data center

Data Center : Conceitos BásicosAlex Martins de Oliveira

Roteiro

• Conceitos e Projetos

• Disponibilidade, Confiabilidade e Redundância

• Planejamento de Espaços

• Distribuição Elétrica e UPS (Uniterruptable Power

Supply)

• Climatização

• Cabeamento Estruturado

• Eficiência Energética e Green Data Centers

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;

• Espaço de suporte, entre outros.


• Portanto, um Data Center não é um CPD.


• Tipos de Data Centers

• Enterprise;

• Internet;

• Collocation.


• 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

infraestrutura são os fatores de decisão para sua escolha.


• 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

principal fator de projeto do site


• 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

acessam a sala dos computadores.


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


• Métodos de projeto

• Método de projeto independente

• Método turn-key

Roteiro





Supply)

• Climatização



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

de 1 ou 100%


• 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%;

• Isso também multiplica por 10 os custos de infraestrutura.


• A disponibilidade de um data center será expressa por um

percentual num período de 1 ano;


• Exemplo de cálculo de disponibilidade:

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

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

Sistema S1 Sistema S2


• Exemplo de cálculo de disponibilidade:

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

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

Sistema S1

Sistema S2


• 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;

• ANSI/TIA-942 é a única que aplica o conceito de tier.


• 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)


• 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;

• Data Center tier IV: Infraestrutura tolerante a falhas.


• 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

manutenções planejadas e não planejadas.


• 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

ainda é necessário a parada do site;


• 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.


• 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;

• No Brasil não há data center tier IV.


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)


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


• Disponibilidade de data centers de acordo com a

ANSI/BICSI-002

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

o F0 a classe mais baixa disponibilidade e a F4 a mais alta;


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%

Roteiro





Supply)

• Climatização



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.);

• Sala de computadores.


• Exemplo de um diagrama básico com os espaços:

Edifício

Data Center

Sala de Computadores

Sala de operação

da redeSala de ar condicionado

Sala de

Telecomunicações

Sala de Energia/UPS

geradores

Automação

Incêndio

Monitoramento

Entrada Telecom Entrada de energia


• 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 umidades relativas entre 40% e 50%.


• Considerações sobre a sala de computadores:

• Paginação do piso falso (NBR 14565:2011)


• 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


• 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;

• Procurar locais próximos a centros de serviços são também recomendados.

Roteiro





Supply)

• Climatização



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

sistemas UPS, conhecidos popularmente como no-breaks;


• 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)

• Sistema de aterramento.


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


• 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:

• e1=carga requerida(kW)/potência instalada(kW)


• 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%


• Classificação dos sistemas elétricos:

• N ou requisito básico;

• Redundância N+1;

• Redundância N+2;

• Redundância 2N;

• Redundância 2(N+1).

Roteiro





Supply)

• Climatização



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;

• Requisitos de confiabilidade.

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

16ºC.

Climatização

• Corredores frios e quentes

Climatização

Unidade Multiplicar por Unidade

kWatts 3410 BUT/h

kWatts 0,283 TR

TR 3,53 kWatts

BTU/h 0,00029 kWatts

1 TR = 12.000 BTU/h

Roteiro





Supply)

• Climatização



Cabeamento Estruturado

ENI = Interface de Rede Externa

MD = Distribuidor principal

ZD = Distribuidor de zona

LDP = Ponto de distribuição local

EO = Tomada do equipamento

Roteiro





Supply)

• Climatização



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

Usage Effectiveness) e DCE (Datacenter efficiency)


• PUE é calculado por:

• PUE = Cinfraestrutura/Cti, onde:

• Cinfraestrutura = Carga total da infraestrutura, em kW;

• Cti = Carga total dos equipamentos de TI.

• DCE = (1/PUE)x100%


• 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


• 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)


• Exemplo:

• Assim a eficiência desse data center é medido por:

• DCE= (250kW/685kW)x100% = 36,49%

Bibliografia

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

Obrigado!

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