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Refrigeración del centro de datos: ahorrando con conciencia ecológica
Ya son varias las veces al entrar en un centro de datos, me ha sorprendido comprobar como el sistema de “aire acondicionado”, es EL sistema de refrigeración permanente (nótese en determinate EL y no UN…), en configuraciones diversas N, 2N 2N+1…y variantes…
Hay responsables que comentan:
- “Al ser inverter no tenemos picos de consumo y la potencia consumida es proporcional al esfuerzo que se le pide al sistema”. Si bien es cierto, un sistema de apoyo como el que describiré consume Y TIENE UN MANTENIMIENTO DECENAS DE VECES INFERIOR.
Algunos pensarán que hablo de lugares concretos y proyectados con medios escasos pero he visto dicha configuración desde centros privados a algunos de instituciones públicas y cada cual de distínto tamaño y uso.
Hay que tener en cuenta que el coste de la refrigeración de un CPD es muy alto, llegando a ser el 50% de la potencia invertida en el hardware, con lo que cualquier ahorro supone una gran optimización de costes y rendmiento (así como una menor huella ecológica y lo que ello conlleva).
Una de las formas mas prácticas consiste en acondicionar un plenum superior o chimenea natural de la suficiente altura que provoque una aspiración natural del aire caliente y ello reduzca las necesidade de extracción del mismo.
Dado que no siempre se puede disfrutar de este elemento (dependiente de la construcción del edificio), se puede optar por apoyar los sistemas de aire acondicionado con otros de aire forzado desde el exterior.
Mediante cabinas en las que se incorporan ventiladores específicos para este cometido, se toma aire del exterior y se insufla a los pasillos fríos.
Dado que la gran mayoría de noches del año la temperatura es bastante inferior a la de cualquier centro de datos y lo mismo ocurre durante todo el invierno y parte de primavera y otoño… con un correcto dimensionamiento podremos prescindir del sistema de aire acondicionado durante gran parte del año.
Será necesario incorporar diversos sistemas sin gran complicación compuestos en su versión mas sencilla por automatismos gobernados por higrómetros y termostatos de modo que en función de temperatura y humedad se regule la velocidad de los motores de los ventiladores para un consumo menor siempre que sea posible.En versiones mas avanzadas se podrá incorporar control mediante sistemas informáticos, aunque no siempre es necesario.
En cuanto a la regulación de la velocidad, depende de si estos (lo motores de los ventiladores) son trifásicos o monofásicos.
(Se pueden colocar monofásicos haciendo una correcta distribución de la carga entre las fases, lo que a veces puede ser una ventaja)
En el primer caso casi estaremos obligados a incorporar reguladores de frecuencia que modifiquen la velocidad, pero en caso de ser monofásicos, podemos decantar la decisión por reguladores de tensión, mas económicos y de igual resultado.
De este modo el consumo eléctrico del sistema de aire forzado puede llegar a ser hasta un 90% menor al del sistema de aire acondicionado y de uso durante una gran parte del año. En otra buena parte el aire podrá funcionar a una potencia menor siendo apoyado por el sistema descrito.
En función de ciertas combinaciones de datos podemos hacer que el sistema actúe únicamente sobre el sistema de aire forzado, en combinación o solamente el sistema de frío (lease aire acondicionado).
Mejoras a esta metodología consisten en la incorporación de una estación meteorológica en el exterior y relojes horarios que permitan conocer con una previsión de horas la tendencia del tiempo y adelantar el funcionamiento del sistema esas horas cuando sea factible ahorrando otro buen puñado de watios consumidos.
Así mismo recordaré lo ya indicado en otros posts, en los que menciono la gran mejora existente en el consumo cuando se separa totalemente el pasillo frío del caliente.
Por medio de cortinas (usadas habitualmente en sistemas de cámaras industriales de frío), sistemas de metacrilato disponibles en varios fabricantes así como otras técnicas que no pemitan la mezcla de corrientes de aire calientes y frías.
Tapas en las zonas (“Us”) de los racks no utilizadas, así como en los laterales no cubiertos por cables, evitarán reflujos de aire hacia el pasillo frío que calienten el aire que se aporta a los elementos de hardware. Estos reflujos hacen que los sensores de temperatura de los elementos detencten mayor temperatura y por tanto aumenten la velocidad de los ventiladores. Consecuecia: mayor consumo y contamientación acústica del CPD.
El coste de la instalación de elementos e instalaciones descritas es fácilmente amortizable antes de los tres años desde su instalación , lo que demuestra el alto grado de optimización (con respecto al sistema de contar únicamente con sistemas de aire acondifionado).
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Rendimiento del Centro de datos & ecología
El consumo eléctrico de los centros de datos es cada vez mayor y ya disponemos de estudios que indican que los centros de datos consumen hoy en día más energía que toda Suecia.
Gran parte de la energía consumida por los circuitos, se transforma en calor y debe ser evacuado, con lo que se precisan potentes sistemas de climatización.
A esto debemos añadir, sistemas de monitorización, humidificación, sistemas anti-incendio…
Ello implica que en algunos centros de datos, por cada watio consumido por la electrónica, se precisen tres para mantenerlo refrigerado, con el grado óptimo de humedad, etc…
Hay diferentes asociaciones (ej: The GreenGrid), que intenan poner freno al crecimiento sin control de este efecto y promocionan la investigación de mejores prácticas, en la construcción, uso y buenas prácticas de gestión el los centros de datos de sus asociados.
Así nace una forma de medir el grado de optimización (lease ecología) energético de los centros de datos por medio de lo que se denomina PUE.
PUE = Potencia total consumida por las instalaciones / la potencia consumida por el equipamiento TI.
El resultado es un número, y a menor cuantía, mejor resultado.
El centro de datos perfecto (y utópico hoy por hoy), es aquel cuyo PUE sea 1, lo que significaría que cada watio empleado en el CPD se usa para “cómputo”.
Es por ello, que los grandes fabricantes suelen publicar sus PUE para demostrar lo ecológicos que son (se puede leer como: el ahorro de costes que se obtiene al optimizar el consumo eléctrico).
Otra fórmula ampliamente aceptada es el índicador DCiE:
DCiE = (Potencia de equipamiento TI x 100) / Total de potencia de las instalaciones
El resultado es un porcentaje, en cuyo caso la perfección sería del 100%, con el que se expresa qué porcentaje de la potencia consumida es utilizada por los equipos de “cómputo”, frente al consumo total.
Es mas que evidente, que situar un centro de datos en lugares como Irlanda (clima suave, húmedo, sin grandes contrastes entre estaciones) es mucho mas favorable para un centro de datos, desde la perspectiva del consumo que aquel situado en lugares con climatologías adversas (intente refrigerar un centro de datos situado en Sevilla el 5 de Agosto, y mantenga el grado de humedad óptimo (siempre buscando el PUE=1…:-))
Como ya hemos comentado en otras ocasiones, la forma del centro de datos, las corrientes de aire y su aprovechamiento, la indicencia del sol, climatología de cada día, carga del propio centro de datos, correcta extracción del aire caliente que arrojan las máquinas, aislamiento y otras muchas variables incidirán en una reducción del PUE (o si lo prefiere, aumento del DCiE).
Nota: En éste artículo se entenderá la palabra “cómputo”, de una forma no literal, sino como el conjunto de realizar los procesos de almacenamiento, comunicaciones, cómputo y otras..
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Compresión vs Deduplicación (compress or dedupe in primary storage)
La mayoría de estudios coinciden en que cada 18 meses se duplica la cantidad de información mundial .
Aquellos que no se han parado a analizar su esquema de almacenamiento, aun piensan, erróneamente, que eso ocurre únicamente en ciertos lugares…pero no es así. Los mismos estudios indican que el 97% de las empresas tienen un crecimiento en almacenamiento no estructurado (aquel que corresponde a ficheros diversos, que no forman parte de bases de datos), mayor al 80% anual.
La solución del usuario, hace décadas que está presente. En su día optábamos por herramientas como arj, rar o lha y hoy en día continuamos con los winzip, winrar, gzip, b2zip y clones de los anteriores con nombres variopintos.
La solución al problema, por concienciados que tengamos a nuestros usuarios, no tiene una solución corporativa con la utilización de estas sencillas técnicas, dado que el usuario no puede andar comprimiendo y descomprimiendo los datos y ficheros que utiliza a diario (dado que en caso contrario invertiría una ingente cantidad de tiempo en estos procesos).
Ya hace años que existen soluciones, unas incluidas en el paquete de almacenamiento del propio fabricante de los sistemas, otros por medio de appliances, destinados específicamente a ello que permiten la optimización de los datos de la empresa. Pero también es cierto que cada vendedor nos canta la canción con la melodía que a él le hace más gracia.
Compresión inline, deduplicación, shrinking de fichero sin pérdida (no, no le llaman compresión aunque lo parezca…)
La compresión es un proceso por el cual se utiliza un algoritmo que permite disminuir el volumen total de datos, pero como bien argumentan los defensores de la deduplicación, tiene un límite por el cual no se puede comprimir más, sin pérdida de información.
Tomemos como ejemplo una película de vídeo. El formato original digital, puede ocupar varios “Gigas”, mientras que su conversión (compresión), a un formato DivX hace que dispongamos de ese film, ocupando solamente una porción de su original. Pero este sistema tan radical de compresión hace que el nuevo formato tenga una pérdida de información y la calidad de la imagen en pantalla es menor.
Hay a quien no le importa esa pérdida de datos pero si llevamos ese mismo procedimiento al sistema de nóminas de los empleados y desaparece un dígito de su sueldo (el empresario puede argumentar que “solamente “ se ha perdido un dígito de todo el documento), mientras que para el empleado, será todo un escándalo (ya decía Einstein que todo es relativo, ¿verdad?).
Este ejemplo viene a ilustrar que no siempre se puede comprimir más allá de un cierto límite.
Una solución alternativa (que se puede combinar con la compresión en la mayoría de casos), pasa por la deduplicación de los datos.
Esta tecnología ataca y realiza su trabajo a nivel de bloque en los sistemas de almacenamiento. Muy utilizado en almacenamiento secundario y cada vez mas en el primario…con ciertas restricciones.
Pongamos un escenario sencillo para entender la deduplicación.
Supongamos que disponemos de varios ficheros de Word, imágenes jpg, pdfs y otros tipos de archivos.
La compresión del formato “doc”, tiene muy buenos resultados mientras que este proceso sobre ficheros jpg y/o pdfs ofrece índices más bien discretos.
Si se observa los ficheros a nivel de bloque, comprobamos como todas las imágenes jpg, tienen una misma cabecera y por tanto bloques similares, lo mismo ocurre con los ficheros de Word, Excel, pdfs…
Si disponemos de 1000 ficheros pdf (difícilmente comprimibles con resultado satisfactorio). En vez de almacenar 1000 veces su cabecera y bloques comunes, el algoritmo de deduplicación, hace que solamente se almacene una vez (realmente por seguridad, algunas más pero lo olvidaremos para este ejemplo), y dicho bloque sea utilizado por todos los ficheros que disponen de él. Lo mismo ocurrirá con el resto de ficheros almacenados.
De ese modo reducimos el volumen del almacenamiento, sin pérdida de datos, con resultados increíbles…en muchos casos.
La deduplicación, sin embargo, ofrece algunos problemas.
Los sistemas operativos, no están preparados para que les modifiquen ciertas características y por tanto los procesos de deduplicación, en almacenamiento primario hacen que el espacio ahorrado, quede disponible como almacenamiento libre para nuevos volúmenes y no como espacio libre dentro de los volúmenes (el sistema operativo se volvería loco si le decimos que tiene un disco de 10 GB, con 15 GB de datos y 5 de espacio libre…)
La solución sigue siendo magnífica pero se debe tener en cuenta este aspecto.
Otro problema es que los fabricantes de almacenamiento realizan estos procesos de deduplicación off-line ya que requieren de mucho trabajo y no suelen disponer de potencia de cálculo y disco como para realizarlos inline.
La combinación de las dos técnicas aun ofrecen mejores frutos, en lo referente a espacio ahorrado (y por tanto energía, refrigeración, costes de mantenimiento…) pero debe de estudiarse el impacto en nuestro sistema a nivel de rendimiento, pues no todas las soluciones funcionan de igual modo. NetApp ha sido uno de los valedores de esta tecnología para entornos SAN/NAS, aunque la mayoría de fabricantes ofrecen ya este tipo de solución. Otros como 3PAR, ofrecen para el mercado mid-size (alto) y Highend, deduplicación inline, si bien el coste de su solución suele ser algo mayor que otras del mercado.
Algunas compañías, están ofertando soluciones más curiosas.
Por ejemplo Ocarina Networks, una startup Californiana, ofrece tecnología propia, por la que utilizando un appliance mas un software instalado en los servidores, abre el archivo almacenado, los descompone en segmentos (no a nivel de bloque), lo optimiza y lo reescribe. Cuando se precisa el archivo, el software lo recompone, sin pérdida de datos.
Imagen de appliance para optimización de datos de Ocarina Networks
La solución dice ofrecer mejores ratios de espacio salvado, que la deduplicación y compresión tradicionales, si bien tiene el problema de requerir parte de los ciclos de la CPU de los servidores para obtener los datos. Como casi siempre, es una solución muy válida para algunos entornos y que puede tener detractores para otros.
Cuando los datos almacenados están encriptados, la solución se torna más difícil.
La deduplicación no funciona con archivos encriptados dado que sus bloques son un galimatías y no es fácil encontrar bloques iguales. Así mismo la compresión no surte efecto tras la encriptación (si antes, pero no siempre es posible efectuar estos procesos en el orden adecuado).
En este tipo de entornos, y en caso de resultar factible, se requiere de la desencriptación de los datos, compresión y deduplicación de los datos y vuelta a encriptar a nivel de volumen, pero dado que la encriptación es una técnica realizada la mayoría de veces a nivel de aplicación, esta solución no es fácilmente aplicable.
Una solución factible y que puede otorgar flexibilidad, potencia y buenos resultados pasa por unir varias tecnologías.
IBM ofrece (sin ser el único fabricante que lo hace), discos encriptados en algunas de sus cabinas (a partir de la serie DS5000), con lo que cualquier “cosa”, que se introduzca en dicho tipo de disco lo hace de forma encriptada.
Si a esto se añade un appliance o SVC que permita realizar la dedupliación/compresión de los datos inline (normalmente un/varios appliance por necesidades de potencia de cálculo dedicado), será factible disponer de una solución que permita mantener los datos encriptados y por tanto los niveles de seguridad, ahorrando espacio.
vSolutions.es, aplica diversas tecnologías para disponer siempre de entornos avanzados y seguros. El servicio BKOL, de copias de seguridad para archivos, bases de datos y servidores de correo empresariales en caliente, descansa sobre sistemas de procesado y almacenamiento optimizados mediante diversas técnicas, entre las que figuran las indicadas en el presente artículo.
Publicado enAlmacenamiento, GreenIT Tagged: Almacenamiento, Backup Online, BKOL, Compresión, Deduplicación, Encriptación, storage, vSolutions.es
Potencia y consumo eléctrico: medidas & magnitudes en el CPD.
Los elementos que componen el centro de datos, consumen energía eléctrica y ésta debe ser controlada, medida y utilizada en su justa medida.
La medida más común de medir la potencia eléctrica es el watio (cuyo símbolo es la “W”).
Para entender mejor dicha medida, pensemos en un secador de pelo.
Suponiendo que se conecta a 220 voltios (el voltaje es la diferencia de potencial entre la fase y neutro que nos provee la compañía eléctrica, siendo la intensidad una medida del flujo de electrones que viajan desde un polo al otro (en este caso de la fase al neutro) y que en sus especificaciones indica que tiene una potencia de 2200 watios.
Potencia = Voltaje x intensidad
Por tanto 2200 watios = 220 voltios x I
I = 10 A
Podemos decir que una potencia de 2200 watios, se corresponde, en un mundo perfecto, a 10 amperios de intensidad circulante.
Hasta aquí todo es muy sencillo y teórico pero resulta que hay otra medida de potencia que es el voltiamperio (VA), cuya fórmula parece ser la misma.
La realidad es que la fórmula indicada anteriormente, no es correcta del todo. El voltiamperio (VA) es la medida de lo que se conoce como “potencia aparente” y si que corresponde a la formula Pa=V x I.
Por tanto, ¿Cuál es la fórmula real y completa de la potencia eléctrica? (que realmente se denomina “potencia activa”)
P = V x I x cos ᶲ (el último símbolo es la letra “fi”, griega, y también conocida como “factor de potencia”).
Existe una tercera potencia que se denomina “potencia reactiva” que es la realmente consumida por los circuitos (medida en voltiamperios reactivos).
Estas tres potencias, se pueden representar en un “triángulo de potencias”.
Q= Potencia reactiva
S= Potencia aparente
P=Potencia activa
Por tanto ᶲ es el ángulo que se forma entre las potencias activa y aparente.
¿Por qué se suele calcular, de modo básico, entonces la potencia activa, sin tener en cuenta dicho ángulo?
Porque, en un entorno de hogar (donde no hay grandes consumos, motores, transformadores…), podemos afirmar que la potencia activa y aparente son iguales, y la potencia reactiva tiende a cero, por tanto el coseno del ángulo resulta ser 1 y el resultado del cálculo de ambas potencias resulta en el mismo valor.
En entornos industriales, las bobinas de los motores y otros elementos, tienden a generar potencia reactiva y por tanto separar la activa y la aparente en valores diferentes.
Este efecto, es penalizado por las compañías suministradoras, que obligan a corregir este aspecto al abonado así como a pagar un plus en su factura en función del coseno de ᶲ que se le mida.
El efecto se contrarresta con baterías de condensadores, que al contrario que las bobinas tienden a disminuirlo y por tanto tienden a corregir el problema y reducir el coste eléctrico (los elementos capacitivos tienen el efecto contrario a los inductivos).
Es por ello, que determinados elementos como los SAIs o los grupos electrógenos tienden a ofrecer su hoja de características en voltiamperios y no en watios (suponen que con un factor de potencia “idóneo” ofrecerá dicha potencia en voltiamperios, no pudiendo garantizar la potencia en watios ofrecida en cada momento e instalación, dado que no se conoce la diferencia entre ambas magnitudes).
Es el personal de control del data center, el encargado de comprobar que su consumo en watios y voltiamperios se corresponde, en lo posible, para ajustar los parámetros de los diversos elementos a las diferentes medidas y disminuir al máximo el factor de potencia (o coseno de ᶲ).
El control del factor de potencia, la eliminación o sustitución de elementos que disminuyan la potencia reactiva, el control de cargas activas en cada momento por cada subsistema de los que componen el CPD y sus infraestructuras, son formas de proceder que disminuiran el costo eléctrico (además de la generación de una menor huella para el medio ambiente).
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