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.

Procedimientos: su Impacto e Importancia al Data Center

Cuando nos referimos a los procedimientos de emergencia de un Data Center muchas veces no se toma en consideración las implicancias de ejecutarlos erróneamente o simplemente no tenerlos. Para ejemplificarlo voy a relatar un caso  real ocurrido un par de años atrás en una empresa a la que asesoraba eventualmente sobre algunos temas de IT, que por razones de discrecionalidad no revelaré.
En el verano de 2010 dicha organización disponía de una buena infraestructura para poder soportar interrupciones eléctricas, aunque no siempre todo sale según lo planeado.
El Data Center está ubicado en un 9no piso de un edificio bastante viejo que contaba con un piso técnico, una UPS capaz de soportar la carga total con una autonomía de 15 minutos y sistema de refrigeración por expansión directa (DX). En ese momento había 17 Racks a un consumo promedio de 9 kVA cada uno. El aire acondicionado y las UPS consumían 30 kVA, lo que en total sumaba un consumo de 183 kVA. Además es edificio poseía un generador que había sido adquirido 10 años atrás con una capacidad operativa de 200 kVA, si bien no era de lo más moderno estaba bien mantenido y las dos veces anteriores que se había usado, respondió adecuadamente.
Un sábado caluroso de verano a las 19:00 ocurre el imprevisto: se corta la red eléctrica. Como el Data Center estaba bien planificado no se presentaron problemas, ya que las UPS habían sido correctamente mantenidas y funcionaron sin problemas, pasaron 8 minutos y como la electricidad seguía sin funcionar se encendió el generador normalmente. A los 14 minutos las baterías de la UPS agotaron su carga completamente, pero como el generador ya estaba funcionando, comenzó a brindar energía eléctrica a los equipos del Data Center….hasta allí iba todo perfecto, porque en consumo total del Data Center era 183 kVA y la potencia máxima del generador era 200 kVA. Pese a lo inconveniente de la situación, no había ningún impacto, pero ocurrió lo inesperado…… a alguien se le ocurrió usar el ascensor !!!!
La ignición del motor del generó un pico de consumo eléctrico de 30 kVA que superó el máximo de carga del generador, saturando el sistema eléctrico y causando una interrupción total en el Data Center.
En el gráfico se puede apreciar el pico de consumo eléctrico que generan los elevadores en promedio cuando inician el ascenso según el peso de la carga:

Como consecuencia se apagaron abruptamente todos los equipos del Data Center, lo que causó la rotura de dos discos rígidos, una fuente de alimentación y muchas horas de trabajo para los administradores que tuvieron que encender los equipos manualmente cuando regresó la energía eléctrica una hora después. Debido al horario, el impacto al negocio no fue muy grande.

¿Qué medidas se debería haber tomado para que no pase ese incidente?
Definir y aplicar un procedimiento de emergencia para aplicar en casos de interrupción eléctrica, en el cual, los responsables del edificio deberían haber procedido como cuando se evacua el edificio en caso de incendio, enviado los ascensores a planta bajar y abrir las puertas, dejándolos fuera de funcionamiento hasta que se restaure el servicio eléctrico. Dicha acción hubiera evitado la interrupción en el Data Center, no todo se reduce a la planificación de los recursos, sino que también es importante la forma de usarlos adecuadamente.