Como usar a distribuição inteligente de energia para maximizar a disponibilidade da rede

As preocupações com o aumento dos custos de energia estão levando os operadores de data centers e outras instalações de rede a repensar como as instalações estão estruturadas, incluindo a mudança das expectativas de como as unidades inteligentes de distribuição de energia (iPDUs) podem contribuir para uma operação mais ecológica, mais confiável e de menor custo, tudo isso contribuindo para uma melhor disponibilidade da rede. Além disso, uma crescente variedade de tipos de data centers requer abordagens diferentes ao especificar e integrar iPDUs, desde grandes data centers que suportam computação em nuvem até aqueles muito menores, dispersos em fábricas, armazéns, etc., entre outras instalações. Grandes data centers estão sendo operados com iPDUs em corredores quentes com temperaturas de 60°C para reduzir as necessidades de resfriamento e o consumo de energia. Em comparação, os data centers de borda operam a temperaturas máximas de 40°C, que estão de acordo com o ambiente da instalação onde estão localizados.

As especificações e características operacionais das iPDUs precisam ser combinadas com o ambiente onde elas são implantadas. Há uma expectativa crescente de que as iPDUs dará suporte ao monitoramento e controles remotos de energia para otimizar a disponibilidade em todos os casos.

Este artigo compara e contrasta os ambientes operacionais e as expectativas para iPDUs em ambientes de nuvem versus ambientes de borda, incluindo tanto hardware quanto software, junto com recomendações de implantação; em seguida, apresenta iPDUs adequadas para data centers de nuvem e de borda da Panduit e Orion Fans.

Três das características dos ambientes de nuvem e borda que impactam a seleção da iPDU são as diferenças nos ambientes térmicos, as diferenças nas arquiteturas de comunicação em rede e as diferenças nas densidades de equipamentos. Provavelmente a diferença mais desafiadora entre ambientes de nuvem e borda é a expectativa de operação a até 40°C para a maioria das instalações de borda em comparação com a operação a 60°C em data centers de nuvem (Figura 1). Em ambientes de nuvem, corredores quentes e frios minimizam as necessidades de refrigeração e reduzem os custos de energia, um custo operacional importante em grandes data centers. As iPDUs são normalmente encontradas no corredor quente e devem ser dimensionadas para 60°C.

Figura 1: As iPDUs em data centers de nuvem precisam operar a 60°C para que possam ser instaladas em corredores quentes. (Fonte da imagem: Panduit)

Além disso, ao operar em corredores quentes e frios, a American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers (ASHRAE) requer três sensores de temperatura e um sensor de umidade (chamado '3T + H') na frente do gabinete no corredor frio, e apenas um sensor de temperatura na parte traseira do gabinete no corredor quente. Como resultado, as iPDUs que suportam múltiplas entradas de sensores podem eliminar a necessidade de um dispositivo 1RU intermediário para os sensores e ser uma consideração importante em data centers de nuvem.

Embora tanto as instalações de borda quanto as de nuvem valorizem a alta disponibilidade, ela é relativamente mais importante em ambientes de nuvem. O módulo controlador na iPDUs precisa ser substituível em funcionamento para unidades instaladas em data centers de nuvem. Ser capaz de trocar o módulo controlador durante o funcionamento, minimiza o tempo de parada, uma consideração essencial na nuvem. Além disso, a Gigabit (Gb) Ethernet é mais amplamente adotada na nuvem do que outras velocidades de conectividade, e as iPDUs na nuvem se beneficiam do suporte à conectividade Gb Ethernet que não é tão valorizada em instalações de borda. Soma-se a isso, as instalações em nuvem que geralmente requerem iPDUs que suportem níveis mais altos de segurança e software mais complexo para gerenciamento e monitoramento de energia.

Racks de maior densidade são encontrados em data centers de nuvem em comparação com a borda, fazendo da densidade de potência um fator importante na seleção da iPDU para instalações de nuvem. As iPDUs nos data centers em nuvem se beneficiam de densidades maiores de tomadas de saída, mas ainda devem fornecer um alto nível de controle e monitoramento inteligente da energia para suportar densidades maiores de potência.

Tanto nas instalações em nuvem quanto nas instalações de borda, as desconexões acidentais do cabo de força são uma das principais causas de paralisação do equipamento. A causa mais comum de desconexões acidentais em iPDUs é o efeito da vibração e da gravidade ao longo do tempo puxando os cabos de força; não é "erro do usuário". Projetar iPDUs que minimizem o efeito da vibração e da gravidade nos cabos de força, minimizando assim desconexões acidentais, pode ser importante em instalações de borda e é necessário em instalações de nuvem.

iPDUs dimensionadas para 60°C a plena carga

Os engenheiros de data center podem recorrer às PDUs inteligentes G5 da Panduit (iPDUs de ger. 5) para atender às necessidades de distribuição de energia, disponibilidade, segurança e monitoramento das instalações em nuvem. As iPDUs de ger. 5 têm uma temperatura operacional de 60°C a plena carga. Elas também têm entradas de sensores para suportar a exigência ASHRAE de 3T + H no corredor frio e um sensor de temperatura no corredor quente, sem um aparelho 1RU intermediário. Os sensores digitais auto-identificadores podem ser conectados diretamente à iPDU, acelerando a implantação.

O controlador inteligente de rede (iNC) na iPDUs de ger. 5 é substituível em funcionamento para suportar o máximo de tempo de atividade (Figura 2). Ele inclui um visor OLED de alta visibilidade, controle padrão de fábrica/reinicialização, botões seletores de menu, um LED de status, um conector USB para atualizações de firmware e configuração e/ou conexão de luz de rack automática opcional, porta Ethernet de 1 Gb para conexões de rede, saída e entrada de PDU/portas seriais para várias ligações em cascata iNCs, e duas portas de sensores que podem ser conectadas a até 4 sensores, para um total de 8 sensores, usando a porta opcional de expansão dos sensores.

Figura 2: O iNC nas iPDUs de ger. 5 é substituível em funcionamento para suportar o máximo tempo de atividade e suporta uma ampla gama de funções de monitoramento e controle. (Fonte da imagem: Panduit)

Até quatro iPDUs podem ser ligadas e conectadas em cascata a duas conexões de rede seguras diferentes para:

• Monitorar o uso de energia e dados de rastreamento em uma rede de instalações e;
• Gerenciar e monitorar até quatro iPDUs de rack, utilizando apenas um único endereço IP (Figura 3).

Cada iPDU da ligação em cascata pode ser conectado a até oito sensores, para um total de 32 sensores em uma única conexão. Além disso, uma configuração redundante de acesso à rede está disponível usando duas iPDUs.

Figura 3: Até 4 iPDUs de ger. 5 podem ser ligadas em cascata através de um único endereço IP. (Fonte da imagem: Panduit)

A necessidade em grandes data centers é monitorar e identificar ineficiências para melhorar a eficiência operacional, reduzir custos e minimizar a pegada ambiental. As iPDUs de ger. 5 suportam software, abrangente e preciso, de medição de energia para utilizar eficientemente os recursos de energia, tomar decisões informadas de planejamento de capacidade, melhorar o tempo de atividade e medir a eficácia do uso de energia (PUE). Estes iPDUs oferecem a medição, monitoramento e controles de energia necessários para apoiar melhorias contínuas no uso de energia, incluindo:

• Medição e monitoramento de energia em nível de PDU
  • Medição do consumo de energia em watt-hora (kWh)
  • Medidas de potência (W)
  • Medidas de potência da fase de entrada, incluindo V, A, VA, kWh e fator de potência (pf)
  • Medidas do nível de corrente do disjuntor
  • Capacidades de medição para fins de cobrança
  • Memória integrada para registrar/ver/relatar dados históricos
  • Limites de alarme e notificações personalizáveis
• Controles de nível da tomada de saída
  • Ligação e desligamento remoto por tomada individual
  • Atraso no tempo de ligação definido pelo usuário para sequenciar o equipamento e evitar sobrecargas da corrente de irrupção
  • Funções atribuíveis ao usuário e níveis de segurança do acesso
• Medição do consumo de energia da tomada
  • Medição do consumo de energia em watt-hora (kWh)
  • Medidas de potência incluindo V, A, VA, W e pf
  • Dados para cálculos de PUE Green Grid Level 3

As iPDUs de ger. 5 fornecem altas densidades de potência, apresentam até 48 tomadas e vêm com um cabo de força de entrada de três metros. Elas estão disponíveis com uma gama de configurações de montagem, incluindo vertical (0U) ou horizontal (1U ou 2U). Por exemplo, o modelo P36D08M é dimensionado para 30 A por fase, está em um fator de forma 0U FULL, tem um plugue de entrada L15-30P, 3 disjuntores, pode suportar 8,6 kW e tem 36 tomadas (30 C13 e 6 C19).

Os projetistas que utilizam as iPDUs de ger. 5 podem escolher entre duas soluções diferentes para o problema de desconexões acidentais. As tomadas padrões C13 e C19 têm uma fenda rebaixada integrada ao lado delas, projetada para aceitar uma abraçadeira não condutora, eliminando efetivamente os efeitos da vibração e da gravidade. Embora estas tomadas sejam menos dispendiosas, há um custo de mão de obra para o uso da abraçadeira de cabo, e isso não segura o cabo de força no lado do equipamento. As iPDUs de ger. 5 estão disponíveis com cabos de travamento que clicam com segurança no lugar para uma solução mais completa. Além disso, a extremidade do equipamento tem um mecanismo de travamento universal que trava o equipamento de TI, proporcionando retenção permanente dos cabos em ambas as extremidades. Dependendo das necessidades de instalação, os especificadores podem utilizar as iPDUs de ger. 5 que combinam tomadas com fendas de abraçadeiras e tomadas de travamento (Figura 4). Além disso, os data centers em nuvem têm um grande número de cabos de força alimentando os lados A e B na parte de trás do gabinete, o que pode complicar o gerenciamento dos cabos. As PDUs de ger. 5 oferecem abraçadeiras coloridas, tiras de marcação coloridas e cabos de força coloridos (com e sem travamento) para simplificar a identificação e o gerenciamento de cabos nos lados A e B.

Figura 4: As iPDUs de ger. 5 oferecem uma escolha de abraçadeiras ou tomadas de travamento para atender às preocupações com desconexões acidentais. (Fonte da imagem: Panduit)

O dispositivo de segurança opcional Panduit Smart Zone G5 pode ser usado com a iPDU de ger. 5 para fornecer controle de acesso para até 200 usuários. O dispositivo inclui um LED de status que fornece o estado de segurança dele, e um LED de sinalização indicando a condição do gabinete. Ele também possui um sensor de umidade integrado e sensores dedicados de temperatura e de alarme da porta para simplificar a instalação do sensor e atender às normas ASHRAE (Figura 5). O dispositivo de segurança G5 inclui teclas e tranquetas de substituição em campo e quatro formas de controlar o acesso ao gabinete:

• Os leitores de cartões de frequência dupla podem ser usados tanto com cartões de baixa frequência quanto com cartões de alta frequência.
• O acesso pode ser controlado remotamente através da interface web contida na iPDU de ger. 5.
• O modelo ACF06 inclui um teclado opcional que permite o acesso ao gabinete através de um código PIN seguro.
• O modelo ACF06 pode implementar autenticação dupla quando for necessário passar um cartão e usar o teclado.

Figura 5: O dispositivo de segurança opcional Smart Zone G5 tem um sensor de umidade integrado e LEDs de status e pode ser configurado com ou sem um teclado integrado para controle de acesso. (Fonte da imagem: Panduit)

iPDUs para instalações de borda

Para data centers na borda e outras aplicações que podem utilizar iPDUs dimensionadas para operação máxima de 40°C, a Orion Fans oferece a série PDU Smart Switched que apresenta tomadas que podem ser iniciadas sequencialmente, controladas e monitoradas de forma remota. A PDU Smart Switched monitora individualmente cada tomada e, caso um limite definido pelo usuário seja excedido, envia um alerta por e-mail ou alarme sonoro. Outras características incluem:

• Controle e monitoramento do nível de potência da tomada para equipamento montado no rack
• Operação de 0 a 40°C
• Monitoramento de energia por medidor, web ou protocolo simples de gerenciamento de rede (SNMP)
• protocolos de comunicação http, https, SNMP, DHCP e UDP
• Medidor digital de corrente com RMS verdadeiro na PDU
• O pacote de software fornece controle e análise para melhorar a eficiência energética, reduzir os custos operacionais e minimizar o tempo de parada

Por exemplo, o modelo OSP-V-16-23-16-N1 inclui 14 tomadas IEC320 C13 e 2 IEC320 C19, uma tomada de entrada IEC320 C20, e um cabo de força fechado IEC320 C19 a C20 de 3 metros de comprimento, e um disjuntor de 16 A. Alternativamente, o OSP-H-16-23-08-N1 tem 8 saídas IEC320 C13, uma entrada IEC320 C20, um cabo de força fechado IEC320 C19 a C20 de 3 metros de comprimento e um disjuntor de 16 A com um medidor de corrente de três dígitos de 20 A com resolução de 0,1 A (Figura 6).

Figura 6: A iPDU OSP-H-16-23-08-N1 tem 8 tomadas IEC320 C13 e um medidor de corrente de três dígitos com uma resolução de 0,1 A. (Fonte da imagem: Orion Fans)

Resumo

Os data centers em nuvem e de borda têm diferentes necessidades para as iPDUs, incluindo diferentes requisitos de temperatura operacional, diferentes expectativas de confiabilidade e disponibilidade, e diferentes necessidades de segurança, controle de energia e monitoramento. Os engenheiros de rede podem selecionar entre as iPDUs que se adequam aos requisitos específicos das instalações de borda e de nuvem para suportar soluções mais ecológicas com o equilíbrio ideal de custo versus desempenho.