Implementação de data centers eficientes em termos de energia

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1 Implementação de data centers eficientes em termos de energia Traduzido por Schneider Electric, Critical Power and Cooling Services Division - Brazil Relatório APC No. 114

2 Resumo executivo Os custos da utilização da eletricidade estão se tornando uma fração cada vez maior do custo total de propriedade (TCO) de data centers. É possível reduzir significativamente o consumo elétrico em data centers típicos com um projeto correto da infra-estrutura física de rede crítica e pelo projeto da arquitetura de TI. Este relatório explica como quantificar a economia de eletricidade e apresenta exemplos de métodos que podem reduzir bastante o consumo de energia elétrica. Rev Página 2 / 16

3 Introdução O uso da energia elétrica não é um critério de projeto típico de data centers, nem é administrado efetivamente como uma despesa. Isto é verdadeiro apesar do fato de que o custo da energia elétrica, ao longo da vida operacional do data center, pode ultrapassar o custo do sistema de energia elétrica incluindo a UPS e também pode ultrapassar o custo dos equipamentos de TI. As razões para esta situação são as seguintes: A conta da energia elétrica chega depois que o consumo já ocorreu e os custos não estão claramente relacionados a quaisquer decisões específicas ou práticas operacionais. Portanto, esses custos são considerados como inevitáveis. Ferramentas para modelamento de custos elétricos em data centers não estão disponíveis facilmente e não são utilizadas normalmente durante o projeto do data center. Os custos da energia elétrica não estão, em geral, sob a responsabilidade ou no orçamento do grupo operacional do data center. Os custos da energia elétrica do data center podem estar incluídos em uma conta de energia elétrica geral e podem não estar disponível separadamente. Os responsáveis pelo processo decisório não recebem informações suficientes durante o planejamento e sobre as decisões de compra relacionadas às conseqüências do custo da energia. Este relatório mostrará que tudo isso pode e deve ser corrigido, pois é possível obter economias financeiras substanciais em casos de usuários típicos. A maior vantagem pode ser obtida no projeto de novas instalações, porém é possível obter certa economia também em instalações existentes e naquelas em fase de modernização. Decisões simples, sem custos, feitas no projeto de um novo data center podem resultar em economias da ordem de 20 a 50% na conta de energia elétrica e, com um esforço sistemático, até 90% da conta de energia elétrica pode ser evitada. Qual é o custo do consumo da energia elétrica? Um valor típico para o custo da energia elétrica é de $0,12 por kwh. Em função dessa tarifa, o custo elétrico anual por kw de carga de TI é de aproximadamente $1.000,00. Ao longo de 10 anos de vida de um data center típico isto significa aproximadamente $10.000,00 por kw de carga. Como regra geral, aproximadamente metade da energia utilizada em um data center vai para as cargas de TI. A outra metade vai para os equipamentos da infra-estrutura física crítica da rede (NCPI), inclusive para os equipamentos de energia elétrica. Isto significa que para cada kw de carga de TI o custo da eletricidade em 10 anos é de aproximadamente $20.000,00. Por exemplo, um data center de 200 kw teria um custo de eletricidade de $ ,00 em 10 anos. Este custo é significativo para qualquer empresa e todos os profissionais de TI deveriam entender onde esta despesa está indo e como pode ser evitada. Rev Página 3 / 16

4 Para onde vai a energia? Aproximadamente metade ou um pouco menos da energia utilizada em um data center vai para as cargas de TI. A outra metade vai para os equipamentos da infra-estrutura física crítica (NCPI) da rede, inclusive para os equipamentos de energia elétrica, equipamentos de resfriamento e de iluminação. A Figura 1 mostra o fluxo de energia elétrica em um data center típico de alta disponibilidade. Observe que toda a energia consumida pelo data center termina como dissipação de calor que é descarregada para a atmosfera externa. A Figura 1 está baseada em um data center típico com redundância de 2N nos equipamentos de potência e N+1 nos equipamentos de resfriamento, operando aproximadamente com 30% da capacidade nominal. Figura 1 Fluxo de energia elétrica em um data center típico O data center acima tem uma eficiência de 30% com base na fração de entrada de energia elétrica que realmente vai para as cargas de TI. Para uma explicação mais detalhada sobre onde vai a energia elétrica e como os diversos tipos de equipamentos contribuem para formar a carga, consulte o Relatório No. 113 da APC, Modelamento da Eficiência Elétrica em Data Centers. A eficiência não é uma métrica muito boa Muitos debates acerca do consumo de energia elétrica utilizam o termo eficiência. Embora o significado subjacente de termos como melhorar a eficiência seja bem entendido, o uso técnico do termo eficiência gera uma certa confusão quando se trata da avaliação quantitativa em data centers. Os debates são muito mais claros quando a métrica utilizada é o consumo de energia elétrica (kwh), em vez de métricas baseadas na eficiência. Por exemplo, se dois dispositivos diferentes em um data center apresentam eficiência de 50% e de 80%, não está claro como se pode combinar essas eficiências em um único número que se relacione ao custo. De fato, os custos elétricos deveriam ser, na verdade, dependentes da quantidade de energia elétrica que flui através de cada dispositivo. Além do mais, alguns dispositivos como computadores ou iluminação apresentam eficiência de zero por cento e isso é um conceito confuso e não revela nenhuma informação quantitativa acerca do uso elétrico desses dispositivos. Rev Página 4 / 16

5 Por outro lado, usar o consumo de energia elétrica como métrica é simples e direto. O consumo elétrico total é simplesmente a soma do consumo de todos os dispositivos do data center. Se um dispositivo utiliza $10,00 de eletricidade por mês e outro utiliza $20,00 basta somar esses valores. Portanto, nesse relatório o consumo de energia elétrica será o termo quantitativo utilizado em vez do termo eficiência, que é mais comum porém é ambíguo. Uma análise completa sobre o modelamento do consumo de energia em data center é apresentada no Relatório Oficial No. 113 da APC. O valor de um Watt A energia elétrica é vendida em unidades de energia chamada de kilowatt-horas (kwh), que é a quantidade de energia fornecida em uma hora com um nível de potência de 1000 Watts (1 kw). A distinção entre potência e energia é muito importante para a análise econômica. Os custos da capacidade de potência (demanda) são aqueles associados aos sistemas que fornecem energia e aumentam com o nível de potência do projeto do sistema. Exemplos de custos determinados pela capacidade de potência são os custos com a UPS, com o gerador, custos de ar condicionado e custos com os equipamentos de distribuição de energia elétrica. Os custos da energia são aqueles associados à conta da energia elétrica. Um princípio-chave a entender é que reduzir o consumo de energia pode reduzir os custos relacionados à capacidade de potência (demanda) e também os custos com a energia. Ou seja, uma implementação que economize eletricidade em muitos casos também pode economizar custos de infra-estrutura da rede (NCPI), que são determinados principalmente pela demanda de carga de potência. Um princípio conjugado importante de se entender é que há uma diferença entre reduzir o consumo de energia temporariamente e reduzir o consumo de energia permanentemente. Economias temporárias como desligamento de cargas ou gerenciamento da potência de servidores reduzem os custos de eletricidade, porém não reduzem necessariamente a potência nominal dos sistemas NCPI e dos custos relacionados com a infra-estrutura NCPI. Alterações permanentes ou estruturais como servidores ou sistemas UPS de alta eficiência reduzem tanto o custo com a eletricidade como os custos da infra-estrutura. Esses princípios são ilustrados na Tabela 1 com alguns exemplos de valores economizados. Rev Página 5 / 16

6 Tabela 1 Benefícios finaceiros ao economizar um kw no consumo elétrico em um data center típico com alta disponibilidade, comparando a eliminação de consumo estrutural e temporário Eliminação de consumo temporário Eliminação de consumo estrutural Comentário Método de economia Economia elétrica em 1 ano Economia elétrica em 10 anos (TI) Economia elétrica em 10 anos Infra-estrutura física crítica de redes (NPCI) Economia no Investimento de capital com NCPI Economia com despesa operacional da NCPI Gerenciamento da potência. Desligamento de cargas, pelo Economizador Servidores de alta eficiência. UPS com alta eficiência. Dimensionamento correto $960,00 $960,00 Adotando $0,12 por kwh $9.600,00 $9.600,00 Vida útil típica de data centers $960,00 $13.760,00 A eliminação estrutural permite redução no consumo elétrico relacionado à capacidade (demanda) $0,00 $13.300,00 A eliminação estrutural permite redução na capacidade dos equipamentos $0 $6.600,00 Redução no equipamento reduz despesas operacionais, como manutenção, por exemplo $10.560,00 $43.260,00 No exemplo acima, o data center possui redundância de 2N e opera com uma carga típica de 30%. Observe que para um data center não-redundante a economia poderia ser bem reduzida, para cerca de metade da economia mostrada. Observe também que em uma situação típica nem toda a potência instalada e os requisitos de capacidade de resfriamento podem ser evitados por uma redução estrutural, portanto a economia pode ser mais reduzida ainda. No entanto, em geral, uma estimativa razoável é que a eliminação de consumo estrutural vale duas vezes mais que uma eliminação temporária. O ponto-chave para entender aqui é que há dois tipos de reduções de consumo de energia: aquelas que evitam o consumo de energia, porém não reduzem os requisitos de capacidade de potência (demanda) e aquelas que também permitem a redução da capacidade da potência instalada. Vamos nos referir a essas reduções em consumo que evitam o uso da energia sem reduzir a capacidade da potência instalada como eliminação temporária de consumo e àquelas que permitem a redução da capacidade da potência instalada como eliminação de consumo estrutural. Além disso, em data centers, uma regra geral é que a eliminação de consumo estrutural vale aproximadamente duas vezes a eliminação do consumo temporário. Rev Página 6 / 16

7 Redução do consumo de energia em equipamentos de TI O principal determinador do consumo de energia elétrica é a potência consumida pelos equipamentos de TI. O consumo de energia elétrica pelos equipamentos de TI afeta diretamente a conta de energia elétrica, e contribui indiretamente ao exigir diversos equipamentos de potência e de resfriamento que também consomem quantidades comparáveis de eletricidade. Portanto, todo o pessoal de TI deveria estar preocupado com o controle do consumo de energia elétrica dos equipamentos de TI. Os métodos para controlar o consumo de energia elétrica dos equipamentos de TI têm sido historicamente muito fracos. Por exemplo, os fornecedores de equipamentos de TI não fornecem informações adequadas para permitir que os usuários tomem decisões com base no uso da potência. Os usuários normalmente não entendem que têm opções de TI que podem afetar o consumo de energia elétrica. No entanto, a situação está melhorando e os usuários podem tomar medidas operacionais e de planejamento que reduzem sistematicamente o consumo de energia elétrica. A redução do consumo de energia elétrica em sistemas de TI consiste de diversas abordagens: Ações operacionais: desativar sistemas, operar sistemas existentes de maneira mais eficiente e migrar para plataformas mais eficientes em termos de energia Ações de planejamento: virtualização e padronização Cada um desses itens será analisado em seguida. Operacional: desativar sistemas de TI A maioria dos data centers tem plataformas com tecnologia antiga que permanecem operacionais para fins de arquivo ou de pesquisa. De fato, a maioria dos data centers tem na realidade servidores de aplicações que operam, porém não tem usuários. É importante fazer um levantamento desses sistemas e criar um plano para descontinuá-los. Em muitos casos, os sistemas podem ser retirados da rede e desligados, mesmo se não forem fisicamente desativados. Existe uma oportunidade relacionada onde diversas plataformas de tecnologia antiga podem ter suas aplicações consolidadas em novos servidores, reduzindo essencialmente o número total de servidores. Este tipo de consolidação não exige virtualização, que será analisada mais adiante. É possível uma redução de consumo de energia de até 20% em casos típicos. Mesmo se o espaço ocupado no piso não for recuperado, a capacidade de energia elétrica recuperada pode ser muito valiosa à medida que os usuários implementam equipamentos de TI com densidade mais elevada. Operacional: operar os sistemas existentes de modo eficiente Atualmente, a maioria dos novos servidores tem recursos de gerenciamento de energia. Ou seja, eles são capazes de reduzir o consumo de energia em momentos de carga de processamento reduzida. Isto não ocorria há alguns anos, quando o consumo de energia de praticamente todos os equipamentos de TI era constante e independente da carga de processamento. Os usuários devem estar cientes dessa mudança na tecnologia de TI e devem conhecer o status dos recursos de gerenciamento de energia em seus sistemas de TI. Rev Página 7 / 16

8 Sempre que possível, o gerenciamento de energia deve ser ativado em todos os dispositivos que possuem esse recurso. Observe que muitos fabricantes fornecem equipamentos com esses recursos desativados na fábrica. Isto pode exigir a atualização de aplicativos para garantir que aproveitem ao máximo a vantagem dos recursos de gerenciamento de energia. Os recursos de gerenciamento de energia reduzem o uso elétrico total, porém não reduzem o requisito de capacidade de energia elétrica (demanda). Operacional: migração para plataformas de computação eficientes em termos de energia A migração para plataformas mais eficientes do ponto de vista elétrico é outra estratégia eficiente para reduzir o de consumo energia. A maioria dos data centers possui servidores denominados de baixa densidade com 3 a 5 anos de utilização. Normalmente esses servidores consomem a mesma potência ou um pouco menos por servidor do que os servidores em camadas (blade) atuais e são servidores fisicamente muito maiores. A migração de servidores antigos para servidores modernos em camadas, trocando servidor por servidor, normalmente não reduz o consumo total de energia e pode até elevá-lo. No entanto, esse tipo de migração permitirá densidades de encapsulamento muito maiores para os servidores. Os servidores em camadas não geram mais calor que os servidores 1U equivalentes, porém geram calor em uma área menor e isso traz problemas de remoção de calor, criando a percepção de que servidores em camadas geram calor excessivo. Quando é planejada a implementação de um novo servidor, o uso de servidores em camadas em relação a servidores com fatores de forma alternativos permitirá, em geral, uma redução de 20% no consumo de energia. Isto porque os servidores em camadas geralmente têm fontes de alimentação de alta eficiência e compartilham algumas funções gerais, como os ventiladores, por exemplo. É importante entender que selecionar o fator de forma em camadas reduz o consumo de energia em relação a servidores com outros fatores de forma no caso de implementação de novos equipamentos, porém o servidor em camadas não necessariamente consumirá menos energia que os servidores mais antigos. Esta análise sugere que a migração de servidor por servidor das tecnologias existentes para camadas não necessariamente causará uma redução significativa no consumo de energia. Para determinar o potencial de economia de energia pela migração para o servidor em camadas, numa base de servidor por servidor, o consumo de energia do servidor existente deve ser comparado com o consumo de energia de qualquer servidor em camadas proposto. Além do mais, o desempenho de ambos os servidores deve ser comparado para se chegar a uma métrica de desempenho por watt. Atualmente, os principais OEMs como Dell, HP e IBM fornecem ferramentas de configuração para o usuário que informam com exatidão o consumo real de energia para diversas configurações de servidores em camadas. Para determinar os valores de consumo de energia em servidores antigos, a única maneira realista é medir servidores como exemplos, usando um vatímetro. Ao comparar os valores obtidos dessa maneira, pode ser estimada a economia de energia elétrica devido à migração para servidores em larga escala. Entretanto, as seguintes estratégias de migração são, em geral, mais eficientes: Rev Página 8 / 16

9 Use um servidor com dois processadores ou um servidor com um processador dual core para substituir 2 ou mais servidores antigos Use um servidor em camadas baseado em um processador de baixa/média potência para substituir um servidor antigo Para servidores com unidades de discos dedicados, use drives de 2,5 de classe comercial com menor consumo de energia em vez de drives de 3,5 Use um servidor com um processador dual core para substituir um servidor com dois processadores Use um servidor com dois processadores dual core no lugar de um servidor com 4 processadores Esta análise sugere que a migração não é, tipicamente, a ferramenta mais eficiente para redução do consumo de energia. O principal modo que as novas tecnologias de servidores podem ajudar a reduzir o consumo de energia é quando a consolidação dos aplicativos nos servidores for utilizada para reduzir a quantidade total de servidores ou quando os servidores forem virtualizados. Planejamento: virtualização A virtualização de servidores resulta em uma redução drástica na necessidade de energia elétrica para TI. A virtualização quase sempre reduz drasticamente a quantidade de servidores instalados. A eliminação de um servidor é uma eliminação de consumo estrutural de aproximadamente 200 a 400W, dependendo da tecnologia. Portanto, o consumo de eletricidade evitado é de aproximadamente $380,00 ao ano por servidor eliminado, e o custo TCO total em 10 anos economizado por esta eliminação estrutural é de aproximadamente $7.680,00 por servidor eliminado. Esta economia é substancialmente maior que o custo do próprio servidor. Planejamento: padronização A padronização em servidores eficientes do ponto de vista energético é uma abordagem muito eficiente, mesmo se a virtualização não for utilizada. Atualmente os servidores em camadas são a forma mais eficiente de servidor do ponto de vista elétrico. No entanto, os tipos disponíveis de servidores para um dado sistema de servidores em camadas podem variar drasticamente em termos de desempenho e de consumo de energia. Em geral é difícil prever antecipadamente os requisitos de desempenho para uma aplicação baseada em um servidor e, assim, os usuários em geral especificam o desempenho mais elevado disponível às custas de uma penalização no consumo de energia. Quando os servidores são virtualizados, a estratégia de usar o servidor com o desempenho mais elevado é, em geral, a melhor abordagem para minimizar o consumo geral de energia. No entanto, quando os servidores são implementados por aplicação em cada servidor, pode fazer sentido casar o desempenho do servidor com os requisitos da aplicação, para economizar energia. Para usuários que padronizam seus sistemas em servidores em camadas e implementam servidores por aplicação, existe a opção de padronizar em duas camadas, uma camada de alto desempenho / de alto consumo de energia e uma camada de desempenho menor/ com menor consumo de energia. A faixa de consumo de energia pode ser maior que dois-para-um. Rev Página 9 / 16

10 Uma estratégia lógica é implementar aplicações na camada de menor desempenho por definição padrão e somente passar para a camada de maior desempenho se a necessidade for demonstrada. Isto é proporcionado pela facilidade da disponibilidade de servidores em camadas. Dessa maneira, é possível a eliminação estrutural de consumo em cargas de TI de 10% ou mais para um data center empresarial típico. Redução de consumo de energia em equipamentos da infra-estrutura física da rede (NCPI) A redução de consumo de energia em equipamentos NCPI é feita usando as seguintes técnicas: dimensionamento correto do sistema NCPI em relação à carga, uso eficiente dos equipamentos NCPI e projetar um sistema eficiente do ponto de vista energético. Os usuários podem ter alguma conscientização sobre a eficiência elétrica dos dispositivos NCPI durante o processo de compra, porém o fato é que os dados fornecidos pelos fabricantes não são normalmente suficientes para determinar diferenças reais de consumo de energia, e mais ainda, fazer o dimensionamento e o projeto corretos de cada sistema tem um impacto maior no consumo de energia do que a seleção dos dispositivos NCPI. Dimensionamento correto De todas as técnicas disponíveis aos usuários, o dimensionamento correto do sistema NCPI em relação à carga tem o maior impacto no consumo elétrico desses equipamentos. A maioria dos usuários não compreende que há perdas fixas presentes em sistemas de energia elétrica e de resfriamento, quer a carga de TI exista ou não, e que essas perdas são proporcionais à potência nominal geral do sistema. Essas perdas fixas são a forma dominante de consumo elétrico nos equipamentos NCPI em instalações típicas. Em instalações que têm cargas de TI leves, as perdas fixas dos equipamentos NCPI ultrapassam comumente a carga dos equipamentos de TI. Sempre que o sistema NCPI for superdimensionado, as perdas fixas se tornam uma porcentagem maior do total da conta de energia elétrica. Para um sistema típico, carregado com 30% do valor nominal, o custo da eletricidade por KW de carga de TI é de aproximadamente $2.300,00 por KW ao ano. Se o sistema for dimensionado corretamente em relação à carga, o custo elétrico por kw de carga de TI cai para aproximadamente $1.440,00 por kw ao ano, representando uma economia de 38% nos custos elétricos conforme mostrado na Tabela 4. Rev Página 10 / 16

11 Tabela 4 Benefícios econômicos do dimensionamento correto de um data center mostrando o custo por kw em 10 anos Caso de Corretamente Comentário referência dimensionado Eletricidade para TI $9.600,OO $9.600,OO Adotando $0,12 por kwh Perda NCPI proporcional $960,00 $960,00 Perda NCPI fixa $12.800,00 $3.840,00 Eliminação estrutural permite redução no consumo elétrico relacionado à capacidade Custos de Investimento em NCPI $13.330,00 $4.000,00 Eliminação estrutural permite redução na capacidade do equipamento Custos de operação do NCPI $6.667,00 $2.000,00 Redução no equipamento reduz as despesas operacionais, como manutenção por exemplo. Custos totais elétricos com $13.760,00 $4.800,00 Total de perdas fixas e proporcionais NCPI Custo elétrico total (NCPI + IT) $23.360,00 $14.400,00 TCO total em 10 anos $43.360,00 $20.400,00 Inclusive capacidade de energia e de resfriamento e despesas de consumo de energia para NCPI Além da economia elétrica, o dimensionamento correto resulta em uma economia de $1.400,00 por kw ao ano de carga de TI nos custos operacionais e de investimento em NCPI, que é praticamente tão grande quanto à economia em eletricidade. Essas são economias em potencial para um exemplo específico; as economias reais irão variar e serão menores para sistemas não-redundantes. O dimensionamento correto tem o potencial de eliminar até 50% da conta de energia elétrica em instalações reais. A vantagem econômica convincente para o dimensionamento correto é um fator-chave pelo qual o mercado está se voltando para soluções NCPI modulares e escaláveis. Projeto de sistema eficiente, do ponto de vista de energia Muitos usuários presumem que o consumo elétrico de um sistema é controlado pela eficiência dos componentes individuais e, portanto, que a abordagem principal para reduzir o consumo de energia é se concentrar na eficiência dos dispositivos individuais. Essa premissa é bem incorreta. O projeto do sistema tem um efeito enorme no consumo elétrico de data centers, e dois data centers compostos com os mesmos equipamentos podem ter contas elétricas bem diferentes. Por esta razão o projeto do sistema é ainda mais importante que a seleção dos equipamentos de energia elétrica e de resfriamento na determinação da eficiência de um data center. Aqui são apresentados exemplos de questões do projeto de um sistema que reduzem comumente a eficiência de data centers para um valor muito mais baixo que seria previsto pela soma das perdas das partes individuais: Rev Página 11 / 16

12 Unidades de distribuição de energia elétrica e / ou transformadores operando bem abaixo de suas capacidades de carga total. Aparelhos de ar condicionado funcionando com temperaturas de saída baixas, desumidificando o ar continuamente e que depois precisa ser re-umidificado continuamente usando um umidificador. Aparelhos de ar condicionado que estão aquecendo enquanto outros na mesma sala estão resfriando. Aparelhos de ar condicionado forçados a consumir energia elétrica excessiva para forçar o ar a altas pressões por longas distâncias. Aparelhos de ar condicionado operando com temperatura do ar de retorno bem mais baixa que a temperatura de exaustão do equipamento de TI, e isso faz com que operem com eficiência e capacidade reduzidas. Bombas de resfriamento cujas vazões estão ajustadas por válvulas de estrangulamento, o que reduz drasticamente a eficiência da bomba. Observe que esta lista é formada principalmente de problemas de projeto relacionados ao ar condicionado. De fato, a maioria de práticas de projeto deficientes que desperdiçam energia elétrica está relacionada ao ar-condicionado, isto porque as arquiteturas dos sistemas de energia elétrica são mais padronizadas e, portanto, menos propensas a erros relacionados ao projeto. A lista resumida de problemas acima faz com que os data centers consumam rotineiramente o dobro da energia elétrica para NCPI que o necessário. Além disso, todos esses problemas são evitáveis com pouca ou praticamente nenhuma despesa por simples decisões de projeto. Existem duas maneiras para evitar esses problemas: 1) Assegurar que o projeto seja desenvolvido e testado completamente para evitar os problemas acima, incluindo um Modelamento Computacional Complexo de Dinâmica dos Fluidos e teste abrangente do comissionamento ou 2) Obter um sistema NCPI completo baseado em projeto padronizado, composto de módulos que tenham sido pré-desenvolvidos, pré-testados e especificados para evitar os problemas acima. Devido aos custos e variabilidade extremos da primeira abordagem, a segunda das alternativas acima se tornará a maneira padrão pela qual os data centers serão especificados e adquiridos no futuro. Uso eficiente dos equipamentos NCPI Embora a seleção de dispositivos NCPI, como os equipamentos de energia elétrica e de resfriamento, tenha efeito menor no consumo elétrico geral do sistema do que a arquitetura de TI, o dimensionamento correto dos equipamentos NCPI ou o projeto do sistema NCPI, a seleção dos dispositivos é, sem dúvida, um elemento importante para projetar um data center eficiente do ponto de vista energético. Existe uma variação substancial nas perdas elétricas entre dispositivos NCPI do mesmo tipo operando sob as mesmas condições. Rev Página 12 / 16

13 Por exemplo, em um relatório de dezembro de 2005 emitido pelo U.S. Electric Power Research Institute - Instituto de pesquisa em energia elétrica dos EUA, foi mencionado que sistemas UPS diferentes, operando com 30% da carga nominal apresentaram perdas variando entre 4% a 22%, ou seja uma variação de 500%. É importante observar que essa variação não pode ser calculada a partir das planilhas de especificações desses produtos. Esse relatório e outros relatórios oficiais da APC demonstram claramente que as perdas elétricas em aplicações reais podem ser previstas corretamente somente se os modelos apropriados forem utilizados e que os dados típicos do fabricante são inadequados para fazer previsões quantitativas do consumo elétrico de data centers. Um exemplo da maneira correta para comparar o consumo de dois dispositivos NCPI é apresentado no relatório oficial No. 108 da APC: Como tornar sistemas UPS de grande porte mais eficientes. Reduções consumo de energia geral na prática Este relatório demonstrou a amplitude do problema do consumo elétrico e sugeriu diversas estratégias para reduzir o consumo. Combinando as abordagens é possível resumir as economias em potencial se um data center for otimizado para reduzir o consumo elétrico, conforme comparado em um projeto típico. A Tabela 5 resume 10 estratégias eficientes que podem ser utilizadas para reduzir o consumo de energia elétrica, apresentando faixas de economias, comparando data centers típicos. Essas estratégias são eficientes para data centers novos e algumas podem ser implementadas imediatamente, ou gradualmente em data centers existentes. Rev Página 13 / 16

14 Tabela 5 Estratégias práticas para reduzir o consumo de energia elétrica em data centers, indicando as faixas de economias elétricas admissíveis Tamanho correto da NCPI Virtualizar servidores Arquitetura de ar condicionado mais eficiente Condicionador es de ar com modo Economizador Leiaute de área mais eficiente Equipamento energeticamen te mais eficiente Economia Diretriz Limitações 10 30% Usar uma arquitetura de energia elétrica e de resfriamento modular e escalável As economias são maiores para sistemas redundantes 10 40% Não é tecnicamente uma solução para a infra-estrutura física, porém apresenta impactos radicais. Envolve a consolidação de aplicações em menos servidores, tipicamente servidores em camadas. Libera também potência e capacidade de resfriamento para expansão. 7 15% Resfriamento orientado por fileiras/corredores tem eficiência mais elevada para sistemas com alta densidade (Relatório APC No. 130). Caminhos de ar mais curtos precisam de menos energia de ventilação para o ar condicionado em salas de computadores e as temperaturas de retorno são mais elevadas, aumentando a eficiência, a capacidade e prevenindo a desumidificação, reduzindo assim significativamente os custos de umidificação. 4 15% Muitos condicionadores de ar oferecem opções de economizador. Isto pode proporcionar economias substanciais de energia, dependendo da localização geográfica. Alguns data centers têm condicionadores de ar com o modo economizador, porém a operação no modo economizador está desativada. 5 12% O leiaute da área tem um grande efeito na eficiência do sistema de ar-condicionado. Envolve a disposição de corredor quente / corredor frio com locais adequados para o condicionador de ar (Relatório oficial No. 122 da APC). 4 10% Os melhores sistemas UPS de suas categorias têm 70% a menos de perdas que UPS antigos, em cargas típicas. A eficiência com carga leve é o parâmetro-chave, NÃO a eficiência à plena carga. É importante não esquecer que as perdas de UPS devem ser resfriadas, dobrando seus custos. Para novos projetos e algumas expansões. Difícil em caso de readaptação. Requer alterações significativas no processo de TI. Para obter as economias em uma instalação existente parte dos dispositivos elétricos e de resfriamento podem precisar ser desligados. Para novos projetos. Os benefícios são limitados a projetos com alta densidade. Para novos projetos. Difícil para readaptar Para novos projetos e expansões. Difícil para readaptar Para novos projetos ou readaptações. Rev Página 14 / 16

15 Coordenar os condicionadores de ar Localizar corretamente as placas de piso vazadas para a ventilação Instalar iluminação energeticamente eficiente Instalar painéis direcionadores de ar Economia Diretriz Limitações 0 10% Muitos data centers têm diversos condicionadores de ar que operam em conflito entre si. Um pode estar aquecendo enquanto o outro pode estar resfriando. Um pode estar desumidificando enquanto o outro pode estar umidificando. O resultado é um desperdício bruto. Pode exigir uma avaliação profissional para o diagnóstico. 1 6% Muitas placas de piso vazadas para ventilação estão localizadas incorretamente em data centers médios ou há quantidades incorretas instaladas. Os locais corretos não são intuitivamente óbvios. Uma avaliação profissional pode garantir um resultado ideal. Benefício colateral menos pontos quentes. 1 3% Desligar algumas ou todas as luzes em função do horário ou do movimento. Usar tecnologias de iluminação mais eficientes. Não esquecer que a energia dissipada da iluminação também deve ser resfriada, dobrando os custos. O benefício é maior em data centers de baixa densidade ou parcialmente ocupados. 1 2% Diminui a temperatura de entrada no servidor. Também economiza energia ao aumentar a temperatura do ar de retorno do ar condicionado em sala de computadores. Econômico e fácil de implementar com os novos painéis direcionadores encaixáveis, como os utilizados pela APC. Para qualquer data center com diversos condicionadores de ar. Somente para data centers que utilizam piso elevado. Fácil, porém requer orientação de especialista para obter os melhores resultados. A maioria dos data centers pode se beneficiar. Para alguns data centers, antigos ou novos. A tabela 5 acima fornece um resumo de algumas das ferramentas mais poderosas e práticas para reduzir o consumo de energia em data centers. Os valores de redução de consumo de energia foram estimados usando os cálculos de energia com base no Relatório Oficial No. 113 da APC (mencionado anteriormente neste relatório), aplicados a determinados projetos de data centers. Além dos itens desta lista existem outras estratégias sofisticadas de arquitetura de TI que foram mencionadas anteriormente neste relatório. Algumas das economias descritas acima podem ser incorporadas nos equipamentos fornecidos pelos fabricantes, porém a maioria está relacionada ao projeto e instalação do sistema. Projetos de sistemas pré-desenvolvidos e padronizados estão disponíveis em alguns fornecedores, tendo sido otimizados e verificados quanto à alta eficiência; consulte seu fornecedor. Para usuários de instalações existentes que buscam reduzir o consumo elétrico, os clientes podem implementar as orientações fornecidas acima, ou contar com a ajuda de alguns fornecedores como a APC que oferecem um Serviço de Avaliação de Eficiência Energética em Data Centers, utilizando ferramentas e métodos especializados projetados especificamente para data centers. Rev Página 15 / 16

16 Conclusão O custo da eletricidade para data centers é um custo operacional substancial que pode e deve ser administrado. Um data center projetado para consumo reduzido de energia também economiza outros custos, como o custo de capital e operacional associado aos sistemas de energia elétrica e de resfriamento, e também economiza espaço. O consumo elétrico de data centers existentes pode ser reduzido por meio de diversos métodos de baixo custo, porém primordialmente via migração para plataformas de computação mais eficientes do ponto de vista de energia. Para data centers novos, existem opções adicionais tanto na arquitetura de TI como na arquitetura dos equipamentos NCPI que podem proporcionar economias muito maiores. O consumo de energia elétrica é normalmente compartilhado uniformemente entre as cargas de TI e os dispositivos NCPI. Qualquer abordagem racional para reduzir o uso de energia elétrica deve tratar o projeto combinado de equipamentos TI / NCPI como um sistema para maximizar o benefício. Alguns fornecedores de equipamentos oferecem projetos completos padronizados para data centers, especificamente desenvolvidos para eficiência, e serviços de auditoria de eficiência energética estão disponíveis para usuários que desejam reduzir o consumo de energia em data centers existentes. Existem muitas oportunidades de redução de custo, com investimento pequeno ou praticamente nulo em alguns casos para obter essas reduções, comparado com as abordagens antigas para o projeto do data center. Sobre o autor: Neil Rasmussen é um dos fundadores e é o Responsável Técnico pela American Power Conversion. Na APC, Neil administra o maior orçamento de P&D do mundo dedicado a Potência, Resfriamento, Infra-estrutura para Racks para redes críticas, com principais centros de desenvolvimento de produto localizados em Massachusetts, Missouri, Dinamarca, Rhode Island, Taiwan e na Irlanda. Neil dirige atualmente as pesquisas na APC para desenvolver soluções modulares e escaláveis de infra-estrutura para data center e é o principal arquiteto do sistema InfraStruXure da APC. Antes de fundar a APC em 1981, Neil recebeu seus diplomas de graduação e de mestrado em engenharia elétrica do MIT onde apresentou uma tese sobre a análise da fonte de alimentação de 200 MW para o reator de fusão Tokamak. De 1979 a 1981 trabalhou nos laboratórios Lincoln do MIT em sistemas de armazenamento de energia em volantes de inércia e em sistemas de energia elétrica solar. Rev Página 16 / 16

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