Diseño de Green data center corporativo

Introducciń An´lisis de la situaciń inicial Elaboraciń de soluciones green Diseõs preliminares Diseõ final
o a o o n n

Soluciones Green Computing
Diseõ de green data center en una empresa
n

Gatti Diego M.

Ingenier´ Inform´tica
ıa a
Facultad de Ingenier´ y Cs. H´
ıa ıdricas

15 de mayo de 2011
Gatti Diego M. Ingenier´ Inform´tica Facultad de Ingenier´ y Cs. H´
ıa a ıa Soluciones Green Computing Diseõ de green data center en u
ıdricas n

o a o o n n

Breve introducci´n te´rica
o o

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¿Que es green computing?

Green computing es la aplicaciń de pol´
o ıticas y procedimientos que
mejoran la eficiencia de los recursos computacionales de tal manera
que se reduzca el impacto medioambiental de su utilizacińo
haciendo un uso responsable de los recursos.
Se puede abordar una amplia gama de soluciones inform´ticas para
a
conservar la sostenibilidad ambiental:
Eficiencia energ´tica
e
Reducciń de los desechos electrńicos
o o
Reducciń de emisiones
o
Virtualizaciń
o
Uso de energ´ renovables
ıas

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¿Que es un green data center?

Englobado dentro del concepto de green computing, un green data
center es un complejo para el almacenamiento, administraciń y
o
diseminaciń de los datos en el cual la infraestructura IT,
o
iluminaciń y sistemas de c´mputos estń diseãdos para trabajar
o o a n
con m´xima eficiencia energ´tica y un m´
a e ınimo impacto ambiental.
Se requieren medidas de calidad ambiental en todas las etapas de
construcciń de una arquitectura IT y lograr as´ un data center
o ı
sustentable.

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Problema

Desde una empresa llega el pedido de diseõ de un nuevo centro
n
de c´mputos a partir de las deficiencias presentadas por el data
o
center con el que contaban.
La solicitud involucraba una serie de requerimientos apuntados a
corregir los deficits, entre los que se inclu´
ıan:
Disminuir el consumo
Disminuir los costos
Adaptarlo a las nuevas tecnolog´ que se incorporan
ıas
Adaptarlo al crecimiento de la empresa
Optimizar el funcionamiento

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Problema

Luego de evaluar estos requerimientos se eleva la propuesta de
llevar adelante un proyecto de dise˜o de green data center.
n
La empresa contaba con un data center de considerable antig¨edad
u
con infraestructura que qued´ desactualizada en cuanto a las
o
funcionalidades y prestaciones que puede ofrecer a las tecnolog´ y
ıas
los requerimientos tecnol´gicos que demandan los nuevos
o
equipamientos IT.(A lo mejor se puede reemplazar por un croquis)

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Objetivos

Consumo energ´tico
e
Incorporar sistema elćtrico de alimentaciń, fuentes de energ´ y UPS
e o ıa
dedicados.
Aplicar m´tricas para identificar valores y datos de consumo y funcionamiento
e
actual del data center.
Optimizar el consumo de energ´ tomando como par´metro los valores m´tricos.
ıa a e
Identificar posibles fuentes de energ´ renovables aplicables a futuro.
ıas
Sistema de refrigeraciń
o
Lograr distribuciń homogńea del fr´
o e ıo.
Lograr temperaturas ´ptimas para las distintas partes de la infraestructura.
o
Optimizar la circulaciń de los flujos de aire fr´ y aire caliente evitando que se
o ıo
mezclen.

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Objetivos

Hardware IT
Incorporar hardware con sistema de consumo eficiente, bajo nivel de emisiones,
de calor y gran capacidad de carga de trabajo.
Llevar la capacidad de procesamiento de los equipos al m´ximo a fin de obtener
a
el mayor beneficio de los recursos de hardware.
Llevar adelante un proceso de virtualizaciń, y de esta manera tener la menor
o
cantidad de equipos f´
ısicos .
Tratamiento de residuos
Disminuir la generaciń de residuos tecnol´gicos mediante la reutilizaciń y el
o o o
reciclado de los equipos de descarte generados por el centro de c´mputos.
o
Alinear las iniciativas verdes con la Responsabilidad Social Corporativa presentando un
plan Green extensivo a toda la empresa que llegue a cada puesto de trabajo a fin de
lograr el compromiso de cada usuario con el medio ambiente.
Optimizar los costos operativos

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Hip´esis
o

Logrando el cumplimiento de estos objetivos planteados se va a
obtener un data center cuyos valores m´tricos de emisiones,
e
consumo y funcionamiento en genereal respondan a las exigencias
establecidas por las pol´
ıtica green computing.

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Plan de trabajo

El plan de acciń se dividi´ en cinco etapas:
o o
1 An´lisis de la situaciń inicial (Subetapas?)
a o
2 Elaboraciń de soluciones green
o
3 Diseõs preliminares
n
4 Diseõ final
n
5 Elaboraciń de un plan green computing
o
Plazo estimado: 11 meses de trabajo aproximadamente

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An´lisis visual
a

1 Falta de espacio
2 Puntos calientes
3 Infraestructura edilicia no adecuada

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An´lisis visual
a

Sistema de refrigeraciń inadecuado para satisfacer las
o
necesidades de los equipos IT modernos.
Temperatura ambiente muy irregular
Incorrecta distribuciń de racks y de servidores por rack
o
Incorrecta dispocisiń de cables
o
Nivel de infraestructura muy por debajo de lo requerido para
satisfacer las demandas de las nuevas tecnolog´ incorporadas
ıas

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An´lisis funcional
a

Temperatura:
Servidores: Entre 75 y 80 grados en el micro. Acorta la vida
util.
A la salida de los servidores: Entre 35 y 42 grados.
Ambiente: Heterogea, depend´ de la zona del data center,
ıa
entre 18 y 30 grados.
A la salida de las rejillas: 16 grados con p´rdida de 2 grados
e
en los ductos.
Aires acondicionados: 14 grados. Muy baja pero as´ se
ı
requeria.
Humedad: 30 por ciento.

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An´lisis funcional
a

Valores ideales:
Temperatura:
Servidores: Entre 60 y 65 grados en el micro.
Ambiente: 21 grados con un margen de 5 grados de m´s o de
a
menos.
A la salida de las rejillas: Entre 19 y 20 grados.
Aires acondicionados: 19 grados.
Humedad: Entre 40 y 50 por ciento

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An´lisis funcional
a
Consumos
Servidores 21.6 KWh
7 Racks con 48 servidores f´
ısicos y 50 servidores virtuales.
Storage 6.1 KWh
Refrigeraci´n 34.5 KWh
o
Luces 0.8 KWh
PDU y UPS 4.1 KWh
Total 67.1 KWh

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An´lisis funcional
a

M´tricas
e
PUE(Power Usage Energy): 67.1KWh/27.7KWh=2.42
DCIE(Data center infrastructure eﬃciency): (1/PUE)*100=41.3 %
Emisiones de CO2 anuales: KWh*24*365*Kg CO2/KWh=117559 Kg CO2
anual
Costo de energ´ anual: 70537 pesos
ıa
M´tricas ideales:
e
PUE(Power Usage Energy): 1.5
DCIE(Data center infrastructure eﬃciency): 60 %

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Soluciones green propuestas

Infraestructura edilicia En base a las royecciones de crecimiento
a 10 aõs con estimaciones de 15 a 20 servidores al aõ se
n n
recomienda:

En base a las royecciones de crecimiento a 10 aõs con
n
estimaciones de 15 a 20 servidores al aõ se
n
recomienda:Dimensionamiento de 9m X 10mCorrecta
dispociciń de los equiposMateriales
o
t´rmicosImpemeabilizacionesSellar p´rdidasParedes de
e e
concretoConstruir sala segura para los equipos tanto
ambientalmente como estructuralmente

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Soluciones green propuestas
Cableado
Insalaciń de canaletas aereas para cablado de red
o
Instalaciń de cableado bajo piso tćnico para cableado elćtrico
o e e
Disminuir cableado de salida en los racks
Refrigeraciń
o
Refrigeraciń por aire:
o
Cooling front to back
Hot aisle - Cool aisle
No se mezclan aire frio y aire caliente y se reducen senciblemente consumos y
costos.
Modulos de refrigeraciń puntual y controlada
o
Unidad CRAC perpendicular al pasillo caliente

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Soluciones Green propuestas

Racks
Luces localizadas
Tomas internos
Refrigeraciń puntual
o
Altura 42U (2.10m); 90 cm de ancho y 1.10 m de profundidad
4 filas de 8 racks
Cubre el crecimiento previsto para 10 aõs con una capacidad m´xima de 500
n a
servidores, a 20servidores por rack, superando las estimaciones
Servidores y virtualizaciń
o
Fomentar la virtualizaciń minimizando los equipos f´
o ısicos requeridos.
Mejorar la distribuciń de carga.
o
Fuentes y micros de consumo eficiente compatibles con estandar ACPI 3.0
(.Advanced Configuration and Power Interface”. Estńdar que controla el
a
funcionamiento del BIOS y proporciona mecanismos avanzados para la gestiń y
o
ahorro de la energ´ y Energy start 4.0.
ıa.)

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Soluciones Green propuestas
Como resultado final de todas estas pol´ıticas green aplicadas se lograr´ la eficiencia
ıa
global en el funcionamiento delcentro de c´mputos. Esta secuencia de resultados es
o
conocida como tćnica de cascada:
e

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Diseõs preliminares
n
Se realizaron diseõs preliminares del green data center hasta adaptarlo a las
n
necesidades de la empresa lo que incluye planos edilicios, tecnol´gicos y disposiciń de
o o
equipos.

Espacio f´
ısico

No se logran las medidas recomendas, como consecuencia, al mantenerse la
cantidad de equipos, aumenta la cantiad de calor generada por metro cuadrado.
Igualmente se logra una sala segura para dar correcto soporte a las nuevas
tecnolog´ al cumplirse las demas especificaciones.
ıas

En toda esta etapa siempre se tuvieron en cuenta los requerimientos de la empresa en
Gatti Diego M. a dimensionamiento f´
cuanto Ingenier´ Inform´tica Facultad de l´gico y estimaciones de Computing Diseõ de green data center en u
ıa a ısico, Ingenier´ y Cs. H´
o ıa Soluciones Green crecimiento. n
ıdricas

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Flujo de aire

Soluciones de enfriamiento
Sala completa
Solo aplicable a data center de baja densidad de carga.
Puntual
Aplicable a data center medianos/grandes, de alta densidad,
alta carga de trabajo
Data center con hasta 20 KW de disipaciń t´rmica por rack
o e
en pasillo cerrado (Equivalente al calor generado por 20 KW
de potencia).
Todas estas mejoras que se aplican generan lo que se conoce como
Efecto cascada, el cambio m´s pequeõ repercute en favor de la
a n
optimizaciń del funcionamiento del data center.
o

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Flujo de aire

Eficiencia energ´tica
e
Ante el aumento de la concentraciń de calor la clave del diseõ estuvo en acercar los
o n
recursos de refrigeraciń a los focos de calor y aplicar soluciones para alta densidad:
o
Pasillos frios
Cerramiento de pasillos
Fuentes de energ´ y procesador de consumo y emisiones eficientes
ıa
Servidores blades
Virtualizaciń
o
Refrigeraciń puntual
o

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Flujo de aire

Y se evaluaron las siguientes opciones de climatizaciń
o
Climatizaciń por piso tćnico
o e
El l´
ımite es de 4 KWh de consumo por rack. Hace necesario
climatizaciń complementaria
o
Climatizaciń InRow
o
Data center medianos con un m´ximo de 30 racks, s´ con
a ı
consumos mayores a 4KWh y no mas de 100 m2.
Climatizaciń localizada
o
Grandes data center, m´s de 16 KWh de consumo por rack
a
pero en nuestro caso no supera los 10 KWh de consumo a
partir de las estimaciones de crecimiento. Solo para alta
densidad, granularidad y disposiciń no estructurada.
o

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Esquemas de refrigeraci´n planteados
o

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Diseõ final
n

Planos finales y disposiciń de los equipos
o
Se realiz´ la selecciń m´s adecuada de acuerdo a la estructura
o o a
edilicia y pensando en la eficiencia de funcionamiento del
equipamiento.

Mayor eficiencia en cuanto a circulaciń y distribuciń de aire frio.
o o

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Equipos seleccionados y estimaciń de resultados
o

Lo m´s adecuado a los requerimientos de la empresa
a
minimizando los costos y el perjuicio al ambiente.
Requerimientos de equipos con la mayor eficiencia en
consumo para lo que la relaciń KW consumidos/capacidad
o
de refrigeraciń debe serm´
o ınima.
Equipamiento que satisfaga las necesidades de refrigeraciń
o
requerida.

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Equipos seleccionados y estimaciń de resultados
o

2 equipos InRoom: 211 KW de capacidad de refrigeraciń y
o
52,8 KW de consumo.
Deben refrigerar 116 KWh de consumo de los equipos IT:
250 servidores a 100KWh
1 storage a 8KWh
6 Racks de switching a 4KWh
2 PDU a 3KWh
Luces a 0.8KWh
Total 115,8 KWh de consumo a refrigerar
Lo que permite cubrir la tasa de crecimiento estimada de
servidores a 10 aõs con 15 equipos/aõ m´ximo.
n n a

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4 equipos InRow: 9.5 KW de capacidad de refrigeraci´n y
o
2.37KW de consumo. Complementarios a los equipos InRoom,
2 por pasillo caliente.
250 servidores blades a 400Wh cada uno de consumo en racks
de 42U. Inicialmente 10 por rack.
1 storage a 8KWh de consumo.
2 PDU de 100KW de capacidad de trabajo y 3KWh de
consumo cada uno.
2 UPS de 3KWh de consumo cada uno para soportar 210 KW
de potencia y autonom´ de 15 minutos.
ıa
Total de consumo: 191,6 KWh

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Estimaciones m´tricas
e

PUE: 1,71
DCIE: 58 %
Emisiones anuales: 335683 Kg CO2
Costo Anual: $201410
PUE menor que el data center anterior superando la medida ideal
para un green data center. Este valor da la pauta de la eﬁciencia
lograda en el data center.

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Comparativas

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o a o o n n

Planificaciń green extendida a toda la empresa
o

Como aplicar green IT en la empresa

An´lisis de funcionamiento de la empresa para detectar prćticas o
a a
h´bitos que puedan ser mejorados.
a

Realizar planes de acciń green para maximizar el uso del
o
equipamiento.

Cambia la escala, en lugar de planificar para el data center se
planifica para la empresa

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o

Puntos en los que se encontraron falencias para aplicar un
pla de acciń
o

Equipos de escritorio
Consumo en horario laboral: 1000 pc*120Wh*8hs=960KWh
Consumo horario no laboral: 650 pc*120Wh*12hs=936KWh

Sistemas de impresiń
o

Escaces de uso de videoconferencias o teleconferencias

Documentaciń
o

Reutilizaciń o reciclado ń de tecnolog´ green
o o ıa

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o
Proceso de comunicaciń y capacitaciń de pol´
o o ıticas green IT
En cascada empezando por quienes tienen la autoridad de
transmitirlo y llevarlo adelante en los sectores. Para llevar adelante
la difuciń y correcta aplicaciń de estas pol´
o o ıticas se designa al
´rea de RSE. Se propone llevar adelante la capacitaciń de la
a o
siguiente forma:
Charlas con gerentes, jefes y encargados para que lo transmitan a
sus empleados.
Charlas y reuniones por sectores explicando la problem´tica y el
a
objetivo del programa
Publicaciones en el portal intranet de la empresa.
Incentivos a trav´s de premios.
e
De a poco y por etapas para que se incorpore progresimante los
cambios.
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o

Etapas de implementaciń
o

Capacitaciń
o

Aplicaciń de pol´
o ıticas de uso eficiente en los equipos de escritorio

Aplicaciń de pol´
o ıticas de uso correcto de las impresoras

Incentivo al uso de documentaciń digital
o

Centralizaciń del sistema de impresiń
o o

Informar sobre la posibilidad de realizar video conferencias o tele
conferencias.

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Conclusiń
o
Los plazos establecidos se alcanzaron sin mayores contratiempos

Los objetivos planteados al inicio del proyecto tambiń fueron alcanzados
e
satisfactoriamente:

Se implementaron satisfactoriamente pol´
ıticasde green computing respetando las
estimaciones de crecimiento.
Se obtuvieron muy buenas estimaciones de eficiencia operativa con el diseõ
n
planteados
Importante mejora en los valores m´tricos a partir de lograr un eficiente
e
consumo de energ´ impactando en los costos y cuidado del medioambiente.
ıa
Distribuciń homogenea del frio correctos flujos de aire gracias al cerramiento
o
de las corrientes de aire.
Se logr´ un diseõ eficiente y ambientalmente sustentable y unaimportante
o n
mejora en el consumo comparado con el anterior data center.
queda reflejado en el valor de las m´tricas superando las medidas requeridas
e
para un green data center y las especificaciones iniciales.
Se demuestra que a lo largo del tiempo se mantiene la eficiencia en el
funcionamiento.

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Proyectos consecuentes

Alternaivas de generaci´n de energ´ renovables y no
o ıas
contaminantes.

Alternativas de reciclado de calor.

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