Come si pianifica la capacità di alimentazione e raffreddamento del data center?

Alimentazione, raffreddamento e spazio rappresentano un budget, non tre. In una stanza raffreddata ad aria, come afferma la guida alla progettazione pubblicata da un fornitore di GPU, la carenza di una è compensata da un'altra: un raffreddamento limitato, ad esempio, impone una densità di rack inferiore e quindi più spazio sul pavimento.

La pianificazione della capacità parte dal carico IT quindi dal carico informatico verso l'alto. Il punto di partenza è la quantità di energia effettivamente assorbita dalle apparecchiature IT e il modo in cui tale carico viene distribuito sui rack e nel tempo. La catena elettrica è dimensionata per fornirlo con la necessaria ridondanza, e il raffreddamento per rimuovere la stessa quantità di calore alle densità in cui si presenta.

Un profilo di carico IT realistico

I valori riportati sulla targhetta sovrastimano il carico tipico, tuttavia alcune apparecchiature moderne funzionano al massimo per lunghi periodi, quindi nessuna delle due scorciatoie è sicura. Il profilo deve essere costruito partendo dagli schemi delle apparecchiature per rack, mostrando la potenza operativa massima e prevista del produttore. Dovrebbe raggruppare i rack in fasce di densità, in genere molti rack standard e un numero minore di rack ad alta densità, e definire scenari di crescita che coprano il carico del primo giorno, la crescita prevista e un caso massimo credibile. Dovrebbe anche indicare se il carico è costante o varia con il carico di lavoro.

I dati devono provenire dalle specifiche del produttore per il prodotto specifico, mai da un presupposto generico. Per l'elaborazione accelerata in particolare, controlla la guida alla preparazione del sito del fornitore per l'esatta attrezzatura che stai acquistando; i dati relativi a una generazione di prodotti non vengono trasferiti a quella successiva.

Dimensionamento della catena elettrica

Dal carico IT, la progettazione risale attraverso la distribuzione dell'energia in rack, la distribuzione a pavimento, gli UPS, i quadri, i generatori e la connessione alla rete. Ogni parte della catena necessita di una topologia di ridondanza, ad esempio N+1 o 2N, scelta in base all'obiettivo di disponibilità.

Alcune apparecchiature impongono i propri requisiti di fornitura. La stessa guida del fornitore ne è un esempio: i suoi server necessitano di un numero minimo di alimentatori per rimanere alimentati, il che rende una disposizione convenzionale a due alimentazioni insufficiente per tali rack.

Il carico IT non è l'unica fonte di energia per la connessione: anche le perdite dell'UPS, l'impianto di raffreddamento, l'illuminazione e i controlli prendono energia da esso. E mentre la capacità dell'UPS e del generatore può essere installata nei moduli man mano che il carico aumenta, la dorsale (quadri, percorsi dei cavi e spazio) dovrebbe essere costruita per lo stato finale.

Raffreddamento per lo stesso calore

Praticamente tutta l'energia fornita alle apparecchiature IT si trasforma in calore. La capacità di raffreddamento deve corrispondere al carico IT e a qualsiasi altra fonte di calore presente nell'ambiente e deve farlo nel luogo in cui il calore viene effettivamente prodotto.

La temperatura è importante. La guida alle migliori pratiche del 2024 di US Department of Energy riproduce le linee guida termiche di ASHRAE, con un intervallo di ingresso del server consigliato compreso tra 18 e 27 °C per apparecchiature raffreddate ad aria e consiglia la progettazione e il funzionamento entro tale intervallo consigliato. Gli intervalli consentiti più ampi indicano solo ciò che l'apparecchiatura può tollerare. Spingersi oltre l’intervallo consigliato ha un costo che è facile non notare. La stessa guida rileva che temperature di ingresso superiori all'intervallo consigliato possono accelerare le ventole del server; nel suo esempio, un aumento del 30% della velocità della ventola più che raddoppia, poiché la potenza della ventola aumenta con il cubo della velocità. La guida aggiunge che nella maggior parte dei casi i risparmi sugli impianti di raffreddamento sono ancora molto maggiori, ma la penalità lato server rientra nel calcolo.

Anche il raffreddamento deve seguire lo schema di ridondanza dell'alimentazione. Laddove il carico di un rack è condiviso su più circuiti, il raffreddamento deve essere dimensionato per il carico completo che tali circuiti trasportano insieme, non per la capacità di uno qualsiasi di essi, un punto sottolineato dalla guida del fornitore per i propri rack. E al di sopra di certe densità, il raffreddamento ad aria diventa poco pratico ed è necessario il raffreddamento a liquido; dove si trova quella soglia dipende dall'attrezzatura e dal design.

Metterci dei numeri

Le cifre illustrano il metodo e non devono essere lette come un punto di riferimento. I progetti reali aggiungono carichi di supporto, perdite, diversità, condizioni ambientali e requisiti specifici del prodotto.

Capacità dopo la consegna

La pianificazione della capacità non termina con la consegna dell’edificio. La potenza effettiva per rack e per circuito, le temperature di ingresso, il carico dell'impianto di raffreddamento e la ridondanza rimanente devono essere monitorati e dovrebbe esserci un processo concordato per l'approvazione delle nuove apparecchiature in base all'alimentazione, al raffreddamento e allo spazio disponibili. Senza uno, un singolo dispiegamento denso può consumare inosservato la ridondanza di un’intera stanza.

Supponiamo che un operatore voglia aggiungere sei rack ad alta densità a una stanza progettata per una media di 5 kW per rack. Il carico totale della stanza rimane entro i valori nominali dell'UPS, quindi inizialmente la modifica sembra accettabile. Un esame della capacità mostra che le unità di raffreddamento locali che servono quella fila non sono in grado di rimuovere il calore concentrato e che i nuovi rack utilizzerebbero lo spazio disponibile dell'UPS che attualmente fornisce N+1. Le opzioni diventano chiare: distribuire i rack, aggiungere il raffreddamento su sportello posteriore o in fila con connessioni a liquido oppure accettare esplicitamente una ridondanza ridotta. La decisione viene presa con i numeri davanti al proprietario, mentre c'è ancora una scelta da fare.