también conocidas como ESD (electrostatic discharge) se producen cuando la humedad baja. Asimismo, esas posibilidades aumentan aún más si la temperatura es baja. Las descargas electroestáticas pueden ser apenas perceptibles para las personas, pero no causan ningún tipo de daño. En cambio, una descarga de 10 Volts, ya es capaz de dañar un equipo.
• Corrosión: ocurre cuando un elemento metálico es expuesto al agua, ya sea porque se moja o se generan pequeñas gotas causadas por la condensación de agua en el aire. Por ejemplo; en un ambiente con una humedad alta. Los elementos dentro de los servidores se pueden dañar y sufrir una pérdida de datos.

La clave es encontrar un equilibrio justo para tener lograr tener la humedad en un rango óptimo donde se eviten las descargas estéticas y de condensación. Por ello, el rango más adecuado de humedad es entre el 40% y el 55% (también es el rango recomendado por la norma TIA/EIA 942)

Por arriba del 55% podría haber síntomas de corrosión, y por debajo del 40% comenzarían a aumentar los riesgos de descargas estáticas.

En el mercado existen distintos tipos de soluciones para controlar la humedad del ambiente dentro del Data Center, como por ejemplo instalar humificadores: que son dispositivos que tiene sensores, los cuales envían señales para comenzar a funcionar cuando el umbral para el cual están configurados es alcanzado.

Como medida adicional de protección se pueden instalar supresores de sobretensiones transitorias o TVSS (Transient Voltage Surge Supressors) definidos por las normas eléctricas internacionales con el fin de proteger las instalaciones eléctricas de incrementos o picos de voltaje generados por fenómenos de carácter transitorios (lapso muy reducido de tiempo). Estos fenómenos inesperados pueden causar serios problemas en las instalaciones y en los equipos sensibles.  Por esta razón, su importancia clave dentro del sistema de protecciones.

La sobrecarga puede tener dos fuentes de origen:

• Interno: asociados con las sobretensiones relacionadas con maniobra y conmutación entre circuitos dentro de la propia instalación.
• Externo: causado principalmente por descargas eléctricas provenientes de la atmósfera como pueden ser los rayos.

En 2011 el primer Data Center de Facebook ubicado en Prineville, Oregon (EEUU) sufrió un incidente a causa de sus sistemas de refrigeración donde la humedad relativa superó el 95%, generando condensación de agua sobre los equipos que generaron reinicios no programados a los servidores por problemas eléctricos. Artículo completo original aquí.

Cúal es la Temperatura Correcta de un Data Center?

Dentro del Data Center, mantener la temperatura adecuada de forma estabilizada y controlada es una pauta fundamental del control ambiental, permitiendo el establecimiento y ejecución de una política claramente definida que contribuya a tener un Data Center robusto, confiable y durable.
El rango de temperatura óptimo para un Data Center es entre 17 °C y 21 °C. Es necesario aclarar que esa temperatura no es de carácter obligatorio e inamovible, sino que existe también un margen aceptable de operación que sería de 15 °C y 25 °C.
Cualquier temperatura mayor a 25 °C deberá ser corregida de manera inmediata, ya que implica poner en riesgo el equipamiento del Data Center.

Este rango de temperatura operacional es el indicado por los fabricantes de circuitos integrados para lograr un funcionamiento ideal en rendimiento y durabilidad, devenido de la Ley de Arrhenius [Svante August Arrhenius (1859-1927)  fue un científico físico-químico sueco, galardonado con el Premio Nobel de Química, en 1903] o también conocida como la Regla de los 10 grados. Esta regla dice que la vida de un componente o material se reduce a la mitad por cada 10 ºC de aumento en la temperatura; aplicado inversamente: por 10 ºC de disminución de temperatura, la vida útil de un semiconductor se duplicará.
En los grandes Data Centers, la temperatura es difícil de medir, ya que no existe un único punto de referencia para tomar la muestra. Por ello se debe realizar por pasillos, y hasta en algunos casos, se puede llegar a tomar la temperatura en varios Racks.
Actualmente en el mundo de IT, existe una discusión sobre cuál es la temperatura ideal para operar un Data Center debido a la publicación de las mejores prácticas recomendadas por el reconocido organismo ASHRAE [American Society of Heating, Refrigerating and Air Conditioning Engineers] en 2011, donde la entidad sugiere un rango de operación permitido más amplio según el tipo de Data Center, es decir, más elevado que lo afirmado en su previa publicación en 2008, y más aún comparada contra la versión del 2004.
En 2004 la recomendación de operación era entre 20 °C y 25 °C; en la publicación del año 2008, el rango recomendado se amplió a 18 °C y 27 °C. En el año 2011, el rango recomendado se mantuvo, pero se amplió el rango permitido de 5 °C a 40 °C (cabe aclarar que esto no es para todos los tipos de Data Centers, sino que varía según su clasificación).
El principal impulsor para ampliar los límites provino de la necesidad de la industria de tener mayor flexibilidad, y al mismo tiempo, de reducir costos en enfriamiento, para lo cual se debe tener un claro conocimiento de la edad de los servidores y su política de renovación. No es lo mismo renovar los equipos cada tres, cinco o siete años, si bien cuando se compran los equipos nadie lo hace pensando que van durar 10 años; en la práctica termina siendo mucho más habitual de lo que creemos, ya sea por razones presupuestarias o dificultades de migración.

Si sabemos que nuestros equipos se renuevan siempre cada tres años probablemente no tengamos problemas operando nuestro Data Center a 27 °C. En cambio, si sabemos que la vida útil de nuestros servidores va a ser mucho más extendida, deberíamos pensar en un rango de operación más bajo para así prolongar la duración de los equipos. Como se citó anteriormente, según la Regla de los 10 grados, a menor temperatura, mayor es la durabilidad de los componentes.
Por otra parte la norma TIA/EIA-942 recomienda como rango aceptable de temperatura entre 20 °C y 25 °C.

¿Qué rango de temperatura recomiendan los principales fabricantes de servidores?

• IBM: 22 °C
• Dell: 23 °C
• HP: 22 °C

¿A qué temperatura operan los Data Centers de las grandes empresas?

• Google: 26 °C (*)
• Sun: 27 °C   (*)
• Cisco: 25 °C   (*)
• Facebook: 22°C   (*)

(*) Información disponible en la sección “Video Tour” de la página http://www.datacenterknowledge.com/