Custo Total de Exploração para Centro de Dados e Infraestrutura White Paper #6 Revisão 2
Resumo Nesta comunicação é descrito um método melhorado para medir o Custo Total de Exploração (TCO) da infraestrutura física de centro de dados e de redes informáticas e relacionar estes custos a toda a infraestrutura de Tecnologias de Informação, com exemplos. Os factores de custo do TCO são quantificados. Mostra-se que maior factor de custo é o custo desnecessário não absorvido que resulta do sobredimensionamento da infraestrutura. 2
Introdução Prever e medir o Custo Total de Exploração (TCO) das insfraestruturas físicas de redes informáticas e centros de dados é necessário para uma análise de Retorno do Investimento e outros processos de tomada de decisões. Além disso, a compreensão dos factores de custos do TCO permite conhecer as oportunidades para controlar custos. Muitos utilizadores surpreendem-se quando verificam que o TCO das infraestruturas pode ser igual ou superior ao TCO do equipamento de TI suportado. Neste documento, será descrito um método para determinar o TCO das infraestruturas físicas dos centros de dados e de redes informáticas. Neste contexto, considera-se infraestruturas físicas todos os equipamentos da instalação necessário para fornecer alimentação de energia, arrefecimento e protecção física de equipamento TI, mas não o próprio equipamento de TI. Não há normas reconhecidas para medir o TCO das infraestruturas físicas dos centros de dados. Métodos simples que fazem a soma dos vários itens de capital e despesas operacionais fornecem conhecimento sobre os desembolsos totais de dinheiro, mas não têm em conta a utilização do equipamento. Considere-se o caso de dois centros de dados, ambos com 100kW de capacidade e construção idêntica; num caso o centro de dados é totalmente utilizado a 100% da sua capacidade de espaço e energia; no outro, o centro de dados tem apenas um rack simples com 2kW de equipamento de Tecnologias de Informação. Enquanto o custo operacional em dinheiro destas duas instalações durante a sua vida é comparável, o retorno útil de tal investimento é totalmente diferente. No caso do equipamento totalmente utilizado, o TCO do centro de dados é dividido por uma grande quantidade de equipamento de Tecnologias de Informação fornecendo serviços úteis. No caso do uso ligeiro, todo o peso dos gastos da infraestrutura física dos centros de dados recai sobre o único rack. Quando o TCO da infraestrutura física de centros de dados ou de redes informáticas é medido do ponto de vista do trabalho útil executado, sobretudo quanto equipamento TI é suportado, a subutilização pode aumentar extraordinariamente o custo. Este documento mostrará que quando o TCO é visto a partir do ponto de vista do trabalho útil executado, o maior factor de custo individual de TCO para infraestrutura física de centro de dados e salas de redes informáticas são os custos gerais não absorvidos da infraestrutura subutilizada. O maior retorno de investimento que o operador ou configurador do centro de dados médio pode fazer em relação à infraestrutura física está no seu correcto dimensionamento e só assim será quantificado o retorno financeiro prático e exequível obtido. Relacionar o TCO com o trabalho executado A maioria das tentativas para quantificar o TCO acaba por expressar o TCO por centro de dados, por metros quadrados de centro de dados ou por kw de centro de dados. Estes medidas não são úteis quando se considera o trabalho útil executado, e são inúteis para o pessoal da Tecnologias de Informação na 3
determinação do Retorno do Investimento do projecto. Elas não ajudam em nada numa tentativa individual para determinar o TCO associado com a implantação de uma nova aplicação TI num ambiente de centro de dados ou sala de redes informáticas já existente. Uma medida de infraestrutura física, que é comummente compreendida quer pelo pessoal das instalações quer pelo pessoal das TI, é o próprio rack. Os requisitos de alimentação de energia, arrefecimento e área de um rack estão razoavelmente bem normalizadas a partir do ponto de vista das instalações. O número de equipamentos e funções TI que podem caber num rack estão razoavelmente bem compreendidos a partir do ponto de vista das TI. Isto levou ao conceito de expressar a infraestrutura das instalações em termos de Racks ou Unidades de Rack, que está agora a começar a ganhar grande aceitação.1 Para este fim, o termo rack refere-se a um rack de estrutura aberta ou armário de rack, e também se refere armários de fabricantes tais como computadores de grande porte ou grandes sistemas de discos. A pesquisa mostra que o centro de dados típico é apenas utilizado a 30% da sua capacidade. Enquanto alguns centros de dados são utilizados em 90% ou mais da sua capacidade, outros no mesmo número são utilizados em apenas 10% da sua capacidade. Além disso, a utilização do centro de dados varia durante o seu tempo de vida de acordo com um padrão relativamente consistente. A fracção utilizada e a sua variação com o tempo é um dado importante num modelo TCO. Neste documento é utilizado o modelo típico da Figura 1. Para uma discussão mais completa deste tópico, ver o APC White Paper #37, Como Evitar Custos de Sobredimensionamento de Infraestruturas de Centro de Dados e Sala de Redes. Figura 1 Fracção utilizada da infraestrutura de alimentação de centro de dados durante o tempo De utilização 120% 100% Capacidade de potência instalada 80% 60% Requisitos esperados de potência 40% Requisitos de potência actual 20% 0% 0 5 10 Anos a partir da instalação 1 Snevely, R., Enterprise Data Center Design and Methodology, Palo Alto: Prentice Hall PTR, 2002, p. 35. 4
Quando o TCO é expresso numa base por rack, o custo total do centro de dados ou sala de redes é distribuído pelos dos racks utilizados. Desta forma, não são criados custos gerais não alocados e os custos associados com a infraestrutura física do centro de dados ou sala de redes podem ser imputados à infraestrutura TI directamente e com maior exactidão. Exemplo típico de TCO Calcular o TCO e exprimi-lo numa base por rack exige uma significativa quantidade da dados, incluindo dados de capital, engenharia, instalação e custos operacionais para os vários elementos da infraestrutura física do centro de dados ou da sala de rede, bem como os parâmetros relativos à concepção tais como metros quadrados por rack, watts por rack, horário de utilização, tempo de vida esperado, opções de redundância, etc. Para os dados apresentados nos pontos subsequentes, os cálculos do TCO foram executados utilizando a aplicação de software APC TCO Calculator, que é desenvolvida e gerida pelo Availability Science Center da APC 2. www.apcc.com/tools/isx/tco O TCO Calculator foi definido para usar custos médios para capital, instalação, engenharia e custos operacionais do equipamento. Os resultados apresentados reflectem os valores baseados nas médias da industria e dos locais. Assume-se que os dados de utilização ilustram o perfil da Figura 1. Para determinar os dados TCO para um centro de dados típico, sendo o centro de dados típico definido como sendo o que exibe as seguintes características: Potência nominal: 100KW Densidade de potência: 50W/sq ft Ciclo de vida: 10 anos Potência média rack: 1500W Redundância: 2N Os testes confirmam que a alteração destes parâmetros nos intervalos típicos não afectam materialmente os resultados ou conclusões deste documento. 2 Contactar oavailability Science Center ASC@apcc.com para mais informações na aplicação do TCO Calculator em aplicações específicas 5
Resultados O Custo Total de Exploração de um rack num centro de dados é aproximadamente de $120K durante o tempo de vida do centro de dados. Em muitos casos este custo é comparável ao custo do equipamento TI que o rack deverá conter durante o tempo de vida do centro de dados. Aproximadamente metade dos $120K de TCO no tempo de vida por rack é despesa em bens e metade é despesa operacional. Estes custos dividem-se em categorias conforme ilustrado na Figura 2. Figura 2 Divisão de custos TCO por componente num rack típico num centro de dados de alta disponibilidade 2N Equipamento de arrefecimento 8% Racks 3% Improve-ments 8% Espaço 9% Equipamentos de alimentação de energia 36% Assistência 17% Electricidade 19% Uma revisão ao custo TCO por componentes permite obter pistas necessárias ao controlo e redução de custos em diferentes áreas. Oportunidades para controlar o TCO É visível uma variedade de estratégias para controlar o Custo Total de exploração durante a vida do equipamento. Estas incluem melhoria da eficiência, do planeamento, dimensionamento correcto do sistema, negociação de custos, assistência autónoma, etc. Utilizando o calculador TCO é possível examinar os efeitos que os diversos cenários têm no TCO, de modo a identificar os mais promissores para investigar e investir. As poupanças inerentes do TCO por rack para uma centro de dados ou sala de redes informáticas típicas com redundância 2N resultante de uma variedade de cenários podem ser assim resumidas: 6
Cenário Compra de equipamento de energia com rendimento eléctrica superior em 2% $ TCO economizado por rack $1,472 1.1% Redução da energia eléctrica em 1 centimo por KW-Hr $3,100 2.4% Eliminação do chão falso $4,200 3.3% Aumento do coeficiente do desempenho do arrefecimento em 100% $5,500 4.3% Obtenção de espaço sem custos $12,000 9.4% Obtenção de todos bens de equipamento capital com 50% de desconto do normal Dimensionamento correcto do sistema de acordo com as exigências reais através do tempo $15,700 12.3% $76,400 60.1% % de TCO poupado As economias do quadro são por rack; por isso, as economias para centro de dados ou sala de rede de qualquer tamanho podem ser determinadas multiplicando pelo número de racks. De notar que em cada caso são possíveis economias substanciais quando comparado com um típico sistema tradicional, mas a exequibilidade na obtenção dos benefícios é incerta. O dimensionamento correcto do sistema é o que fornece o maior benefício potencial entre os vários cenários acima. Isso deve-se ao efeito de sobredimensionamento acima descrito e resumido na anterior Figura 1. Economias maiores são obtidas por um dimensionamento correcto porque A) uma infraestrutura de centro de dados ou sala de redes que nunca é necessária nunca será implantada, e B) uma infraestrutura de centro de dados ou sala de redes que é necessária nunca é construída até ser necessária. Benefícios práticos de um dimensionamento correcto Uma estratégia de desenvolvimento que possa evitar um sobredimesionamento foi mostrada na ponto anterior oferecendo um potencial de redução do custo da infraestrutura em 60%. A arquitectura de centro de dados ou sala de redes ideal deverá ter um dimensionamento correcto e apenas incorrer nos custos de infraestrutura que são verdadeiramente necessários numa dada altura. Para alcançar as economias de custo teoricamente disponíveis, a arquitectura do centro de dados ou sala de redes ideal apenas deveria ter a infraestrutura de alimentação e arrefecimento necessário no momento; deveria ter apenas o espaço necessário no momento, e apenas deveria incorrer nos custos de serviços da capacidade dos bens da infraestrutura que estará realmente a ser utilizando. Deveria ser totalmente escalonável. Se por um lado uma tal arquitectura ideal não é exequível actualmente por outro, é prático e com cobertura dos custos 7
considerar uma abordagem a um desenvolvimento de centro de dados e sala de redes escalonável e modular de modo a obter uma parte significativa de economias de custos possíveis através de um dimensionamento correcto. Com a tecnologia actualmente disponível, muitos componentes de um centro de dados ou salas de redes, tais como UPS, distribuição de alimentação e ar condicionado podem ser desenvolvidos com um método modular e escalonável. Um exemplo dessa arquitectura escalonável é a arquitectura InfraStruXure da APC Corp. Quando tais componentes são implementados no tempo para satisfazer as exigências reais, as economias de custo são realizadas não apenas no próprio equipamento, mas também em contratos de manutenção e electricidade. Há muitos componentes do custo total de um centro de dados que são difíceis de prever no tempo e que tipicamente são contabilizados à cabeça, tais como melhoramento no espaço das instalações, quadros eléctricos e custos de engenharia. Quando a tecnologia modular e escalonável é utilizada até ao máximo actualmente praticável, o TCO Calculator estima que aproximadamente 50% das economias teóricas do dimensionamento correcto podem ser obtidas. Este resultados é ilustrado na Figura 3. Figura 3 Custo de Tempo de Vida por Rack para Três Tipos de Infraestruturas de Centro de Dados e Sala de Redes Custos dos Bens durante o Tempo de Vida Custos Operacionais durante o Tempo de Vida Custos ao longo vida útil (K$) 140 120 100 80 60 40 20 0 Tradicional Economia de 30% relativamente aos tradicionais Praticamente Escalável Perfeitamente Escalável Tipo de Arquitectura de Infraestrutura As economias no exemplo praticamente escalável na Figura 3 não alcançam o nível teórico ou perfeitamente escalável porque ainda não existe tecnologia escalonável em certos componentes de centros de dados tais como combate a incêndios, espaço das instalações ou quadros eléctricos, capazes de serem desenvolvidas num modo modular e escalonável. Além disso, alguns componentes tais como UPS não podem ser minimamente implementadas para satisfazer com exactidão as exigências de carga, 8
mas devem ser implementadas por passos incorporando uma margem de segurança. No entanto, são praticáveis economias muitos significativas no TCO durante o tempo de vida. 65% das economias do exemplo praticamente escalável da Figura 3 referem-se a reduções nos custos de equipamento, e 35% a reduções das despesas operacionais. A exigência de cash-flow é reduzido todos os anos ao utilizar a abordagem escalonável, com as maiores economias no primeiro ano. Mais de 90% do capital é tipicamente gasto no ano 1 quando se usam abordagens de sistema tradicional, no entanto esta é a altura em que a utilização da instalação pode ser mais baixa e o conhecimento relativamente às exigências futuras é menor. Isto pode tornar o investimento difícil de justificar baseado no Retorno do Investimento. As economias obtidas numa situação específica variam baseada em hipóteses e constrangimentos de um projecto específico; para uma estimativa mais exacta o TCO Calculator deverá ser executado com dados específicos do local. Conclusões Apresentar TCO para a infraestrutura física de centro de dados ou sala de redes numa base por rack normaliza a medição do TCO, fornecendo uma métrica que pode ser usada para comparar centros de dados / salas de redes e comparar diferentes abordagens de concepção. Foi descrito uma ferramenta de cálculo e um método de TCO. Esta ferramenta permite a avaliação das estratégias de controlo de custos e pode estimar o TCO para instalações específicas. O TCO por rack ao longo da vida útil num centro de dados de elevada disponibilidade é de aproximadamente $120K. O sobredimensionamento da infraestrutura é o maior contribuinte para este custo e, em média, pode ser alcançada uma economia de 30% com a implementação de técnicas de concepção praticáveis usando uma infraestrutura modular e escalonável para centros de dados. 9