Технология ИБП для обеспечения доступности центров обработки данных на уровне IV

Mike Elms, директор по продажам и маркетингу, CENTIEL Ltd, UK.

Представляя документ на недавней конференции Data Centre World, Майк Элмс сформулировал несколько вопросов поиска ИБП модульной технологии четвертого поколения. Здесь он детализирует эту презентацию, рассматривая проблемы обеспечения доступности уровня Tier IV, достижения очень низкого PUE (Power usage effectiveness, эффективность использования энергии) и того, как новейшая технология ИБП может помочь достичь, по-видимому, взаимоисключающих целей доступности уровня Tier IV и очень низкого PUE.

Может ли технология четвертого поколения повысить производительность центров обработки данных выше, чем требуется для уровня IV (99,995%) и помочь достичь эффективности использования энергии (PUE) менее 1,1?

Основной задачей любого центра обработки данных является достижение максимально возможной доступности. Институт Uptime создал систему уровней (Tiers I-IV) для центров обработки данных. Сертификация отказоустойчивости уровня Tier IV является самой высокой и требует дублирования/резервирования 2N или 2N + 1, чтобы обеспечить доступность 99,995%. Присуждение ЦОДу уровня IV выгодно как для клиента, так и для обеспечения высокого уровня безопасности центра обработки данных, равно как и для получения большего дохода благодаря гарантии большего уровня надежности.

Вторичная цель любого центра обработки данных - максимально возможная эффективность. "Green Grid" предложила метрику, известную как эффективность использования энергии (PUE), которая может быть рассчитана путем деления общей подведенной к ЦОД электрической мощности на мощность используемую вычислительным ИТ оборудованием ЦОД. Тем не менее, это дает ЦОДу дилемму доступности по сравнению с PUE: доступность уровня IV в Uptime Institute требует дублирования и избыточности, что естественно приводит к неэффективности, что противоречит требованиям Low PUE Green Grid.

На этом этапе следует отметить, что двумя наибольшими потребителями элеткроэнергии в центрах обработки данных являются: системы защиты электропитания (ИБП) и система кондиционирования воздуха (HVAC). К примеру, один центральный мегацентр данных уровня IV, принадлежащий Facebook в Лулео, построен внутри Полярного круга. Они имеют доступ к охлаждению из-за своего географического положения, а также строятся вблизи гидроэлектростанций, которые предлагают экологически чистую и надежную мощность. Однако средние и микроцентры (т. е. почти все центры обработки данных) не имеют возможности или бюджета для строительства внутри арктического круга, и построены внутри и вокруг городских центров. Как у поставщика ИБП, местоположение датацентра находится вне нашего контроля, но в этой статье мы рассмотрим, как новейшая технология ИБП и инновации могут сочетать двойную выгоду, от очень высокой доступности и очень высокой эффективности на этой средне- и микро арене.

Уровень IV с использованием ИБП Monobloc

Если для центра обработки данных требуется мощность «N»: система N имеет 1 модуль ИБП, система N + 1 имеет дополнительный 1 «модуль» для обеспечения избыточности, система 2N имеет 100%-е дублирование (т.е. две независимых линии, которые обычно называются «A» " и " B "), а система 2N + 1 имеет как дублирование, так и избыточность.

Если мы рассмотрим 2N-центр обработки данных со 100% расчетной нагрузкой (т. е. две системы ИБП, одна из которых снабжает линию A, и другая - линию B), максимальная нагрузка на каждый ИБП при нормальной работе составит 50%. Если одинаковые ИБП использовались в параллельной избыточной конфигурации 1 + 1 (наиболее распространенной параллельной конфигурации), тогда мы бы имели два ИБП, снабжающих линию А, и два ИБП для линии В, и поэтому максимальная типовая нагрузка на каждый ИБП составляла бы 25%.

Вместе с тем, центры обработки данных никогда не работают со 100% своей проектной нагрузки, поэтому, если мы рассмотрим 2N-центр обработки данных с более реалистичными 60% (расчетной нагрузки) в качестве фактической нагрузки, максимальная нормальная нагрузка на каждый ИБП составит всего 30%. Если бы те же системы ИБП находились в 1 + 1 параллельной избыточной конфигурации, максимальная нормальная нагрузка на каждый ИБП теперь составляла бы всего 15%.

Как видно на рисунке 1, даже с использованием новейших моделей безтрансформаторных ИБП, существует разница в 3% от эффективности работы ИБП, нагруженного на 50%, и ИБП, загружаемого на 15%. Если учесть, что центры обработки данных работают 24x7x365 и нуждаются в большой мощности, 3% «потраченной впустую» энергии представляет собой существенное значение, и, следовательно, существенные затраты в течение срока службы датацентра.

Пример выше показывает, что использование моноблочных ИБП в системах Tier IV «2N» и/или «2N + 1» уровня Uptime Institute для достижения уровней доступности уровня IV, напрямую противоречит требованию Green Grid для снижения PUE. Зададимся вопросом - что изменится, если использовать модульные ИБП 4-го поколения? Модульный ИБП 4-го поколения имеет ряд особенностей, которые одновременно и обеспечивают высокую доступность, и уменьшают PUE.

 

Модульный ИБП 4-го поколения

С точки зрения максимизации КПД, модульные ИБП 4-го поколения имеет два отличительных преимущества по сравнению с ИБП предыдущих технологий. Эти преимущества состоят из максимального в отрасли КПД двойного преобразования (см. рисунок 2), и возможность работы в режиме «активного сна». Режим активного сна - это функция, которая активируется только тогда, когда фактическая нагрузка достаточно низкая (насколько определено пользователем). В этом режиме все модули ИБП, излишние для защиты нагрузки с требуемыми уровнями избыточности, переходят в активный сон, в котором функционируют все схемы мониторинга ИБП, но силовой модуль не включется в процесс преобразования мощности, тем самым уменьшая потери и повышая общую эффективности использования системы.

 

Уровень IV с использованием модульного ИБП 4-го поколения

Используя те же данные, что и для примера выше, для центра обработки данных с 2N защитой со 100% проектной нагрузкой (т. е. две системы ИБП, один из которых снабжает линию А, и другой линию Б), максимальная нормальная нагрузка на каждый ИБП будет составлять 50%. Однако, если использовать модульные  ИБП в параллельной избыточной конфигурации N + 1, где N было, скажем, 5-ю модулями, тогда мы бы имели 6 модулей ИБП, питающих линию А и 6 модулей ИБП, питающих линию B, но в этом случае максимальная нормальная нагрузка на каждый ИБП системы будет увеличена до 42%.

Как указывалось ранее, центры обработки данных никогда не работают со 100% от их расчетной нагрузки, поэтому, если мы рассмотрим центр обработки данных с более реалистичным 60% (расчетной нагрузки) с защитой уровня 2N в качестве фактической нагрузки, максимальная нормальная нагрузка на каждую 5-ти модульную  систему ИБП будет по-прежнему 30%, однако, если бы те же системы ИБП теперь находились в конфигурации с 6-ю параллельными взаиморезервирующими модулями (т.е. 5 + 1) и использующими режим активного сна, максимальная нормальная нагрузка на каждый силовой модуль ИБП, работающий в режиме полного двойного преобразования, теперь составляла бы 75%, что обечпечивает минимизацию потерь мощности (и, следовательно, минимизацию PUE), и ИБП работает в наилучшей области кривой эффективности. Недостаточно мощная система будет перегружена, поставив под угрозу надежность и доступность. Слишком мощная система будет тратить энергию, будет неэффективной и дорогостоящей. Таким образом, масштабируемость и гибкость необходимы для обеспечения постоянной «правильной калибровки» ИБП и легко достижимы благодаря новейшему модульному ИБП 4-го поколения. Кривая эффективности модульного ИБП 4-го поколения также намного более эффективна с КПД более 96%, достижимой даже при низких уровнях нагрузки. Тем самым модульный ИБП 4-го поколения при правильном выборе и конфигурации может минимизировать PUE.

Мы показали выше, как конфигурация системы может минимизировать PUE, но увеличивает ли такая  конфигурация доступность? Доступность - MTBF, деленная на сумму MTBF плюс MTTR. Доступность максимизируется, когда среднее время между сбоями (MTBF) максимизируется, а среднее время восстановления (MTTR) минимизируется.

Модульный ИБП 4-го поколения максимизирует MTBF несколькими способами. Распределенная активная избыточная архитектура (DARA) обеспечивает значительное улучшение по сравнению с предыдущими архитектурами построения систем ИБП. В построенных по архитектуре DARA отказоустойчивых модульных ИБП, каждый модуль содержит все силовые элементы ИБП - выпрямитель, инвертор, статический байпас, дисплей - и критически важные элементы управления и мониторинга. Это позволяет новой технологии быть "на голову выше" по сравнению с более ранними схемами построения, которые имеют общие точки отказа в виде общего статического байпаса, схем управления, шины передачи данных и пр.

Поскольку все силовые мидули 4-го поколения - это 100% комплектный ИБП, быстрая, простая «горячая замена» неисправного модуля гарантирует ремонт ИБП независимо от типа проблемы. Поскольку ключевым моментом для доступности является скорость ремонта системы ИБП, которое в модульных ИБП 4-го поколения занимает менее 3 минут для замены - MTTR минимизируется.

Комбинация очень высокого MTBF и, самое главное, уровня MTTR, означает, что доступность модульного ИБП 4-го поколения составляет 99,9999999% («девять девяток»). Независимый технический документ, подтвержденный ведущим швейцарским университетом, более подробно показывающий, как и почему достигается уровень доступности «девять 9», можно загрузить с веб-сайта Centiel UK (www.centiel.co.uk)

Автор: Майк Элмс - директор по продажам и маркетингу Centiel Ltd

 

Оригинал статьи:
https://centiel.co.uk/ups-technology-to-improve-datacentre-availability-required-by-tier-iv/https://centiel.co.uk/ups-technology-to-improve-datacentre-availability-required-by-tier-iv/https://centiel.co.uk/why-the-ups-industry-needs-to-be-li-ion-ready/

Originally featured in Data Centre Review  April 2018 

Связывайтесь со специалистами ООО «АМВК комплект» для косультаций по вопросам использования отказоустойчивых систем бесперебойного питания с максимально возможным уровнем надежности на базе ИБП СЕНТИЕЛ в центрах обработки данных. 

Контакты

Системы бесперебойного питания Centiel S.A.

ООО "АМВК комплект"

Адрес: г. Минск, ул. Бородинская 1б, каб. 18
Тел. / факс: +375 17 328 30 61
Телефон: +375 29 632 53 57

Карта сайта