Aclarando conceptos sobre un Data Center

He tenido la oportunidad de leer un artículo muy interesante que aclara algunas definiciones y soluciones relacionadas al mundo de los Data Center. Es un artículo publicado por la revista CIO, cuyo autor es Miclaell Bullock, CEO de la compañía Transitional Data Services (TDS).

A continuación el artículo que he traducido y lo he dividido en varias partes de acuerdo al aspecto que cubre, para una mejor comprensión:

¿Qué es un data center?
Conocida como la granja de servidores o la sala de informática, el data center es donde la mayoría de los servidores y unidades de almacenamiento de la empresa se encuentran, operando y son administrados. Hay cuatro componentes principales de un centro de datos:

Espacio en blanco: Habitualmente, se refiere a la superficie útil de piso elevado y se mide en metros cuadrados (puede ser desde unos pocos cientos a unos mil metros cuadrados). Para data center que no utilizan  piso elevado, el término “espacio blanco” todavía se pueden utilizar para mostrar metros cuadrados útiles.

Infraestructura de soporte: Se refiere al espacio y equipo necesario para apoyar las operaciones de centros de datos, incluyendo los transformadores de potencia, la fuente de alimentación ininterrumpida (UPS), generadores, unidades de aire acondicionado (CRAC), las unidades de transmisión remota (RTU), chillers, sistemas de distribución de aire, etc en una de alta densidad, un data center Tier 3 (es decir, con instalaciones para mantenimiento concurrente), esta infraestructura de apoyo puede consumir espacio de 4-6 veces más que el espacio blanco y se debe tenerse en cuenta en la planificación del data center.

Equipos de TI: Esto incluye los racks, el cableado, servidores, almacenamiento, sistemas de gestión y equipos de red necesarios para ofrecer servicios de computación a la organización.

Operaciones: El personal de operaciones asegura que los sistemas (tanto de TI como de infraestructura) estén bien manejados, mantenidos, actualizados y reparados cuando sea necesario. En la mayoría de las empresas, hay una división de responsabilidades entre el grupo de operaciones técnicas en TI y el personal encargado del soporte de  los sistemas de Facilities.

¿Cómo administrar un data center?

Operar un data center con la máxima eficiencia y fiabilidad requiere los esfuerzos combinados de Facilities y de TI.

Los sistemas de TI: Los servidores, dispositivos de almacenamiento y de red debe ser mantenidos y actualizados. Esto incluye temas como los sistemas operativos, parches de seguridad, aplicaciones y recursos del sistema (memoria, el almacenamiento y CPU).

Infraestructura de Facilities: Todos los sistemas de soporte en un centro de datos se enfrentan a cargas pesadas y deben ser mantenidos adecuadamente para continuar operando satisfactoriamente. Estos sistemas incluyen la humidificación de refrigeración, tratamiento de aire, distribución de energía, la generación de energía de respaldo y mucho más.

Monitoreo: Cuando un dispositivo, una conexión o una aplicación fallan, puede ocasionar la caída de las operaciones de misión crítica. A veces, la falla de un sistema ocasiona fallas en cascada de aplicaciones de otros sistemas que se basan en los datos o servicios de la unidad que ha fallado. Por ejemplo, múltiples sistemas, tales como control de inventario, procesamiento de tarjetas de crédito, contabilidad y mucho más estará involucrado en un proceso tan complejo como el pago de comercio electrónico. Una falla en un uno compromete a todos los demás. Además, las aplicaciones modernas tienen típicamente un alto grado de interdependencia de dispositivo y conexión. Asegurar el máximo uptime requiere monitoreo 24/7 de las aplicaciones, sistemas y conexiones principales implicados en los distintos flujos de trabajo de la totalidad de una empresa.

Building Management System (BMS): Para data center más grandes, el sistema de gestión de edificios (BMS) permitirá un seguimiento constante y centralizado de la instalación (Facilities), incluyendo la temperatura, humedad, energía y refrigeración.

La gestión de las TI y los Facilities del data center son a menudo subcontratados a terceras empresas que se especializan en la supervisión, el mantenimiento y reparación de los sistemas e instalaciones en una base de servicios compartidos.

¿Qué es green data center?

Un green data center es el que puede operar con máxima eficiencia energética y mínimo impacto ambiental. Esto incluye los equipos mecánicos, de iluminación, eléctricos y de TI (servidores, almacenamiento, red, etc.) Dentro de las empresas, el enfoque de los  green data center se debe principalmente a un deseo de reducir los enormes costos de la electricidad asociados con la operación de un data center. Es decir, ser verde es reconocido como una manera de reducir significativamente los gastos operativos de la infraestructura de TI.

El interés en los green data centers también está siendo impulsado por el gobierno federal de los EE.UU. En el año 2006, el Congreso aprobó la Ley Pública 109-431 pidiendo a la EPA: “analizar el rápido crecimiento y el consumo de energía de los data center por el Gobierno Federal y la empresa privada”.

En respuesta, la EPA desarrolló un informe exhaustivo analizando las tendencias actuales en el uso de la energía y los costos de la energía de los data center y servidores en los EE.UU. y subrayó las oportunidades existentes y emergentes para la mejora de la eficiencia energética. También se formularon recomendaciones para aprovechar estas oportunidades de eficiencia energética en general en todo el país a través del uso de programas de información y basados en incentivos.

De acuerdo con el informe de la EPA, los dos mayores consumidores de electricidad en el data center son los siguientes:

• Infraestructura de soporte- el 50% del total

• General de servidores – 34% del total

Desde entonces, se han hecho importantes avances para mejorar la eficiencia de los servidores. Alta densidad y servidores blade de almacenamiento se ofrece ahora mucho más capacidad de cómputo por vatio de energía. La virtualización de servidores está permitiendo a las organizaciones a reducir el número total de servidores que soportan, y la introducción de los servidores de EnergyStar se han combinado para ofrecer muchas opciones, tanto para los sectores público y privado para reducir el 34% de la electricidad que se gasta en los servidores en general.

Por supuesto, la mayor oportunidad para ahorros adicionales es en la infraestructura de soporte de la instalación del data center en sí. Según la EPA, la mayoría de los data centers consumen del 100% al 300% de energía adicional para los sistemas de soporte del que se están utilizando para su operaciones centrales de TI. A través de una combinación de las mejores prácticas y la migración a mejoras en las instalaciones con rápido retorno de la inversión (como la humidificación ultrasónica y control del flujo de aire), esta sobrecarga se puede reducir a un 30% de la carga de TI.

¿Cuáles son los principales stakeholder interesados en el data center?

Mientras que el data center debe proporcionar los recursos necesarios para los usuarios finales y las aplicaciones de la empresa, el aprovisionamiento y operación de un data center se divide (a veces de manera forzada) entre TI, facilities y  finanzas, cada uno con su propio punto de vista único y responsabilidades.

TI: Es responsable del grupo de TI de la empresa para tomar decisiones respecto a que sistemas y aplicaciones son requeridas para apoyar las operaciones del negocio. TI gestionará directamente los aspectos del data center que se relacionan directamente con los sistemas de TI, mientras que depende de Facilities la provisión de energía, aire acondicionado, acceso y espacio físico del data center.

Facilities: El equipo de Facilities es generalmente responsable del espacio físico – para la provisión, operación y mantenimiento, junto con otros activos de construcción, propiedad de la empresa. El grupo de Facilities en general, tendrá una buena idea de la eficiencia general del data center y tendrá una comprensión de la carga de la información de TI y el consumo total de energía.

Finanzas: El grupo de finanzas será el responsable de la alineación de gastos de corto y largo plazo frente al capital (CAPEX) para adquirir o mejorar los activos físicos y los gastos operativos (OPEX) para ejecutar con el conjunto de operaciones corporativas financieros (balance general y flujo de caja).

Tal vez el mayor desafío que enfrentan estos tres grupos es que por su propia naturaleza un data center rara vez se estará operando en o cerca de su rango óptimo definido. Con un ciclo de vida típico de 10 años (o quizás más), es esencial que el diseño del data center sea suficientemente flexible para soportar crecientes densidades de potencia y diversos grados de ocupación durante un período no insignificante de tiempo. Esta flexibilidad incorporada debe aplicarse a la conectividad de energía, refrigeración, espacio y red. Cuando un centro se está acercando a sus límites de energía, refrigeración y espacio, la organización se enfrenta a la necesidad de optimizar sus instalaciones existentes, ampliarlas o establecer otras nuevas.

¿Qué opciones están disponibles cuando esté llegando al límite de energía, espacio y refrigeración?

Optimizar: La forma más rápida para hacer frente a este problema y aumentar la potencia disponible, el espacio y la refrigeración es la optimización de una instalación existente. Las mayores ganancias en la optimización se pueden lograr mediante la reducción de la carga global de alimentación del servidor (a través de la virtualización) y la mejora de la eficiencia de la instalación. Por ejemplo, hasta el 70% de la potencia necesaria para enfriar y humidificar el ambiente del data center puede ser conservados con las tecnologías actualmente disponibles, tales como economizadores de aire exterior, humidificación ultrasónica, transformadores de alta eficiencia y variados de frecuencia (VFD). El uso de estas técnicas cuando se combina con los nuevos sistemas de alta densidad de TI permitirá a muchas instalaciones aumentar su capacidad de TI al mismo tiempo reducir la sobrecarga de las instalaciones.

Mover: Si su centro de datos existente ya no puede ser modificado para soportar soluciones de alta densidad, puede ser que ya no haya nada que hacer, excepto para ir a un nuevo espacio. Medida que probablemente se iniciará con un y evaluación de las necesidades / proceso de selección del sitio y concluirá con una eventual remodelación de su instalación ya existente o un traslado a un nuevo edificio.

Outsourcing: Además de seguir adelante con su nueva instalación propia, hay otras dos opciones que merecen consideración:

• Colocation: Esto significa mover su data center a un espacio en una instalación compartida gestionada por un proveedor de servicios adecuado. Existe una amplia gama de modelos de negocio en que puede ser provisto estos servicios (incluyendo la responsabilidad del negocio), es importante asegurarse de que los términos del acuerdo especificados coincida con sus necesidades a corto y a largo plazo y (siempre) tener en cuenta la flexibilidad  que necesita para que su data center puede evolucionar durante su vida útil.

• Cloud computing: La práctica de aprovechamiento de la computación compartida y los recursos de almacenamiento – y no sólo la infraestructura física de un proveedor de servicios de colocation – ha estado creciendo rápidamente para algunos productos basados en aplicaciones de nicho.

¿Cuáles son algunas mediciones de los data center y puntos de referencia (benchmarks) y donde los puedo encontrar?

PUE (Power Usage Effectiveness): Creado por los miembros de The Green Grid, PUE es una medida utilizada para determinar la eficiencia de energía de un data center. El PUE del data center se calculará dividiendo la cantidad de potencia entrante entre la potencia que emplea la infraestructura de TI. Se expresa como un ratio, la eficiencia mejora al aproximarse  a 1. El PUE en el data center por lo general va desde alrededor de 1,3 (bueno) y 3,0 (malo), con un promedio de 2,5 (no tan bueno).

DCiE (Data Center Infrastructure Efficiency): Creado por los miembros de The Green Grid, DCiE es otra medida utilizada para determinar la eficiencia energética de un data center, y es el recíproco del PUE. Se expresa como un porcentaje y se calcula dividiendo la potencia de los equipos de TI por la potencia total de la instalación. Mejora la eficiencia como la DCiE al acercarse al 100%. El DCiE de un data center suele oscilar entre el 33% (malo) a 77% (bueno), con un DCiE promedio de 40% (no tan bueno).

LEED Certified: Desarrollado por los EE.UU. Green Building Council (USGBC), LEED es un sistema internacionalmente reconocido de certificación de edificios verdes. Proporciona la verificación por terceros de que un edificio fue diseñado y construido utilizando las estrategias destinadas a mejorar el rendimiento en todas las métricas: el ahorro de energía, la eficiencia del agua, la reducción de las emisiones de CO2, la calidad del ambiente interior, la administración de los recursos y la sensibilidad de su impacto sobre el medio ambiente en general. Para más información sobre LEED, vaya awww.usgbc.org.

The Green Grid: Es un consorcio global de empresas sin fines de lucro, agencias gubernamentales e instituciones educativas dedicadas a mejorar la eficiencia energética en los data center y ecosistemas informáticos de negocios. The Green Grid no respalda a los proveedores específicos de productos o soluciones, y en su lugar busca proporcionar a toda la industria recomendaciones sobre las mejores prácticas, métricas y tecnologías que mejoren la eficiencia energética de los data center en general. Para más información sobre The Green Grid, vaya a http://www.thegreengrid.org.

Telecommunications Industry Association (TIA): La TIA es la principal asociación comercial que representa a las industrias de la información y las comunicaciones (TIC) a nivel mundial. Ayuda a desarrollar las normas, da una voz de las TIC en el gobierno, proporciona inteligencia de mercado, la certificación y promueve oportunidades de negocio y en todo el mundo cumplimiento de la normativa ambiental. Con el apoyo de sus 600 miembros, TIA mejora el entorno de negocios para las empresas que participan en las telecomunicaciones, banda ancha, inalámbrica móvil, tecnología de la información, redes, cable, satélite, comunicaciones unificadas, comunicaciones de emergencia y la ecologización de la tecnología. TIA está acreditada por ANSI.

TIA-942: Publicado en 2005, l the Telecommunications Infrastructure Standards for Data Centers fue el primer estándar para tratar específicamente la infraestructura del data center y fue destinado a ser utilizado por los diseñadores de data center al inicio del proceso de desarrollo de la construcción. TIA-942 cubre:

• Espacio del sitio y diseño

• La infraestructura de cableado

• Fiabilidad en niveles o tiers

• Consideraciones ambientales

Niveles de confiabilidad – La norma TIA-942 ha sido adoptada por ANSI para la confiabilidad en niveles en función de su utilidad en la evaluación general de la redundancia y la disponibilidad de un diseño de data center.

Tier (Rating) 1 Básico – no hay componentes redundantes (N): 99,671% de disponibilidad

• Sensible a las interrupciones de las actividades planificadas y no planificadas

• Único camino para la alimentación y la refrigeración

• Debe ser apagado por completo para realizar el mantenimiento preventivo

• El tiempo de inactividad anual es de 28,8 horas

Tier (Rating) 2 – Componentes redundantes (limitado N +1): 99,741% de disponibilidad

• Es menos susceptible a las interrupciones de actividades planificadas y no planificadas

• Único camino para la alimentación y la refrigeración incluye componentes redundantes (N +1)

• Incluye un piso elevado, UPS y generadores

• El tiempo de inactividad anual es de 22.0 horas

Tier (Rating) 3 – Mantenimiento concurrente (N +1): 99,982% de disponibilidad

• Permite las actividades planificadas (por ejemplo, el mantenimiento programado preventivo), sin interrumpir el funcionamiento de hardware (eventos no planificados aún puede causar la interrupción)

• Múltiples caminos de potencia y de enfriamiento (una ruta activa), componentes redundantes (N +1)

• El tiempo de inactividad anual es de 1,6 horas

Tier (Rating) 4 – Tolerante a Fallos (2n +1): 99,995% de disponibilidad

• Las actividades proyectadas no interrumpen las operaciones críticas y pueden sostener por lo menos en el peor de los casos un evento no planificado, sin impacto de la carga crítica

• Múltiples vías activas de potencia y refrigeración

• El tiempo de inactividad anual es de 0,4 horas

Debido a la duplicación de la infraestructura (y espacio) en las instalaciones sobre un Tier 3, las instalaciones de un Tier 4 tendrán un costo mucho mayor para construir y operar. En consecuencia, muchas organizaciones prefieren operar en el más económico Tier 3 , ya que logra un equilibrio razonable entre el CAPEX, OPEX y disponibilidad.

Uptime Institute: Es una organización sin fines de lucro creada para lograr la coherencia en la industria de data centers. El Uptime Institute ofrece educación, publicaciones, consultoría, investigación, y ciclos de conferencias de la industria de los data centers empresariales.

¿Qué tecnologías de data centers debería tener en cuenta?

Energías alternativas: solar, eólica e hidráulica muestran un gran potencial para la generación de electricidad de una manera respetuosa del medio ambiente. La Nuclear y la hidráulica muestran un gran potencial para la energía verde. Sin embargo, el desafío más grande cuando se trata de utilizar la energía alternativa para sus aplicaciones del data center es la necesidad de un suministro constante a altos niveles de servicio. Si utiliza la energía alternativa, pero todavía tiene que comprar a la compañía eléctrica local cuando se encontró con los picos de carga, muchos de los beneficios económicos que usted está obteniendo de la fuente de energía alternativa va a desaparecer rápidamente. Se han desarrollado nuevos mecanismos de almacenamiento para capturar y almacenar el exceso de capacidad por lo que se puede acceder cuando sea necesario, pronto, las fuentes de energía alternativa jugarán un papel mucho mayor en el data center que en la actualidad. Los sistemas basados en almacenamiento de aire y agua muestran un gran potencial como opciones ecológicas de almacenamiento de energía.

Ambient Return: Este es un sistema mediante el cual el aire vuelve a la unidad de aire acondicionado de forma natural y no guiado. Este método es ineficaz en algunas aplicaciones, ya que es propenso a la mezcla de aire caliente y frío, y al estancamiento causado por la presión estática, entre otros problemas.

Enfriamiento basado en Chiller: Es un tipo de refrigeración en la cual se utiliza agua fría para disipar el calor en la unidad CRAC (en lugar de glicol o refrigerante). El intercambiador de calor en un sistema de refrigeración basado puede ser aire o agua helada. El Sistema basado en Chiller cuenta con unidades CRAC con capacidad de enfriamiento mayor que los sistemas basados ​​en DX. Además de la eliminación de la limitación de DX de unos – 4 ° C. de propagación entre la salida y entrada, el sistema de enfriamiento se puede ajustar de forma dinámica basándose en la carga.

Efecto chimenea: Al igual que la chimenea en casa aprovecha las diferencias de presión de aire para direccionar la salida. Esto ha dado lugar a un diseño común con el aire frío que se alimenta por debajo de un piso elevado, luego se envía al data center y se dirige como aire caliente en la parte superior a través de la chimenea. Este diseño crea una circulación muy eficiente de aire fresco y reduce al mínimo la mezcla de aire.

Cloud computing: Este es un modelo de computación que es dinámicamente escalable a través de recursos virtualizados provistos como un servicio a través de Internet. En este modelo el cliente no necesita preocuparse por los detalles técnicos de los recursos remotos. (Es por eso que a menudo se representa como una nube en los diagramas del sistema). Hay muchos tipos diferentes de opciones de cloud computing con las variaciones en la seguridad, la copia de seguridad, control, cumplimiento y calidad de servicio que deben ser cuidadosamente investigados a fin de asegurar que su uso no pondrá en riesgo a la organización.

Cogeneración: Este es el uso de un motor (típicamente diesel o gas natural basado) para generar electricidad y calor útil simultáneamente. El calor emitido por el motor en un data center puede ser utilizado por una “máquina de absorción” (un tipo de enfriadora que convierte la energía de calor en refrigeración) proporcionar beneficios de enfriamiento, además de energía eléctrica. Además, el exceso de electricidad generada por el sistema puede ser vendido de nuevo a la red eléctrica para cubrir los costes. En la práctica, el retorno de la inversión efectiva de la cogeneración depende en gran medida el diferencial entre el coste de la electricidad y el combustible. La alternativa de cogeneración también contribuirá al aumento sustancial de las emisiones de CO₂ de las instalaciones. Esto va en contra de la tendencia hacia soluciones ecológicas.

Colocation: Es uno de los varios modelos de negocio en los data center que son proporcionados por otra compañía. En la opción de colocation, los data center para múltiples organizaciones pueden ser alojados en la misma instalación común de compartir la potencia eléctrica  y la infraestructura de refrigeración y gestión de los facilities. Colocation difiere de un proveedor de hosting dedicado en el que el cliente es dueño de sus propios sistemas de TI y tiene una mayor flexibilidad en lo que los sistemas y aplicaciones residen en sus data center. Las líneas son borrosas entre los distintos modelos de outsourcing con las variaciones en los derechos, responsabilidades y riesgos. Por esta razón, en la evaluación de nuevas instalaciones, es importante asegurarse de que los términos del negocio estén alineados correctamente a largo plazo con sus necesidades de espacio.

Containers: La idea de un data center en un contenedor es que toda la energía, la refrigeración, el espacio y la conectividad se pueden aprovisionar de forma incremental a través de bloques de construcción o contenedores para transporte de tamaño estándar. Estos recipientes se pueden colocar fuera de su lugar de trabajo para ampliar la capacidad del data center o se puede implementar en un entorno tipo de almacén. Un beneficio de la solución de contenedores par data center es que permiten la rápida implementación y se integran y configuran para soportar muy altas densidades de potencia. Los contenedores han sido adoptados para su uso en servicios de tipo nube de Google y Microsoft. Las desventajas potenciales de los contenedores son varios: Son caros, tienden a ser homogéneos (diseñado para las marcas y modelos específicos de los sistemas) y están destinados a un funcionamiento autónomo (el recipiente debe permanecer sellado para operar dentro de las especificaciones).

CRAC (Computer Room Air Conditioner): Es un aparato de aire acondicionado especializado para aplicaciones de data center que puede incrementar la humedad del aire para mantener el nivel de humedad adecuado requerido por los sistemas electrónicos.