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Energía y enfriamiento escalablesCorrespondencia entre el suministro de energía y enfriamiento, por un lado, y la carga,po...
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enfriamiento y el espacio físico en el centro de datos. Con este tipo de sistema, es posible alcanzar elmáximo potencial d...
Figura 5 – Cómo enfrentar el desafío de la gestión en un entorno virtualizadoUn sistema de gestión analítico e interactivo...
En este informe se trata la eficiencia eléctrica de la infraestructura física del centro de datos (DCiE), que          con...
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La eficiencia del centro de datos es función de la carga informáticaEn el contexto de la eficiencia del centro de datos, l...
simultáneamente no se reduce la infraestructura de energía y enfriamiento o no se introducen en ellamejoras en materia de ...
Figura 13 – Para CUALQUIER centro de datos, la consolidación reduce la eficiencia de la infraestructura si                ...
¿Por qué disminuye la eficiencia de la infraestructura (DCiE) a pesar del menor consumo deenergía?Siempre que se adopte la...
• Ventiladores y bombas de velocidad variable que funcionan con menor intensidad cuando baja la          demanda       • E...
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  1. 1. Virtualización:Sistemas de energía yenfriamientooptimizados paraobtener máximosbeneficiosPor Suzanne Niles Informe interno N° 118 Incluye Calculador de costos de energía derivados de la virtualización
  2. 2. Resumen ejecutivoEn los centros de datos se pierde sistemáticamente y de manera inadvertida una parteconsiderable de los beneficios que podrían obtenerse a partir de la virtualización. Ademásde los beneficios indiscutibles en materia informática derivados de la virtualización –desdereducción del espacio ocupado por racks hasta la simplificación de la recuperación dedesastres–, pueden obtenerse importantes beneficios si se optimiza la infraestructura queofrece soporte a los sistemas virtualizados. En particular, el enfriamiento por hilera, eldimensionamiento adecuado de los sistemas de energía y enfriamiento, y la administraciónde la capacidad en tiempo real son factores esenciales para obtener el máximo potencial dela virtualización en cuanto a reducción de costos y aumento de los niveles de eficiencia yconfiabilidad. 3 Introducción 4 Desafíos relativos a la infraestructura de energía y enfriamiento 5 Enfriamiento por hilera 7 Energía y enfriamiento escalables 9 Administración de capacidad 12 Efecto sobre el consumo y la eficiencia energéticos 22 Consideraciones relativas a la disponibilidad 23 Conclusión 25 Apéndice2008-2009 American Power Conversion. Todos los derechos reservados. Queda prohibida la utilización, reproducción, fotocopiado, 2transmisión o almacenamiento de esta publicación en cualquier sistema de recuperación de cualquier tipo, en todo o en parte, sin elconsentimiento escrito del titular del derecho de autor. www.apc.com Informe interno N°118 Rev. 1
  3. 3. IntroducciónA la hora de hablar de virtualización y su relación con la infraestructura de energía y enfriamiento del centrode datos, deben comprenderse tres hechos fundamentales: • Hoy existen tecnologías en materia de energía y enfriamiento que permiten preservar la disponibilidad y hacer frente a los desafíos de la densidad y las variaciones dinámicas de potencia que suelen presentarse en entornos virtualizados o consolidados. • El consumo de energía disminuye en todos los casos tras la virtualización, como resultado de la consolidación informática y la reducción física de la cantidad de equipos informáticos. Si se optimizan los sistemas de energía y enfriamiento a fin de minimizar la capacidad que no se utiliza (el tema de este informe), por lo general se reduce mucho más el consumo de energía. • La eficiencia de la infraestructura del centro de datos (DCiE) decrece tras la virtualización, debido a las pérdidas fijas derivadas de la capacidad de potencia y enfriamiento que no se utiliza. Si se optimizan los sistemas de energía y enfriamiento para llevar al mínimo la capacidad que no se utiliza, es posible elevar el valor de la eficiencia de los sistemas de energía y enfriamiento (DCiE) hasta niveles similares a los registrados con anterioridad a la virtualización, o incluso superiores, según la clase de mejoras que se introduzcan en la arquitectura de enfriamiento. a Desafíos más allá de la alta densidadLa virtualización puede proporcionar mayor densidad depotencia por rack y acelerar los cambios que sean La virtualización puede causar el aumento de la densidad en los racks, pero también plantea desafíos que van másnecesarios en el centro de datos, lo que representa una allá de la alta densidad y que deben contemplarse en losmayor exigencia para la infraestructura de energía y sistemas de energía y enfriamiento que ofrecen respaldo a entornos virtualizados.enfriamiento (véase el recuadro lateral). ¿Qué cambió?Afortunadamente, la alta densidad no es algo nuevo, y ya • Mayor nivel de criticidad de los servidores: Lase cuenta con estrategias eficaces para superar los virtualización conlleva un uso cada vez más intenso dedesafíos que plantea. Mientras que la virtualización los procesadores de los centros de datos, lo que aumenta la importancia para los negocios de cadapuede llevar la consolidación y la informática dinámica a servidor físico; por eso, contar con sistemas eficacesniveles extraordinariamente nuevos, los requisitos de energía y enfriamiento es cada vez más importante para preservar la disponibilidad.básicos de los entornos virtualizados en materia de • Concentraciones de calor que fluctúan en elenergía y enfriamiento son similares a los que se tiempo y en el espacio: En entornos virtualizados, las aplicaciones pueden iniciarse y detenerseestablecieron con relación a los servidores blade de alta dinámicamente, lo que origina cargas que se modificandensidad la década pasada. Como resultado, hoy se de un momento a otro y que se desplazan en el espacio. Esto representa un nuevo desafío para lacuenta con las tecnologías necesarias para satisfacer las arquitectura y la administración de los sistemas denecesidades de un entorno virtualizado en cuanto a energía y enfriamiento. • Reducción de la carga informática: La reducciónenergía, enfriamiento y administración. abrupta, y a veces hasta extrema, de la carga informática asociada a la virtualización ofrece laLa consolidación física resultante de la virtualización oportunidad de reducir costos relativos a los sistemas de energía y enfriamiento, pero esa oportunidad suelereduce el consumo de energía de dos maneras: (1) desperdiciarse.Directamente, dado que se reduce la cantidad deservidores y (2) indirectamente, porque se elimina una parte de la energía que consumían los sistemas deenergía y enfriamiento para ofrecer respaldo a los servidores (si bien esta reducción puede ser inferior a loesperado debido a las pérdidas fijas sobre las que se explicará más adelante). Si se realiza una2008-2009 American Power Conversion. Todos los derechos reservados. Queda prohibida la utilización, reproducción, fotocopiado, 3transmisión o almacenamiento de esta publicación en cualquier sistema de recuperación de cualquier tipo, en todo o en parte, sin elconsentimiento escrito del titular del derecho de autor. www.apc.com Informe interno N°118 Rev. 1
  4. 4. actualización paralela para aplicar a los sistemas de energía y enfriamiento la misma filosofía tendiente a laeficiencia que subyace en la capa informática virtualizada disminuirá aun más el consumo mencionado en(2), lo que suele aumentar al doble (o incluso más) los ahorros de electricidad que se logranmediante la virtualización exclusivamente (1).Si no se optimiza la capacidad de potencia y enfriamiento y se la reduce en función de la reducción de lacarga informática, la eficiencia de la infraestructura del centro de datos disminuirá tras la virtualización(incluso aunque baje el consumo general de energía del centro de datos), lo que refleja los gastosgenerales adicionales derivados de la no utilización de capacidad de potencia y enfriamiento a partir de lareducción de la carga informática. En este informe se describen las virtudes de los sistemas de energía yenfriamiento más nuevos en relación con el ofrecimiento de soporte eficiente, además de eficaz y confiable,para entornos virtualizados, lo que permite aprovechar mejor los beneficios de la capa informática enmateria de eficiencia que caracterizan a esta clase de entornos. Además de ofrecer soluciones para lasexigencias específicas de la virtualización en cuanto a energía y enfriamiento, una infraestructurafísica bien diseñada puede elevar la eficiencia del centro de datos en general y la capacidad dedensidad de potencia muy por encima de los valores anteriores a la virtualización, en especial si sereemplazan los sistemas de enfriamiento perimetral de uso tradicional.Desafíos relativos a la infraestructura de energía yenfriamientoLa virtualización genera cambios en el centro de datos que plantean nuevos desafíos respecto de lainfraestructura de energía y enfriamiento. Esos desafíos tienen consecuencias tanto sobre la eficacia (enqué medida la infraestructura cumple con la tarea de ofrecer soporte a la carga informática) como sobre laeficiencia (en qué medida conserva la energía mientras ofrece soporte a la carga informática). Si bien paraponer en marcha un entorno virtualizado no es indispensable actualizar los sistemas de energía yenfriamiento, si los sistemas de energía y enfriamiento contemplan los desafíos asociados al nuevo entornoserá posible obtener importantes beneficios en materia de eficiencia como resultado de la virtualización. Acontinuación se describen brevemente los desafíos mencionados: Desafío que plantea la virtualización Solución respecto de la infraestructura de energía y enfriamiento 1 Cargas de alta densidad dinámicas y en movimiento Enfriamiento por hilera 2 Sistemas de energía y enfriamiento con carga por debajo de la capacidad prevista Energía y enfriamiento escalables 3 Necesidad de garantizar la correspondencia entre la Herramientas para capacidad y la demanda por hilera, por rack y por administración de capacidad servidor2008-2009 American Power Conversion. Todos los derechos reservados. Queda prohibida la utilización, reproducción, fotocopiado, 4transmisión o almacenamiento de esta publicación en cualquier sistema de recuperación de cualquier tipo, en todo o en parte, sin elconsentimiento escrito del titular del derecho de autor. www.apc.com Informe interno N°118 Rev. 1
  5. 5. Si bien estos desafíos no son nuevos ni se presentan sólo en centros de datos virtualizados, la combinaciónde los efectos simultáneos de la virtualización ahora requiere que se los considere con cierta premura, enespecial teniendo en cuenta el creciente interés en la eficiencia energética.En este informe se tratan los desafíos mencionados y las posibles soluciones en el contexto de un entornovirtualizado. En el listado de informes internos que aparece al final se ofrece información adicional general ydetallada sobre estos temas en el contexto amplio del centro de datos, independientemente del aspecto dela virtualización.Enfoque de sistema completoLos temas relacionados con la energía y el enfriamiento pueden tratarse por separado para finesexplicativos y de análisis, pero para la implementación eficaz de una solución de virtualización integral esnecesario un enfoque que contemple el sistema completo. La adopción de la virtualización, con los nuevosdesafíos que esta plantea respecto de la infraestructura física, implica poner nuevo énfasis en la necesidadde soluciones integradas que empleen un enfoque holístico, es decir, que consideren todo el conjunto y quelo hagan funcionar como un sistema. Cada parte del sistema debe comunicarse e interoperar con lasdemás. La demanda y la capacidad deben monitorearse, coordinarse y administrarse por medio de unsistema central, en tiempo real, rack por rack para garantizar el uso eficiente de los recursos y para sabercuando algunos de ellos se usan mínimamente o no se usan en absoluto. El tema de la gestión centralizadase trata más adelante bajo el titulo "Desafío Nº 3".Enfriamiento por hileraEnfriamiento variable cercano a la cargaSi bien la virtualización puede reducir el consumo general de energía en la sala, los servidores sueleninstalarse y agruparse de tal manera que se crean áreas de alta densidad localizadas, o concentraciones decalor. Además de que aumentan las densidades, como resultado dela virtualización las aplicaciones pueden desplazarse, iniciarse y Desafío Nº 1detenerse en forma dinámica; así, las cargas se modifican a lo largo Cargas de alta densidaddel tiempo pero también cambia su ubicación física en la sala. dinámicas y en movimientoAntes de que la virtualización permitiera distribuir las cargas de servidores dinámicamente, lasconcentraciones de calor originadas en áreas de alta densidad localizadas permanecían en el lugar. Si elsistema tradicional de enfriamiento perimetral con piso elevado pudiera configurarse de modo quesuministrara el nivel adecuado de frío a las áreas de concentración de calor, todo quedaría igual hasta elsiguiente agregado, eliminación o desplazamiento de servidores físicos. El estado térmico de la sala engeneral se determinaba recorriéndola con un termómetro, y los niveles de enfriamiento se ajustabanredistribuyendo las losas perforadas. Con la carga dinámica de los servidores, el perfil térmico de la salapuede variar, en forma inadvertida, sin que se produzcan cambios físicos visibles en los equipos (figura 1).2008-2009 American Power Conversion. Todos los derechos reservados. Queda prohibida la utilización, reproducción, fotocopiado, 5transmisión o almacenamiento de esta publicación en cualquier sistema de recuperación de cualquier tipo, en todo o en parte, sin elconsentimiento escrito del titular del derecho de autor. www.apc.com Informe interno N°118 Rev. 1
  6. 6. Figura 1 – La virtualización y la consolidación de cargas informáticas pueden originar concentraciones de calor en áreas de alta densidad cuya densidad de potencia y ubicación sean variables BEFORE virtualization AFTER virtualization Constant loads Stable cooling Migrating high-density loads Unpredictable coolingPara suministrar enfriamiento en forma predecible y eficiente se necesita un sistema que contemple lasposibles variaciones y ajuste automáticamente el nivel de enfriamiento –tanto respecto de la ubicacióncomo del volumen— a las cambiantes densidades de potencia. Los elementos clave de un sistema deenfriamiento como el descrito son: • Rutas de circulación de aire cortas entre el suministro de enfriamiento y la carga • Respuesta dinámica a los cambios en las cargasCuando se ubican las unidades de enfriamiento, y siempre y cuando tales unidades cuenten con lainstrumentación necesaria para percibir los cambios de temperatura y responder a esos cambios, sesatisfacen los dos criterios esenciales que acaban de mencionarse. Los sistemas de enfriamiento por hileraaumentan la eficiencia considerablemente al suministrar enfriamiento sólo donde, cuando y en la medidaque se lo necesita (figura 2).2008-2009 American Power Conversion. Todos los derechos reservados. Queda prohibida la utilización, reproducción, fotocopiado, 6transmisión o almacenamiento de esta publicación en cualquier sistema de recuperación de cualquier tipo, en todo o en parte, sin elconsentimiento escrito del titular del derecho de autor. www.apc.com Informe interno N°118 Rev. 1
  7. 7. Figura 2 – Las unidades CRAC 1 por hilera trabajan en conjunto para extraer más calor del pasillo caliente Row CRACs sense elevated temperature and When temperature decreases, row CRACs Room CRACs increase fan speed to remove extra heat removed decrease fan speed to conserve energy from hot aisle CRAC CRAC CRAC Hot spot Row CRACs added Hot spot CRAC CRAC CRACTiempo 1 2 3 Ubicar las unidades de enfriamiento cerca de los servidores proporciona el elemento clave para un sistema de enfriamiento eficiente: rutas de circulación de aire cortas. Cuando las rutas de circulación de aire entre el suministro de enfriamiento y la carga son cortas es posible obtener una serie de beneficios en materia de eficiencia y disponibilidad: • disminuye la mezcla entre el suministro de aire frío y el retorno de aire caliente; • se incrementa la temperatura de retorno (aumenta la tasa de transferencia de calor al serpentín); • el enfriamiento dirigido puede responder a la demanda localizada; • se conserva la energía; • se reduce –o incluso se elimina– la necesidad de un esquema de humidificación compensatoria (para compensar la condensación que se forma en el serpentín cuando este se encuentra demasiado frío como resultado de un valor de referencia excesivamente bajo). La variación dinámica de potencia en las cargas informáticas virtualizadas es una de las principales razones por las que en el sector se están dejando de lado los enfoques de enfriamiento perimetral para reemplazarlos por los basados en el enfriamiento por hilera y por rack. Encontrará más información sobre el enfriamiento por hilera y por rack en el Informe interno Nº 130 de APC, Ventajas de las arquitecturas de enfriamiento por hilera y por rack para centros de datos. 1 El término "CRAC" (computer room air conditioner, o unidad de aire acondicionado para sala de cómputo) empleado en las figuras puede considerarse incorrecto desde el punto de vista técnico si el intercambio de calor se lleva a cabo fuera de la sala, como sucede en los sistemas de agua helada. En esos casos, la unidad es en realidad una CRAH (computer room air handler, o manejadora de aire para sala de cómputo). Aquí se usa el término "CRAC" porque es el que se emplea comúnmente para hacer referencia tanto a unidades de aire acondicionado propiamente dichas (CRAC) como a manejadoras de aire (CRAH). 2008-2009 American Power Conversion. Todos los derechos reservados. Queda prohibida la utilización, reproducción, fotocopiado, 7 transmisión o almacenamiento de esta publicación en cualquier sistema de recuperación de cualquier tipo, en todo o en parte, sin el consentimiento escrito del titular del derecho de autor. www.apc.com Informe interno N°118 Rev. 1
  8. 8. Zonas de alta densidad Los proyectos de virtualización suelen conllevar la implementación de un cluster de servidores, por ejemplo de servidores blade, dentro del centro de datos existente en el que se trabaja con baja densidad de potencia. El enfriamiento por hilera –el acercamiento a las cargas del enfriamiento dirigido– proporciona una técnica para la implementación retroactiva de una zona de alta densidad en el centro de datos existente de baja densidad. Una zona de alta densidad es un área física del centro de datos asignada para el funcionamiento de aplicaciones de alta densidad, con un sistema de enfriamiento autónomo, por lo que para el resto de la sala la zona resulta "neutra" desde el punto de vista térmico; así, la zona no necesita recibir suministro de frío adicional y el efecto de la incorporación de la zona en la circulación de aire de la sala es mínimo o incluso nulo. En la figura 3 se ilustra el concepto de zona de alta densidad. La zona puede recibir aire frío y ser administrada con independencia del resto de la sala a fin de simplificar la implementación y minimizar los trastornos en la infraestructura existente. Figura 3 – La zona de alta densidad es una alternativa a la hora de implementar la virtualización en un centro de datos existente Low-density room High-density zone• Una "isla" de alta densidad dentro de la sala• Un centro de datos "mini" con su propio Hot/cool air circulation is HEAT OUT sistema de enfriamiento localized within To building’s heat the zone rejection system• "Invisible" para el resto de la sala desde el punto de vista térmico (idealmente)• La circulación de aire caliente/frío queda acotada a la zona mediante rutas cortas de circulación o contención física Encontrará más información sobre las zonas de alta densidad en el Informe interno Nº 134 de APC, Implementación de zonas de alta densidad en un centro de datos de baja densidad. Los beneficios que se obtienen al implementar sistemas de enfriamiento variable con rutas de circulación de aire cortas son sólo parte de las ventajas del enfriamiento por hilera en comparación con el enfriamiento perimetral. También se logran importantes beneficios por el hecho de que el enfriamiento por hilera es modular y escalable, lo que ofrece respuesta al segundo desafío que plantea la virtualización: aumentar la eficiencia implementando un sistema con capacidad de potencia y enfriamiento de dimensionamiento adecuado, que se trata en la próxima sección. 2008-2009 American Power Conversion. Todos los derechos reservados. Queda prohibida la utilización, reproducción, fotocopiado, 8 transmisión o almacenamiento de esta publicación en cualquier sistema de recuperación de cualquier tipo, en todo o en parte, sin el consentimiento escrito del titular del derecho de autor. www.apc.com Informe interno N°118 Rev. 1
  9. 9. Energía y enfriamiento escalablesCorrespondencia entre el suministro de energía y enfriamiento, por un lado, y la carga,por el otroLa reducción de la carga informática como resultado de la consolidación de servidores ofrece una nuevaoportunidad para aprovechar las arquitecturas modulares y Desafío Nº 2escalables para el suministro de energía y enfriamiento. Hastaahora, el argumento a favor de las arquitecturas escalables era la Sistemas de energía yposibilidad de empezar con una implementación pequeña y enfriamiento con carga poragrandarla a medida que fuera necesario para evitar inversiones y debajo de la capacidadcostos operativos innecesarios derivados de la adquisición de previstainfraestructura que podría no llegar a utilizarse. Ahora, y desde que se adopta la virtualización de sistemas,el hecho de que la arquitectura sea escalable permite achicar la infraestructura para eliminar la capacidadinnecesaria en el momento de la conversión inicial a un entorno virtualizado, con la opción de volver aagrandarla a medida que se incorporen equipos en el nuevo entorno. Ya sea que se agrande o achique lainfraestructura, la idea es la misma: los dispositivos energéticos y de enfriamiento son menos eficientescuando funcionan con baja carga, por lo que representa un desperdicio contar con más energía oenfriamiento de lo que se necesita. Cuando la infraestructura está dimensionada adecuadamente, lacapacidad se mantiene en un nivel que resulta adecuado a la demanda concreta (teniendo en cuenta losniveles de redundancia y seguridad que se deseen).¿Por qué el sobredimensionamiento implica el desperdicio de recursos?Ofrecer suministro de energía y enfriamiento en exceso es comodejar el automóvil en marcha cuando no se lo está usando: se 100% Efficiencyconsume energía sin producir trabajo útil. En todos los dispositivos deenergía y enfriamiento existen pérdidas eléctricas (ineficiencia) quese disipan como calor. Una parte de esas pérdidas es fija, es decirque se consume energía independientemente del volumen de carga. 0% No load Full load LoadCuando la carga es nula (sistema ocioso) el dispositivo sólo consume For more about efficiency as a functionla energía que conforma las pérdidas fijas, por lo que el 100% de la of load, see APC White Paper #113,energía consumida es pérdida eléctrica (calor) y el dispositivo es 0% Efficiency Modeling for Data Centerseficiente ya que no produce trabajo útil. A medida que aumenta lacarga, la pérdida fija se mantiene constante y las otras clases de pérdida asociadas al volumen de cargapara el dispositivo, llamadas en conjunto pérdidas proporcionales, aumentan en función de ese volumende carga. A medida que aumenta la carga, las pérdidas fijas representan una parte cada vez menor del totalde energía consumida, y a medida que disminuye la carga, representan una parte cada vez mayor de esetotal. El papel esencial de las pérdidas fijas cuando la carga está por debajo de la capacidad prevista(sobredimensionamiento) se trata más adelante en la sección "Efecto de la virtualización sobre el consumoy la eficiencia energéticos".2008-2009 American Power Conversion. Todos los derechos reservados. Queda prohibida la utilización, reproducción, fotocopiado, 9transmisión o almacenamiento de esta publicación en cualquier sistema de recuperación de cualquier tipo, en todo o en parte, sin elconsentimiento escrito del titular del derecho de autor. www.apc.com Informe interno N°118 Rev. 1
  10. 10. a Efectos de trabajar con una carga muy inferior a la prevista Además de generar beneficios en materia de eficiencia, dimensionar adecuadamente los sistemas de energía y enfriamiento permite evitar diversos efectos nocivos delCómo influye la virtualización en casos de trabajo con muy baja carga. Cuando la carga de unsobredimensionamiento centro de datos ya es baja debido a un diseño redundante u otros factores, la virtualización puede llevar esa carga a niveles extraordinariamente bajos. A menosDado que la virtualización puede reducir la carga que se reduzca la capacidad de los sistemas de energía y enfriamiento para que la carga vuelva a estar dentro deconsiderablemente, cuando de eficiencia se trata el límites operativos normales, los efectos derivados desobredimensionamiento es un tema importante en un trabajar con tan baja carga podrían originar gastos que anularían algunos de los ahorros en energía o bien, encentro de datos virtualizado. Hace tiempo que el algunos casos, podrían poner en riesgo la disponibilidad.sobredimensionamiento es una de las principales causas Enfriamiento (carga térmica demasiado baja)de ineficiencia en el centro de datos, aunque no se hable • Apagado de seguridad debido a alta presión de carga en los compresoresde entornos virtualizados. Al reducir la carga todavía más, • Ciclos cortos de los compresores como resultado della consolidación de servidores y la administración del apagado frecuente, lo que acorta la vida útil de lossuministro de energía a los servidores llevarán los niveles compresoresde eficiencia más cerca del extremo inferior de la curva • Posible invalidación de la garantía debido a unde eficiencia si no se actualizan los sistemas de energía y funcionamiento sistemático por debajo de los límites inferiores de cargaenfriamiento. Si bien es verdad que los gastos de • Costo de bypass de gas caliente en los compresoreselectricidad se reducirán a causa de la menor carga para simular niveles de carga "normales” y evitar losinformática y la menor potencia requerida para ciclos cortossuministrar enfriamiento a esa carga, la proporción de Generador (carga eléctrica demasiado baja o demasiados generadores)energía de la red que llegará a las cargas informáticas, • Presencia de combustible sin quemar en el sistemaen otras palabras, la eficiencia, caerá, lo que implica un (wet stacking) que puede dar origen a multas pordesperdicio de energía que podría conservarse para contaminación o generar riesgo de incendiosreducir aun más el consumo de energía. 2 • Costo de calentadores de agua por camisa calefactora innecesarios para mantener los motores calientes • Costo del almacenamiento, pruebas y mantenimientoLa virtualización representa una nueva oportunidad para relativos al combustible excedenteaprovechar el enfoque de infraestructura escalable. Losdispositivos de energía y enfriamiento con capacidadescalable reducen las pérdidas fijas y aumentan la eficiencia. La arquitectura escalable facilita no sólo lareducción de la infraestructura con posterioridad a la consolidación de equipos informáticos, sino lasubsiguiente ampliación de esa misma infraestructura una vez que la carga informática virtualizada registrenuevas expansiones (figura 4). Figura 4 – Utilización de sistemas de energía y enfriamiento escalables para minimizar la ineficiencia derivada de la capacidad que no se usa durante los procesos de consolidación y nueva expansión2 La Agencia Federal de Protección Ambiental de Estados Unidos (EPA) y la organización The Green Grid ayudan aeducar a la comunidad de usuarios acerca del importante valor en términos de eficiencia de dimensionar adecuadamentela infraestructura física de modo de que exista una mayor correspondencia con la carga informática.2008-2009 American Power Conversion. Todos los derechos reservados. Queda prohibida la utilización, reproducción, fotocopiado, 10transmisión o almacenamiento de esta publicación en cualquier sistema de recuperación de cualquier tipo, en todo o en parte, sin elconsentimiento escrito del titular del derecho de autor. www.apc.com Informe interno N°118 Rev. 1
  11. 11. Power/cooling Capacity Downsize ... but expect re-rowth re- Virtualized Load Original Virtualized Load Load Virtualized Load Virtualized Load Load Load Load Scale DOWN Scale UPFig. 4a – Sistemas de energía y enfriamiento sin reducciones trasla virtualización Fig. 4b – Sistemas de energía y enfriamientoLa capacidad que no se utiliza es una causa importante de con dimensionamiento adecuadoineficiencia (bajo DCiE) La reducción/aumento de capacidad maximiza la eficiencia Administración de capacidad Saber qué está pasando, en tiempo real La naturaleza dinámica de los sistemas informáticos virtualizados exige contar con información precisa, oportuna y útil sobre los niveles de capacidad de los sistemas de energía y enfriamiento para garantizar que esos sistemas acompañen el cambiante perfil de la carga, que puede modificarse de un día a otro. Las soluciones para administración de capacidad brindan instrumentación y software para monitorear y analizar en tiempo real la información sobre las tres capacidades esenciales del centro de datos: • Potencia Desafío Nº 3 • Enfriamiento Garantizar la correspondencia • Espacio físico entre la capacidad y la demanda por hilera, por rack y por servidor Siempre que se esté pensando en una nueva implementación informática o en una reconfiguración, deberá contarse con los tres recursos mencionados en el lugar de la implementación y con capacidad suficiente a fin de ofrecer soporte para la implementación proyectada. Si la capacidad de cualquiera de los tres es insuficiente, la implementación no podrá avanzar. La administración de capacidad permite la utilización eficaz y eficiente de los tres recursos en todo el centro de datos mediante la visibilidad continua y en tiempo real de las capacidades por rack y por servidor. A partir de esos datos el software de gestión puede identificar puntos en los que alguno de los recursos tiene capacidad disponible, puntos en los que alguna capacidad se encuentra en un nivel peligrosamente bajo y puntos en los que existe capacidad inutilizable, inmovilizada (ver recuadro). La capacidad inmovilizada es un factor importante en materia de eficiencia en un centro de datos muy dinámico, no sólo porque es causa 2008-2009 American Power Conversion. Todos los derechos reservados. Queda prohibida la utilización, reproducción, fotocopiado, 11 transmisión o almacenamiento de esta publicación en cualquier sistema de recuperación de cualquier tipo, en todo o en parte, sin el consentimiento escrito del titular del derecho de autor. www.apc.com Informe interno N°118 Rev. 1
  12. 12. directa de ineficiencia –en cuanto recurso que se paga pero que no se utiliza—, sino porque laincorporación de cambios sin la debida gestión puede crear capacidad inutilizada.Los sistemas de administración de capacidad eficientes Capacidad inutilizada = ineficienciautilizan modelos e inteligencia automatizada paramonitorear las capacidades de potencia, enfriamiento y Cuando uno o dos de los tres recursos esencialesespacio físico para toda la sala y por hilera, rack y –potencia, enfriamiento o espacio– es insuficiente en un área particular del centro de datos, esa áreaservidor, a fin de sugerir la mejor ubicación para el no puede usarse aunque haya capacidadagregado de equipos, predecir el efecto de cambios disponible de los otros recursos. Los recursos quepropuestos e identificar condiciones o tendencias en el están disponibles en esa área pero que no pueden utilizarse por falta de algún otro constituyen lo quetiempo para sugerir acciones correctivas. Los sistemas de se llama capacidad inutilizada. Por ejemplo, enadministración de capacidad que abarcan la ubicación y un área del centro de datos donde parte de la capacidad de rack y de potencia no puedecarga de los servidores, la capacidad de potencia y aprovecharse porque no existe suministroenfriamiento disponible para los servidores, las suficiente de enfriamiento existe capacidadfluctuaciones de temperatura y el consumo de energía no inutilizada de espacio y potencia. En otra donde sobra capacidad de enfriamiento pero no haysólo protegen la instalación contra tiempos de inactividad espacio en el piso para racks o no se cuenta conocasionados por potencia o enfriamiento insuficiente en potencia disponible existe capacidad inutilizada de enfriamiento.áreas específicas, sino que aumenta la eficiencia delcentro de datos al optimizar la utilización de los La capacidad inutilizada implica el desperdicio derecursos disponibles. Un sistema holístico como el recursos, conjuntos de capacidad de potencia, de enfriamiento o de espacio en los racks que no sedescrito puede puede usar. El desperdicio de recursos puede ser consecuencia de un error en el diseño original o • Crear un modelo con los efectos en todo el de la incorporación posterior de cambios sin la sistema de los cambios propuestos con relación a debida gestión. Hallar y reasignar la capacidad inutilizada aumenta en forma directa la eficiencia los servidores del centro de datos al incrementar la cantidad de equipos informáticos a los que se puede ofrecer • Comparar disposiciones alternativas a partir del soporte con los mismos recursos. análisis detallado de diseños • Confirmar con anterioridad a la implementación que el cambio propuesto no sobrecargará los sistemas de energía o enfriamiento • Verificar que los cambios se hayan hecho según lo planificado • Reservar potencia, enfriamiento y espacio en los racks para instalar nuevos equipos rápidamenteLa necesidad de contar con una solución para administración de capacidad aumenta cuando el entornoadmite el cambio, una característica ineludible de los centros de datos virtualizados de hoy, como se ve enlas poblaciones cambiantes de servidores, las densidades de potencia variables, la migración de cargas, elavance sostenido de nuevas tecnologías y la presión creciente en pos de la conservación de la energía.Como resultado de la incorporación de cambios sin la debida gestión –en todo tipo de centro de datos– esposible que se ponga en riesgo la disponibilidad, se imposibilite la concreción de lo planificado y sedesperdicien recursos. Un sistema eficaz de administración de capacidad abarca los aspectos prácticos ylos efectos de amplio alcance de los cambios, lo que permite el aprovechamiento máximo de la potencia, el2008-2009 American Power Conversion. Todos los derechos reservados. Queda prohibida la utilización, reproducción, fotocopiado, 12transmisión o almacenamiento de esta publicación en cualquier sistema de recuperación de cualquier tipo, en todo o en parte, sin elconsentimiento escrito del titular del derecho de autor. www.apc.com Informe interno N°118 Rev. 1
  13. 13. enfriamiento y el espacio físico en el centro de datos. Con este tipo de sistema, es posible alcanzar elmáximo potencial de la virtualización en materia de eficiencia y valor de negocio.A continuación se incluye un listado de las situaciones que el sistema de administración de capacidaddebería poder manejar; el listado surge de considerar en conjunto ciertos factores que se presentan opotencian con la virtualización de un entorno: • Cargas que cambian de densidad y de ubicación. La utilización dinámica puede crear concentraciones de calor incluso cuando no se agregan servidores físicos. Las concentraciones de calor pueden presentarse en nuevas ubicaciones a medida que los equipos virtuales migran de servidor en servidor, y a medida que el sistema de administración de la energía de los servidores apaga ciertos equipos físicos y enciende otros. • Aceleración del ritmo de los cambios. En el vertiginoso mundo de la virtualización y la tecnología en permanente transformación, se producen nuevos cambios antes de que lleguen a afirmarse los más recientes. Mantener la estabilidad del sistema resulta imprescindible, en especial si diversas partes introducen cambios sin una coordinación centralizada. • Interdependencias complejas. La virtualización aporta un nuevo grado de sofisticación a las dependencias compartidas y efectos secundarios en las relaciones entre las capacidades de potencia, enfriamiento y espacio. Puede ser difícil predecir los efectos que el agregado, la eliminación o la reubicación de servidores tendrán en todo el sistema. • Cambios inadvertidos. Aun si no se agregan servidores físicos, como resultado de la virtualización se producen cambios en la ubicación de la carga y en la demanda de potencia y enfriamiento que pasan inadvertidos. Si no se tiene acceso a las señales de advertencia sobre posibles trastornos, una irregularidad inadvertida puede transformarse en problemas de sobrecarga, sobrecalentamiento o pérdida de redundancia del sistema de enfriamiento. • Incorporación eficiente de componentes de energía y enfriamiento. Si la infraestructura de energía y enfriamiento se encuentra adecuadamente optimizada para proporcionar máxima eficiencia, existe correspondencia entre la oferta y la demanda, lo que reduce la tolerancia a cambios imprevistos en una u otra.La gestión eficaz de un entorno como el descrito requiere un sistema que tenga acceso a la disposiciónfísica de la sala (para realizar un seguimiento de la capacidad del espacio físico), que además tenga accesoa las características por dispositivo de la oferta y la demanda de potencia y enfriamiento, y que emplee unmodelo integrado para la interpretación de las condiciones en un momento dado, el reconocimiento detendencias y la previsión de requisitos futuros (figura 5).2008-2009 American Power Conversion. Todos los derechos reservados. Queda prohibida la utilización, reproducción, fotocopiado, 13transmisión o almacenamiento de esta publicación en cualquier sistema de recuperación de cualquier tipo, en todo o en parte, sin elconsentimiento escrito del titular del derecho de autor. www.apc.com Informe interno N°118 Rev. 1
  14. 14. Figura 5 – Cómo enfrentar el desafío de la gestión en un entorno virtualizadoUn sistema de gestión analítico e interactivo que cuente con información completa es vital para todainfraestructura integrada, en la que los subsistemas se comunican con un coordinador central que puedecorrelacionar, analizar, recomendar, advertir y predecir. Un sistema como el descrito cuenta coninformación sobre el estado del entorno en un momento dado y sobre los límites de la infraestructura en esemomento y puede predecir, mediante la creación de modelos, el estado futuro del entorno con laincorporación de cambios.Encontrará más información sobre la administración de capacidad en el Informe interno Nº 150 de APC,Administración de capacidad de energía y enfriamiento para centros de datos.Efecto de la virtualización sobre el consumo y laeficiencia energéticosLos análisis de la eficiencia del centro de datos pueden resultar confusos; esto es así porque se trata de untema nuevo y la terminología no se encuentra estandarizada aún. La virtualización y la consolidaciónresultante influyen en los tres niveles de eficiencia de los centros de datos, como se muestra en la figura 6.2008-2009 American Power Conversion. Todos los derechos reservados. Queda prohibida la utilización, reproducción, fotocopiado, 14transmisión o almacenamiento de esta publicación en cualquier sistema de recuperación de cualquier tipo, en todo o en parte, sin elconsentimiento escrito del titular del derecho de autor. www.apc.com Informe interno N°118 Rev. 1
  15. 15. En este informe se trata la eficiencia eléctrica de la infraestructura física del centro de datos (DCiE), que consiste principalmente en los sistemas de energía y enfriamiento. Si se actualizan los sistemas de energía y enfriamiento que integran la infraestructura para que exista mayor correspondencia entre ellos y el nuevo entorno informático virtualizado y eficiente, es posible aumentar considerablemente la eficiencia general como resultado del aumento del valor DCiE. Figura 6 – Efecto típico de la virtualización en la eficiencia del centro de datos; se muestra el valor DCiE en el contexto de la eficiencia general del centro de datos La eficiencia general aumenta en cierta Overall efficiency Somewhat better medida con la virtualización,Importante y en gran medida si además seoportunidad de optimiza el componente DCiEaumentar laeficiencia aun más DCiE Worse IT efficiency Much better La eficiencia de los equiposEl valor DCiE (Eficiencia de informáticos aumenta en granlos sistemas de energía y medida con la virtualización.enfriamiento) decrece Importante aumento de la eficiencia en cualquier InfrastructureEste es el tema del infrastructurepresente informe caso Physical Watts IT IT IN watts Useful computing En este informe se hace hincapié en el hecho de que adoptar la virtualización en un centro de datos existente, sin modificar la infraestructura de energía y enfriamiento, siempre reduce la eficiencia de la infraestructura física del centro de datos (el componente DCiE de la eficiencia general) a causa de las pérdidas fijas (consumo de energía) inherentes a los sistemas de energía y enfriamiento. En esta sección se explica por qué se reduce la eficiencia, cómo cuantificarla y cómo evitarla. Una de las principales motivaciones para adoptar la virtualización es la mayor eficiencia computacional, es decir, el mayor volumen de procesamiento por vatio de potencia consumido en el centro de datos (eficiencia "general" en la figura 6). No obstante, el menor consumo de potencia de la carga informática consolidada en sí misma es sólo una parte de los ahorros que pueden lograrse con la virtualización. En la mayoría de los centros de datos existentes, existe un importante potencial de ahorro adicional en los sistemas de energía y enfriamiento que ofrecen soporte a la nueva carga informática virtualizada y ahora reducida. Esos ahorros adicionales van más allá de los ahorros inmediatos derivados de la reducción de la carga que depende de los sistemas de energía y enfriamiento –que suelen ser decepcionantes a causa de las pérdidas fijas, descritas más adelante–, y surgen de la eficiencia que puede obtenerse con la reconfiguración y racionalización de la arquitectura de energía de modo que exista mayor correspondencia con la demanda reducida y variable del entorno virtualizado. La virtualización afecta el consumo y la eficiencia energéticos de diversas maneras, algunas de las cuales pueden resultar contrarias a la intuición. Los conceptos no son complicados, pero dependen de la 2008-2009 American Power Conversion. Todos los derechos reservados. Queda prohibida la utilización, reproducción, fotocopiado, 15 transmisión o almacenamiento de esta publicación en cualquier sistema de recuperación de cualquier tipo, en todo o en parte, sin el consentimiento escrito del titular del derecho de autor. www.apc.com Informe interno N°118 Rev. 1
  16. 16. comprensión clara de ciertas definiciones básicas y de las relaciones fundamentales entre potencia, pérdiday carga. Para ilustrar los efectos de la virtualización en el consumo y la eficiencia energéticos, es útilrepasar el concepto de eficiencia de la infraestructura del centro de datos (DCiE) e identificar a losprincipales consumidores de energía del centro de datos.¿Qué es la "eficiencia de la infraestructura del centro de datos (DCiE)"?La "eficiencia de la infraestructura del centro de datos" es un parámetro asociado a la infraestructura físicadel centro de datos, cuyos principales componentes son los sistemas de energía y enfriamiento. Elparámetro cuantifica el "trabajo útil" que lleva a cabo la infraestructura física y se define como la proporcióndel total de potencia suministrada al centro de datos que alimenta la carga informática (figura 7). Figura 7 – Definición de eficiencia de la infraestructura física del centro e datos (DCiE) 3 Data center Power path POWER Power to IT system to IT Power to IT data center equipment Power to COOLING Secondary system Support * To simplify the analysis, subsystems Physical consuming a small amount of power infrastructure* are not included in this discussion: Cabling Physical security Switches Generator Lights Switchgear Power to IT = ( ) Data Center infrastructure Efficiency Power to data centerEn este contexto, toda la energía consumida en el centro de datos –es decir, la energía no consumida porla carga informática– se considera "pérdida". Entre esos consumos, o pérdidas, no asociados a los equiposinformáticos se cuentan: • Las ineficiencias internas del sistema de energía (dispositivos del circuito de potencia tales como unidades UPS, PDU, cableado, etc.), que se disipan como calor • La energía que consume el sistema de enfriamiento • La energía que consumen otros subsistemas de la infraestructura física del centro de datos (este consumo es relativamente bajo y no se muestra en la figura 7)3 Otro parámetro es PUE (eficacia en el uso de energía), que es el inverso matemático de DCiE. Los parámetros DCiE yPUE son formas equivalentes de medir lo mismo. Véase el Informe interno Nº 157 de APC, Selección de un parámetroestándar del sector para centros de datos.2008-2009 American Power Conversion. Todos los derechos reservados. Queda prohibida la utilización, reproducción, fotocopiado, 16transmisión o almacenamiento de esta publicación en cualquier sistema de recuperación de cualquier tipo, en todo o en parte, sin elconsentimiento escrito del titular del derecho de autor. www.apc.com Informe interno N°118 Rev. 1
  17. 17. En la figura 8 se ilustran las pérdidas mencionadas en el contexto de la energía total consumida en el centro de datos. Encontrará más información sobre el concepto de eficiencia del centro de datos y sobre la distinción entre "pérdida" y "trabajo útil" en el Informe interno Nº 113 de APC, Elaboración de modelos de eficiencia eléctrica para centros de datos. Figura 8 – Definición de “pérdidas” con relación al consumo de energía en el centro de datos Power consumed by minor subsystems (omitted to simplify the discussion) Lights Physical security Switches Generator Switchgear COOLING system Power consumed by Power consumed in providing physical infrastructure COOLING to the IT load Efficiency goal is to minimize this “overhead”Power IN POWER systemto data center Power consumed in providing POWER to the IT load IT load Power consumed in doing the primary job of the data center (computing) Power to IT Eficiencia de la Power to infraestructura data center física = (DCiE) Relación con la figura 7 Pérdidas fijas vs. pérdidas proporcionales De la energía que consumen los sistemas de energía y de enfriamiento –las "pérdidas" de la figura 8–, una parte permanece constante independientemente del volumen de carga informática, y otra parte varía en proporción a ese volumen. Esos dos componentes de la energía consumida (pérdida) se denominan 4 pérdidas fijas y pérdidas proporcionales. • Pérdidas fijas: Son siempre las mismas independientemente del volumen de carga. Las pérdidas fijas es la energía que se consume siempre que un dispositivo o sistema se encuentra en funcionamiento, independientemente del volumen de carga a la que se brinda soporte. La reducción de la carga no modifica este componente fijo de las pérdidas. Los transformadores y los ventiladores de velocidad fija son algunos ejemplos de dispositivos que registran un importante componente de pérdidas fijas. Es a causa de las pérdidas fijas que la eficiencia aumenta con cargas altas (las pérdidas fijas representan una pequeña proporción del consumo total) y disminuye con cargas bajas (las pérdidas fijas representan una gran proporción del consumo total); véase la figura 11 más abajo. Reducir las pérdidas fijas aumentando los niveles de eficiencia de los dispositivos y/o mejorando la configuración de los sistemas es la forma más eficaz de aumentar la eficiencia de los sistemas de energía y enfriamiento. 4 También existe un tercer tipo de pérdidas, en general menos significativas, que varía en función del cuadrado de la carga. Se trata de las pérdidas de ley cuadrática o del cuadrado. Encontrará más información sobre los tres tipos de pérdidas en el Informe interno N° 113 de APC, Elaboración de modelos de eficiencia eléctrica para centros de datos. 2008-2009 American Power Conversion. Todos los derechos reservados. Queda prohibida la utilización, reproducción, fotocopiado, 17 transmisión o almacenamiento de esta publicación en cualquier sistema de recuperación de cualquier tipo, en todo o en parte, sin el consentimiento escrito del titular del derecho de autor. www.apc.com Informe interno N°118 Rev. 1
  18. 18. • Pérdidas proporcionales: Son directamente proporcionales a la carga asociada al dispositivo. Si se duplica la carga se duplican las pérdidas proporcionales. Si la carga se reduce en 75% las pérdidas proporcionales se reducen en la misma medida. Los ventiladores y las bombas de velocidad variable son algunos ejemplos de dispositivos que registran un importante componente de pérdidas proporcionales.Como se mostrará en las próximas secciones, a causa de las pérdidas fijas se acotan tanto los ahorros deenergía como los niveles de eficiencia que pueden alcanzarse a través de la virtualización, dado que laspérdidas fijas no cambian independientemente de la medida en que se reduzca la carga informática.Las pérdidas fijas acotan los ahorros de energíaLa consolidación permite reducir el consumo general del centro de datos. La pregunta clave a la hora depensar en la virtualización y consolidación de los sistemas es "¿Cuánto se reducirá mi consumo deenergía?". La respuesta está muy ligada al volumen de pérdidas fijas que se registran en la infraestructurade energía y enfriamiento. En la figura 9 se ilustra la relación entre la consolidación y los ahorros deenergía, y en qué medida las pérdidas fijas de la infraestructura de energía y enfriamiento acotan losahorros de energía que podrían obtenerse.La clave para aumentar los ahorros resultantes de la consolidación está en reducir las pérdidas fijas de lainfraestructura de energía y enfriamiento. La reducción necesaria puede lograrse eliminando parte de laspérdidas fijas (por ejemplo, eliminando el costo de rehumidificación mediante mejoras en el diseño delsistema de enfriamiento), reduciendo parte de esas pérdidas (por ejemplo, adoptando un sistema UPS máseficiente) o convirtiendo parte de esa pérdidas en pérdidas proporcionales (por ejemplo, reemplazando lasbombas y ventiladores de velocidad fija por dispositivos equivalentes de velocidad variable). En la figura 10se muestra el efecto de reducir las pérdidas fijas.2008-2009 American Power Conversion. Todos los derechos reservados. Queda prohibida la utilización, reproducción, fotocopiado, 18transmisión o almacenamiento de esta publicación en cualquier sistema de recuperación de cualquier tipo, en todo o en parte, sin elconsentimiento escrito del titular del derecho de autor. www.apc.com Informe interno N°118 Rev. 1
  19. 19. Figura 9 – Las pérdidas fijas acotan los ahorros de energía que pueden lograrse con la consolidación En este gráfico se ilustra el CONSUMO DE ENERGÍA total del centro de datos. 100% No se muestra explícitamente la EFICIENCIA de la infraestructura del centro de datos (DCiE), pero se puede advertir en él que el componente DCiE disminuye porque la carga informática decrece mientras que las pérdidas fijas permanecen constantes. 75% Electric As IT load shrinks, TOTAL POWER bill 50% can never drop below the level of FIXED LOSSES As percentage of pre-consolidation amount FIXED LOSSES Portion of TOTAL POWER due to fixed losses – constant regardless of load 25% 35% is a typical level of fixed losses Examples of FIXED LOSS: in a non-virtualized data center PDU transformers Fixed-speed fans 0% 2:1 4:1 6:1 8:1 10:1 12:1 14:1 16:1 18:1 20:1 … Consolidation ratio Figura 10 – Reducir las pérdidas fijas permite obtener mayores ahorros con la consolidación 100% 75%Electric Greater power savings enabled bybill 50% reduced fixed lossesAs percentage ofpre-consolidationamount 25% FIXED LOSSES Examples of reducing FIXED LOSS: Reduce excess power/cooling capacity Switch to variable-speed fans 0% 2:1 4:1 6:1 8:1 10:1 12:1 14:1 16:1 18:1 20:1 … Consolidation ratio 2008-2009 American Power Conversion. Todos los derechos reservados. Queda prohibida la utilización, reproducción, fotocopiado, 19 transmisión o almacenamiento de esta publicación en cualquier sistema de recuperación de cualquier tipo, en todo o en parte, sin el consentimiento escrito del titular del derecho de autor. www.apc.com Informe interno N°118 Rev. 1
  20. 20. La eficiencia del centro de datos es función de la carga informáticaEn el contexto de la eficiencia del centro de datos, las "pérdidas" que se muestran en la figura 8 estáncompuestas por la suma de todo el consumo de energía de los sistemas que conforman la infraestructurafísica del centro de datos, es decir, el consumo de energía necesario para ofrecer soporte a la cargainformática, pero no la carga informática en sí misma. Como sucede con el consumo de energía de undispositivo cualquiera como una UPS, algunas de esas pérdidas son pérdidas fijas, que permanecenconstantes independientemente de la carga a la que ofrezcan soporte; se trata de energía que se consumesiempre que el sistema se encuentre encendido. El resto son pérdidas proporcionales, que varían enproporción a la carga informática, y están asociadas a dispositivos tales como ventiladores y bombas develocidad variable.Si todas las pérdidas registradas fueran proporcionales (y disminuyeran al ritmo de la carga informática), laeficiencia del centro de datos sería un valor único, idéntico para cualquier carga informática. No obstante,eso nunca sucede en los centros de datos porque siempre existen pérdidas fijas, que dan como resultadomás altos niveles de eficiencia cuando la carga es más elevada, y más bajos niveles cuando la cargadisminuye. Por lo tanto, la eficiencia del centro de datos siempre es una curva: la eficiencia es función de lacarga. En la figura 11 se muestra una curva típica de eficiencia del centro de datos. Figura 11 – Curva típica de eficiencia de la infraestructura del centro de datos 100% 80% Efficiency is this … 60%Data center En la curva de eficiencia no se indicaninfrastructure CANTIDADES absolutas de consumoefficiency 40% de potencia, sino la PROPORCIÓN DCiE de potencia de entrada que llega a la … at this load carga informática, es decir, el "trabajo" útil de la infraestructura 20% física. 0% 0% 20% 40% 60% 80% 100% No load Full load IT Load % of data center capacityLa curva de eficiencia de la infraestructura de cada centro de datos es mayor o menor en función de laeficiencia de los dispositivos que la componen y de la eficiencia de la configuración de sus sistemas; pero lacurva siempre comienza en cero y suele tener la misma forma.Identificación de los efectos de la virtualización en la curva de eficiencia de lainfraestructuraLa virtualización siempre implica una reducción del consumo de energía debido a la optimización de loscomponentes informáticos y su consolidación en un número menor de dispositivos físicos. Sin embargo, si2008-2009 American Power Conversion. Todos los derechos reservados. Queda prohibida la utilización, reproducción, fotocopiado, 20transmisión o almacenamiento de esta publicación en cualquier sistema de recuperación de cualquier tipo, en todo o en parte, sin elconsentimiento escrito del titular del derecho de autor. www.apc.com Informe interno N°118 Rev. 1
  21. 21. simultáneamente no se reduce la infraestructura de energía y enfriamiento o no se introducen en ellamejoras en materia de eficiencia, la curva de eficiencia de la infraestructura del centro de datospermanecerá inalterada, y la eficiencia (DCiE) descenderá en la curva a causa de la disminución en lacarga (figura 12). Figura 12 – La consolidación reduce la carga, y hace descender la eficiencia en la curva 100% 80% Consolidation Data center 60% infrastructure BEFORE virtualizing efficiency 55% La curva de eficiencia de este DCiE 40% centro de datos refleja los DCiE AFTER virtualizing niveles de eficiencia de los 38% dispositivos que lo integran y 20% DCiE la arquitectura de todo el sistema. 0% 0% 20% 40% 60% 80% 100% No load Full load IT Load % of data center capacityComo puede verse, cayó el nivel de eficiencia a pesar de que el consumo de energía es menor. Laeficiencia no mide cuánta energía se utiliza; más bien, indica la magnitud de energía que se desperdiciarespecto de la que se utiliza. Esencialmente, se trata de una forma de medir el "margen de mejora". Lacaída en la eficiencia se producirá independientemente de la curva de eficiencia del centro de datosparticular (que siempre tendrá una forma similar a la ilustrada) y del valor DCiE previo a la virtualización. Sino se introducen cambios en los sistemas de energía y enfriamiento –para elevar la curva de eficiencia– elcomponente DCiE descenderá tras la consolidación para cualquier centro de datos (figura 13).2008-2009 American Power Conversion. Todos los derechos reservados. Queda prohibida la utilización, reproducción, fotocopiado, 21transmisión o almacenamiento de esta publicación en cualquier sistema de recuperación de cualquier tipo, en todo o en parte, sin elconsentimiento escrito del titular del derecho de autor. www.apc.com Informe interno N°118 Rev. 1
  22. 22. Figura 13 – Para CUALQUIER centro de datos, la consolidación reduce la eficiencia de la infraestructura si no se introducen cambios en la infraestructura del centro de datos 100% 80% Data center A 62% DCiE Data center 60% infrastructure 48% Data center B DCiE efficiency DCiE 40% 45% DCiE 32% DCiE 20% 0% 0% 20% 40% 60% 80% 100% No load Full load IT Load % of data center capacityPara mejorar el valor DCiE tras la virtualización, debe elevarse la curva de eficiencia de la infraestructuradel centro de datos optimizando los sistemas de energía y enfriamiento para disminuir el desperdicioinherente al sobredimensionamiento y lograr una mayor correspondencia entre la capacidad y la nuevacarga reducida (figura 14); tal optimización es el tema de este informe. La mejor manera de elevar la curvade eficiencia es pasar de un esquema de enfriamiento perimetral a otro por hilera y dimensionaradecuadamente los sistemas de energía y enfriamiento. Además de aumentar los niveles de eficiencia,la optimización de los sistemas de energía y enfriamiento influirá directamente en los gastos deelectricidad ya que disminuirá el consumo de energía asociado a capacidad de energía yenfriamiento que no se utiliza. Figura 14 – La optimización de los sistemas de energía y enfriamiento eleva la curva de eficiencia 100% Optimized power & cooling (The subject of this paper) AFTER virtualization 80% with optimized power/cooling Data center 60% 58% DCiE Original infrastructure 55% power & cooling DCiE efficiency 40% DCiE BEFORE virtualization 39% DCiE AFTER virtualization 20% 0% 0% 20% 40% 60% 80% 100% No load Full load IT Load % of data center capacity2008-2009 American Power Conversion. Todos los derechos reservados. Queda prohibida la utilización, reproducción, fotocopiado, 22transmisión o almacenamiento de esta publicación en cualquier sistema de recuperación de cualquier tipo, en todo o en parte, sin elconsentimiento escrito del titular del derecho de autor. www.apc.com Informe interno N°118 Rev. 1
  23. 23. ¿Por qué disminuye la eficiencia de la infraestructura (DCiE) a pesar del menor consumo deenergía?Siempre que se adopte la virtualización disminuirá (mejorará) el consumo de energía debido a la menorpoblación de servidores y a cierta reducción simultánea del consumo de energía en los sistemas de energíay enfriamiento (las pérdidas proporcionales descritas anteriormente). Sin embargo, la eficiencia de lainfraestructura del centro de datos decrecerá (empeorará) si no se achican y optimizan en la medidanecesaria los sistemas de energía y enfriamiento de modo de que exista una mayor correspondencia con lanueva carga informática reducida. En otras palabras, si la infraestructura física no se contrae paraadecuarse mejor a la carga informática reducida, seguirá consumiendo energía (pérdidas fijas) parasostener la capacidad excedente o mal empleada que no es de utilidad para ofrecer soporte a la cargainformática reducida. En la figura 15 se ilustra el resultado típico, menor consumo de energía combinadocon menor eficiencia de la infraestructura. Figura 15 – Ejemplo de menor consumo de energía combinado con menor eficiencia de la infraestructura (DCiE) Total power = En el ejemplo: 1000 kW Reducción de la carga informática: 50% 66% de las pérdidas del SISTEMA DE ENFRIAMIENTO son fijas Power consumed by minor subsystems ignored to simplify analysis 75% de las pérdidas del SISTEMA DE COOLING ENERGÍA son fijas Total power = system 370 kW 370 kW 672 kW Power and cooling didn’t go down in the same proportion as IT load because of fixed losses POWER system 130 kW 130 kW COOLING En la figura 7 encontrará la system definición de eficiencia de la 308 kW 308 kW infraestructura del centro de datos (DCiE). IT load POWER 114 kW system 114 kW 500 kW 500 kW Infrastructure Infrastructure 37% IT load efficiency = 50% 250 kW efficiency 250 kW = (DCiE) (DCiE)A ver BEFORE AFTER virtualization virtualizationCómo aumentar la eficiencia: reducción de las pérdidas fijasEn las secciones anteriores se explica por qué la virtualización hacer caer el componente DCiE y que laspérdidas fijas de la infraestructura del centro de datos son la causa principal de ese efecto. Para compensarese problema y alcanzar el máximo potencial de ahorro de energía derivado de la virtualización, deberáoptimizarse la infraestructura de energía y enfriamiento –según se describe en la primera mitad de esteinforme– para contemplar elementos como los siguientes a fin de minimizar las pérdidas fijas y maximizar laeficiencia eléctrica del proyecto de virtualización: • Reducción de la capacidad de potencia y enfriamiento para lograr una mayor correspondencia con la carga2008-2009 American Power Conversion. Todos los derechos reservados. Queda prohibida la utilización, reproducción, fotocopiado, 23transmisión o almacenamiento de esta publicación en cualquier sistema de recuperación de cualquier tipo, en todo o en parte, sin elconsentimiento escrito del titular del derecho de autor. www.apc.com Informe interno N°118 Rev. 1
  24. 24. • Ventiladores y bombas de velocidad variable que funcionan con menor intensidad cuando baja la demanda • Equipos con dispositivos más eficientes que consuman menos energía durante su funcionamiento • Arquitectura de enfriamiento con rutas de circulación de aire cortas (por ejemplo, pasar de sistema perimetral a sistema por hilera) • Sistema de administración de la capacidad, para equilibrar la carga con la demanda y detectar la presencia de capacidad inutilizada • Paneles de obturación para reducir la mezcla de aire en los racksPara alcanzar el mínimo consumo de energía posible durante el funcionamiento de los equipos –es decir,niveles eficientes de operación– es necesario proveer los recursos en forma dirigida en la medida, elmomento y el lugar justos (véase el recuadro).Estos mismos principios se aplican al diseño de a Enfriamiento "justo a tiempo"dispositivos y arquitecturas que ofrecen respuesta a La idea de proveer un recurso en el momento justo y enlos desafíos funcionales de la virtualización, que se la medida justa no es nueva, aunque sí con relación a los centros de datos. Los beneficios en materia deplantean en la primera mitad de este informe. Como eficiencia asociados al tipo de enfriamiento por hileraresultado, el aumento de eficiencia se produce localizado descrito tiene un conocido paralelo en el campo de la producción.automáticamente cuando se adoptan las tres "Justo a tiempo" es una filosofía desarrollada porsoluciones anteriores: enfriamiento por hilera, Toyota en la década de 1950. Hoy es una piedrasistemas de energía y enfriamiento escalables, y angular de la teoría de la administración, y hace hincapié en la eliminación del desperdicio partiendo deherramientas para administración de la capacidad. que se debe tener sólo la cantidad necesaria de los repuestos adecuados, en el momento y en el lugar adecuados, para que ante la necesidad concreta se los pueda tener justo a tiempo. La idea es eliminar elTradeOff Tool™ de APC para calcular los almacenamiento y movimiento innecesarios de partes,ahorros derivados de la virtualización con el objetivo de posibilitar un flujo eficiente y regular de los materiales a través del proceso de producción.En la Figura 16 se muestra el Calculador de costos El sector de los centros de datos ya empezó a cosecharde energía derivados de la virtualización, una los frutos de lo aprendido de otros sectores en relación con la estandarización y la modularidad. Ahora que suherramienta TradeOff Tool™ de APC. Esta materia prima principal –la electricidad– se está convirtiendo en un recurso escaso y costoso, lasherramienta interactiva ilustra los componentes tecnologías y estrategias para conservarlo haninformáticos, la infraestructura física y los ahorros despertado gran interés en el sector y en el usuario.de energía que pueden obtenerse en el centro de El sistema de enfriamiento, uno de los principales consumidores de electricidad en el centro de datos, esdatos con la virtualización de servidores. La un candidato ideal para la aplicación de la filosofía "usaherramienta permite que el usuario introduzca sólo lo que necesitas, donde lo necesitas y cuando lo necesitas... y con gran eficiencia".datos relativos a la capacidad del centro de datos,carga, cantidad de servidores, costo de electricidady otros valores asociados al centro de datos.2008-2009 American Power Conversion. Todos los derechos reservados. Queda prohibida la utilización, reproducción, fotocopiado, 24transmisión o almacenamiento de esta publicación en cualquier sistema de recuperación de cualquier tipo, en todo o en parte, sin elconsentimiento escrito del titular del derecho de autor. www.apc.com Informe interno N°118 Rev. 1

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