Reexaminar a adequabilidade do chão falso em aplicações de centros de dados

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1 Reexaminar a adequabilidade do chão falso em aplicações de centros de dados Aplicação Técnica Nº 19 Revisão 0

2 Sumário executivo São examinadas as circunstâncias que deram origem ao desenvolvimento e implantação de chão falso na área dos centros de dados. Muitas das razões para a sua utilização já não existem e os problemas associados ao seu emprego sugerem que o seu uso generalizado já não é justificado nem desejado em muitas aplicações. 2

3 Introdução O chão falso é uma característica omnipresente dos centros de dados. De facto, por centro de dados entende-se frequentemente como qualquer espaço com servidores e com um chão falso. A ciência básica e a engenharia do chão falso foram totalmente desenvolvidas nos anos 60 e descritas em pormenor na publicação Federal Information Processing Standard 94, de Durante 40 anos, a concepção básica do chão falso permaneceu relativamente inalterada. Ao invés da massiva utilização de chão falso nos centros de dados, a sua utilização no negócio das telecomunicações nunca foi comum. A convergência de sistemas de telecomunicações e de sistemas TI levantou a questão de como decidir a estratégia a utilizar. Recentemente, cada vez mais centros de dados TI são construídos sem o recurso ao chão falso. Uma análise da história do chão falso proporciona um melhor entendimento desta tendência. Elementos do chão falso O chão falso foi desenvolvido e implementado como um sistema destinado a desempenhar as seguintes funções: Um sistema de distribuição de ar frio para arrefecimento. Permitir a instalação de caminhos de cabos para distribuir cablagem de dados. Permitir a instalação de caminhos de cabos para distribuir cablagem de energia. Criação de uma malha de terra para protecção dos equipamentos. Permitir a passagem de tubagem de água para arrefecimento. Para compreender a evolução do chão falso, é importante examinar cada uma destas funções e qual foi o requisito original que tornou o chão falso a solução apropriada. Além disso, é útil verificar o modo como o requisito original se alterou ao longo do tempo. Nas secções que se seguem, comparam-se os requisitos originais e os actuais relacionados com cada uma das funções acima referidas. Um sistema de distribuição de ar frio para arrefecimento Requisito original É necessário ar frio junto das entradas de ar dos equipamento. A necessidade de arrefecimento não se altera significativamente durante o tempo de vida do centro de dados. Várias UPS podem alimentar o sistema para fornecer tolerância a falhas. Requisito actual É necessário ar frio junto das entradas de ar dos equipamento. A necessidade de arrefecimento alteram-se frequentemente durante o tempo de vida do centro de dados, à medida que entra e sai equipamento. Várias UPS podem alimentar o sistema para fornecer tolerância a falhas. 3

4 O chão falso vai de encontro ao requisito original e, devido à facilidade de alterar e mover painéis com grelhas de ventilação, é também apropriado para o requisito actual. Permitir a instalação de caminhos de cabos para distribuir cablagem de dados Requisito original Cabos de dados volumosos em cobre de vários condutores fazem a ligação entre bastidores. Os cabos têm de ser o mais curto possível para assegurar um funcionamento correcto. Os cabos não devem estar à vista. Os cabos mudam durante vida do centro de dados. Requisito actual Cabos de rede de cobre e de fibra óptica. Os cabos mudam várias vezes durante a vida do centro de dados. É necessário um fácil acesso aos cabos. O chão falso era a única maneira prática de ir de encontro do requisito original, mas já não é necessário nem adequado para os actuais devido à dificuldade de acesso aos cabos de dados quando estes se encontram no chão falso. Por este motivo, a maior parte dos centros de dados actuais que utilizam chão falso optam por suspender do tecto parte ou a totalidade da cablagem. Permitir a instalação de caminhos de cabos para distribuir cablagem de energia Requisito original O equipamento TI está ligado por cabo através de circuitos dedicados. O circuito não muda ao longo do tempo de vida do centro de dados. Requisito actual O equipamento IT é ligado a tomadas padrão. Elevado número de equipamento diferenciados de TI por metro quadrado. Equipamento de TI sujeito a mudanças de 2 em 2 anos. Distribuição eléctrica sujeita a várias mudanças durante o tempo de vida do centro de dados. O chão falso vai ao encontro dos requisitos originais e actuais, mas apresenta a desvantagem relacionada com o acesso em caso de necessidade de alterações eléctricas. Anteriormente a passagem de cabos eléctricos suspensos não oferecia quaisquer vantagens sendo, a par da distribuição de ar frio, a principal razão pela qual ainda se instala chão falso. 4

5 Criação de uma malha de terra para protecção dos equipamentos Requisito original Tradicionalmente as comunicações do tipo coaxial obrigavam a assegurar uma equipotencialidade, ou seja todos os componentes da rede na mesma malha de terra. Requisito actual A cablagem estruturada de cobre do tipo CAT 5 ou 6 é galvanicamente isolada e não está sujeita a interferências até 1000 V com distâncias até 50 m. A cablagem estruturada em fibra óptica é totalmente imune a interferências induzidas. A necessidade para a criação de uma malha de terra em cobre foi praticamente eliminada. A ligação entre bastidores e a ligação aos quadros eléctricos de distribuição, vai de encontro aos requisitos actuais. Permitir a passagem de tubagem de água para arrefecimento Requisito original Alguns equipamentos TI necessitam de tubagem directa de água fria para poderem arrefecer. Requisito actual O sequipamentos TI não necessitam de tubagem directa de água fria para poder arrefecer. O chão falso era a única forma prática de ir ao encontro da necessidade de proporcionar local de passagem de tubagem de água frio para arrefecimento de alguns equipamentos de TI. Hoje em dia esta realidade ou já não existe ou encontra-se restrita a áreas muito limitada, especialmente em instalações de menor dimensão. Os problemas da utilização de um chão falso A análise anterior indica que o chão falso foi uma forma bastante eficaz e prática de ir de encontro aos requisitos originais dos primeiros centros de dados. Torna-se igualmente evidente que muitos dos requisitos originais que ditam a utilização do chão falso já não existem. Por outro lado é importante analisar alguns dos problemas criados pela implementação de chão falso. Terramoto A existência de chão falso aumenta significativamente a dificuldade de garantir ou determinar uma classificação sísmica num centro de dados. Apoiar os equipamentos em cima do chão falso compromete ou dificulta a possibilidade de o ancorar. Uma vez que cada instalação é diferente, é quase impossível testar ou validar a classificação sísmica de uma instalação. Este problema revela-se, particularmente complexo, nos casos em que é especificada uma determinada capacidade de resistência sísmica. 5

6 Durante o grande terramoto de 1995 que afectou o centro e os arredores de Kobe, no Japão, os centros de dados sofreram uma série de danos. Muitos centros de dados, que deveriam ter estado operacionais ao fim de algumas horas ou de alguns dias, estiveram inactivos durante mais de um mês. Inúmeras instalações com chão falso, supostamente especificadas para resistir a terramotos, cederam, destruindo todo o equipamento. O equipamento danificado teve de ser reunido e reparado ou substituído, implicando operações morosas e complexas. Durante o desmoronamento do World Trade Center, em 2001, alguns centros de dados próximos que deveriam ter sobrevivido à tragédia, ficaram seriamente danificados e inactivos durante um período prolongado; os impactos nos edifícios fizeram com que o chão falso cedesse e desmoronasse. Este facto afecta significativamente a disponibilidade, uma vez que um período de inactividade de 5 semanas, como aconteceu perto de Kobe, corresponde a minutos. Quando comparado com os 5 minutos por ano exigido para se atingir uma fiabilidade de 5 noves, verifica-se que esta situação é vezes pior do que o valor de concepção de 5 noves. Se o período de inactividade correspondente ao terramoto for considerado como 10 % do orçamento de disponibilidade, os centros de dados perto de Kobe nunca poderiam atingir uma fiabilidade de 5 noves, a menos que um terramoto daquela magnitude ocorresse apenas uma vez em cada anos, facto que não constituiria uma hipótese realista. Em áreas sujeitas a significativa actividade sísmica, é impossível esperar uma disponibilidade de 5 noves quando se recorre à implementação de chão falso. Mesmo uma tentativa nesse sentido seria impossível de verificar. Esta é uma das razões pelas quais os operadores de telecomunicações não utilizam chão falso. É a razão mais consistente pela qual o chão falso já não é desejável para centros de dados de elevada disponibilidade. Acesso O facto de, em cada dois anos, haver mobilidade do equipamento num centro de dados moderno faz com que a cablagem eléctrica e de dados esteja sujeita a uma permanente mudança. A dificuldade de acesso a estas cablagens, quando se encontra por baixo do chão falso, resulta em atrasos e custos associados às necessidades de mudanças. Carga do chão O peso de um bastidor de equipamento pode atingir os 900 kg e podem necessitar de ser arrastados para os instalar ou deslocar. Por outro lado muitos dos equipamentos instalados nos centros de dados, necessitam de meios auxiliares de transporte para serem deslocados. Tudo isto representa uma carga adicional e reforços especiais que, nalguns casos, fica restringida a determinadas zonas do centro de dados. Para assegurar que os requisitos de carga do chão não são excedidos, é necessário planeamento com custos significativos. 6

7 A capacidade total de carga de um chão falso só é real quando todos os painéis instalados do que depende a sua robustez a nível de deslizamento lateral. Contudo, quando é necessário efectuar mudanças, cablagem ou manutenção, num centro de dados, é frequente haver painéis e até mesmo filas inteiras de painéis desmontados. Este facto pode provocar um desmoronamento catastrófico inesperado do chão falso. Pé direito Em alguns locais onde se poderiam instalar potenciais centros de dados, a redução do pé direito provocada pela instalação de chão falso não é aceitável. Este factor pode limitar as opções de instalação de um centro de dados. Conduta Quando a cablagem passa no interior do chão falso, a instalação fica sujeita a normas específicas em caso de incêndio. Do ponto de vista da regulamentação contra incêndios o chão falso é considerado um pleno de circulação de ar pelo que é considerado um espaço com risco especial. Para minimizar este problema, a cablagem que passa no chão falso deve ser montada no interior de uma conduta anti-fogo, que pode ser de metal ou de um polímero especial resistente ao fogo. O resultado traduz-se em custos e complexidade, bem como num problema particularmente difícil quando é necessário efectuar alterações num centro de dados operacional. Segurança O chão falso é um espaço que possibilita a ocultação de pessoas ou dispositivos. Nos casos em que os centros de dados partilham o espaço com outros anexos, como instalações contíguas, o chão falso representa uma forma potencial de entrar e aceder aos referidos anexos. Esta é uma razão pela qual muitas instalações contíguas não utilizam sistemas de chão falso. Distribuição eléctrica O número de disjuntores por metro quadrado num centro de dados moderno é bastante superior relativamente à altura em que se desenvolveu a arquitectura do chão falso. Na era dos computadores de grande porte, um único disjuntor, ligado por cabos, tinha capacidade para servir um bastidor utilizando para uma área de cerca de 2 metros quadrados. Hoje, esta mesma área poderia conter dois bastidores, sendo que cada um precisaria de circuitos de 6 kw, com uma alimentação A e B, para um total de 12 disjuntores. A densidade das condutas resultantes associada a este aumento dramático de disjuntores e respectivos cabos de distribuição representa um sério obstáculo ao fluxo do ar por baixo do chão. Esta situação pode implicar a necessidade de um chão falso com cerca de 1 metro de altura, de forma a assegurar o fluxo de ar necessário. O aumento da altura do chão falso compromete a integridade estrutural e inclui questões relacionadas com custos, carga de chão e terramotos. 7

8 Limpeza A limpeza do chão falso não é uma operação cómoda. O pó, as impurezas e cabos antigos que normalmente se acumulam por baixo do chão falso, são tipicamente abandonados, uma vez que à sua limpeza está associado um risco significativo de acidente. O acto de remover um painel do chão pode provocar mudanças dramáticas na movimentação de ar por baixo do chão, o que pode causar, e já tem causado, poeiras e impurezas que são aspirados pelos equipamentos e muitas vezes a sua projecção para os olhos dos operadores que efectuam a limpeza por vezes com consequências de alguma gravidade. Segurança de pessoas Um painel aberto constitui um risco inesperado para os operadores e visitantes que circulam no centro de dados. Quando maior a altura do chão falso maior o risco de ferimentos graves provocados pela falta de um painel. Ao longo do tempo de vida dos centros de dados actuais, o equipamento é frequentemente mudado; este processo aumenta o risco de sobrecarga que pode resultar num desmoronamento do chão. Custos A implementação do chão falso apresenta custos significativos. O custo típico do chão falso, incluindo engenharia de projecto, custos de material, instalação e inspecção, situa-se na ordem dos 100 a 160 Euros por metro quadrado. Além disso a opção por instalar o chão falso é efectuada, independentemente de os requisitos, quer actuais, quer os de médio ou longo prazo, o exijam. Estes custos são consideráveis, pelo que apenas devem ser efectuadas em casos realmente necessários. 8

9 As barreiras à eliminação do chão falso Apesar de cada vez mais instalações terem eliminado o chão falso e de as vantagens da sua remoção serem substanciais, alguns centros de dados são ainda concebidos com chão falso. Através de entrevistas, efectuadas pela APC, a utilizadores com chão falso, identificaram-se as seguintes barreiras. Percepção O chão falso é um ícone que simboliza a elevada disponibilidade do centro de dados empresarial. Para muitas empresas, a apresentação dos seus centros de dados constitui uma parte importante das visitas guiadas ao edifício para os clientes chave. Os centros de dados que não utilizam chão falso são considerados incompletos, deficientes ou de qualidade inferior. Como resultado, instala-se o chão falso com o objectivo de criar uma imagem. Nalguns casos, o chão falso não é utilizado para arrefecimento nem para ligações, sendo a sua única função, de facto, criar a imagem desejada. Esta questão é, sem dúvida, a maior barreira à eliminação do chão falso. Concepção de arrefecimento Os criadores de centros de dados e os operadores valorizam a flexibilidade que as concepções de arrefecimento com chão falso proporcionam. O chão falso permite mover grelhas de ventilação de forma a atingir um perfil desejado de temperatura. Esta operação é mais difícil num sistema canalizado através da utilização de tubos de ar suspensos. Além disso, existe mais experiência na concepção de distribuição de ar através da utilização de chão falso, sendo que os criadores conseguem prever melhor o desempenho do sistema. Distribuição eléctrica Devido à substituição de um pequeno número de servidores de TI de grandes dimensões por um número relativamente elevado mas mais pequenos, o número disjuntores e circuitos de distribuição por metro quadrado no centro de dados moderno é hoje maior do que no passado e é necessário um local para fazer passar esses cabos. Se não houver chão falso, estes circuitos devem ser instalados através de distribuição suspensa. A instalação e manutenção destes circuitos montados no tecto pode ser mais complexa do que a sua gestão por baixo do chão. 9

10 Concepção sem chão falso Os custos e os problemas associados ao chão falso apenas podem ser eliminados se existir uma alternativa prática e disponível. Felizmente, existem inúmeras opções de concepção que permitem este procedimento. Uma discussão completa destas alternativas encontra-se fora do âmbito desta nota de aplicação. Em geral, os métodos de arrefecimento sem chão falso situam-se nas três categorias que se resumem na seguinte tabela. Tabela 1 Métodos de arrefecimento sem chão falso Classe de centro de dados Centros de dados pequenos / Salas de dados (menos de 90 m 2 ) Centros de dados médios ( m 2 ) Centros de dados grandes (mais de 400 m 2 ) Método de arrefecimento Unidades de ar condicionado montadas em bastidores, na parede ou no tecto que não necessitam de condutas. Unidades de HVAC de chão com distribuição sem condutas e com um pleno de tecto falso para retorno do ar quente. Unidades de HVAC de chão ou de tecto com distribuição de ar frio canalizada e suspensa, em combinação com um pleno de tecto falso para retorno do ar quente. Embora todos os métodos apresentados terem já sido utilizados, as suas directrizes de concepção não estão uniformizadas e generalizadas como as de concepção por chão falso. Por isso, muitos destes sistemas são únicos e desenhados de acordo com as respectivas necessidades. Antes de estes tipos de instalações poderem ser implementados com a previsibilidade oferecida pela filosofia do chão falso, existe um trabalho prévio de consultadoria que tem que ser efectuado. Inovações recentes na distribuição de cablagem no topo dos bastidores proporcionaram uma opção de menor custo, quando comparada com a distribuição por baixo do chão. Quando combinada com as novas metodologias de distribuição de ar frio pelo topo dos bastidores, é possível atingir uma alternativa prática capaz de ultrapassar as desvantagens do chão falso. 10

11 Conclusão Muitas das razões que levaram à aplicação do chão falso já não existem. A ausência de um requisito consistente, juntamente com os problemas associados ao chão falso, sugere que o seu uso generalizado já não é economicamente nem tecnicamente justificado na maioria das aplicações, especialmente em centros de dados mais pequenos. As soluções recentemente introduzidas vieram resolver as barreiras técnicas à eliminação do chão falso. Contudo, é provável que os centros de dados utilizem chão falso durante algum tempo, devido a uma vasta experiência no âmbito da concepção de chão falso e a questões inatingíveis de percepção e imagem. 11