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Informe interno N° 118 Incluye

Virtualización: Sistemas de energía y enfriamiento optimizados para obtener máximos beneficios

Por Suzanne Niles

Calculador de costos de energía derivados de la virtualización

2008-2009 American Power Conversion. Todos los derechos reservados. Queda prohibida la utilización, reproducción, fotocopiado, 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

2

Resumen ejecutivo

En los centros de datos se pierde sistemáticamente y de manera inadvertida una parte

considerable de los beneficios que podrían obtenerse a partir de la virtualización. Además

de los beneficios indiscutibles en materia informática derivados de la virtualización –desde

reducción del espacio ocupado por racks hasta la simplificación de la recuperación de

desastres–, pueden obtenerse importantes beneficios si se optimiza la infraestructura que

ofrece soporte a los sistemas virtualizados. En particular, el enfriamiento por hilera, el

dimensionamiento adecuado de los sistemas de energía y enfriamiento, y la administración

de la capacidad en tiempo real son factores esenciales para obtener el máximo potencial de

la virtualización en cuanto a reducción de costos y aumento de los niveles de eficiencia y

confiabilidad. 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

http://www.apc.com/�


3

Introducción

A la hora de hablar de virtualización y su relación con la infraestructura de energía y enfriamiento del centro

de 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.

La virtualización puede proporcionar mayor densidad de

potencia por rack y acelerar los cambios que sean

necesarios en el centro de datos, lo que representa una

mayor exigencia para la infraestructura de energía y

enfriamiento (véase el recuadro lateral).

Afortunadamente, la alta densidad no es algo nuevo, y ya

se cuenta con estrategias eficaces para superar los

desafíos que plantea. Mientras que la virtualización

puede llevar la consolidación y la informática dinámica a

niveles extraordinariamente nuevos, los requisitos

básicos de los entornos virtualizados en materia de

energía y enfriamiento son similares a los que se

establecieron con relación a los servidores blade de alta

densidad la década pasada. Como resultado, hoy se

cuenta con las tecnologías necesarias para satisfacer las

necesidades de un entorno virtualizado en cuanto a

energía, enfriamiento y administración.

La consolidación física resultante de la virtualización

reduce el consumo de energía de dos maneras: (1)

Directamente, dado que se reduce la cantidad de

servidores y (2) indirectamente, porque se elimina una parte de la energía que consumían los sistemas de

energía y enfriamiento para ofrecer respaldo a los servidores (si bien esta reducción puede ser inferior a lo

esperado debido a las pérdidas fijas sobre las que se explicará más adelante). Si se realiza una

a Desafíos más allá de la alta densidad

La virtualización puede causar el aumento de la densidad en los racks, pero también plantea desafíos que van más allá de la alta densidad y que deben contemplarse en los sistemas de energía y enfriamiento que ofrecen respaldo a entornos virtualizados. ¿Qué cambió?

• Mayor nivel de criticidad de los servidores: La virtualización conlleva un uso cada vez más intenso de los procesadores de los centros de datos, lo que aumenta la importancia para los negocios de cada servidor físico; por eso, contar con sistemas eficaces de energía y enfriamiento es cada vez más importante para preservar la disponibilidad.

• Concentraciones de calor que fluctúan en el tiempo y en el espacio: En entornos virtualizados, las aplicaciones pueden iniciarse y detenerse dinámicamente, lo que origina cargas que se modifican de un momento a otro y que se desplazan en el espacio. Esto representa un nuevo desafío para la arquitectura y la administración de los sistemas de energía y enfriamiento.

• Reducción de la carga informática: La reducción abrupta, y a veces hasta extrema, de la carga informática asociada a la virtualización ofrece la oportunidad de reducir costos relativos a los sistemas de energía y enfriamiento, pero esa oportunidad suele desperdiciarse.



4

actualización paralela para aplicar a los sistemas de energía y enfriamiento la misma filosofía tendiente a la

eficiencia 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 logran mediante la virtualización exclusivamente (1).

Si no se optimiza la capacidad de potencia y enfriamiento y se la reduce en función de la reducción de la

carga 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 gastos

generales adicionales derivados de la no utilización de capacidad de potencia y enfriamiento a partir de la

reducción de la carga informática. En este informe se describen las virtudes de los sistemas de energía y

enfriamiento 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 en

materia de eficiencia que caracterizan a esta clase de entornos. Además de ofrecer soluciones para las

exigencias específicas de la virtualización en cuanto a energía y enfriamiento, una infraestructura física bien diseñada puede elevar la eficiencia del centro de datos en general y la capacidad de densidad de potencia muy por encima de los valores anteriores a la virtualización, en especial si se

reemplazan los sistemas de enfriamiento perimetral de uso tradicional.

Desafíos relativos a la infraestructura de energía y enfriamiento

La virtualización genera cambios en el centro de datos que plantean nuevos desafíos respecto de la

infraestructura de energía y enfriamiento. Esos desafíos tienen consecuencias tanto sobre la eficacia (en

qué medida la infraestructura cumple con la tarea de ofrecer soporte a la carga informática) como sobre la

eficiencia (en qué medida conserva la energía mientras ofrece soporte a la carga informática). Si bien para

poner en marcha un entorno virtualizado no es indispensable actualizar los sistemas de energía y

enfriamiento, si los sistemas de energía y enfriamiento contemplan los desafíos asociados al nuevo entorno

será posible obtener importantes beneficios en materia de eficiencia como resultado de la virtualización. A

continuación se describen brevemente los desafíos mencionados:

Cargas de alta densidad dinámicas y en movimiento

Sistemas de energía y enfriamiento con carga por debajo de la capacidad prevista Necesidad de garantizar la correspondencia entre la capacidad y la demanda por hilera, por rack y por servidor

1 Enfriamiento por hilera

Desafío que plantea la virtualización respecto de la infraestructura de energía y enfriamiento

Solución

2 Energía y enfriamiento escalables

3 Herramientas para administración de capacidad



5

Si bien estos desafíos no son nuevos ni se presentan sólo en centros de datos virtualizados, la combinación

de los efectos simultáneos de la virtualización ahora requiere que se los considere con cierta premura, en

especial 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 entorno

virtualizado. En el listado de informes internos que aparece al final se ofrece información adicional general y

detallada sobre estos temas en el contexto amplio del centro de datos, independientemente del aspecto de

la virtualización.

Enfoque de sistema completo Los temas relacionados con la energía y el enfriamiento pueden tratarse por separado para fines

explicativos y de análisis, pero para la implementación eficaz de una solución de virtualización integral es

necesario un enfoque que contemple el sistema completo. La adopción de la virtualización, con los nuevos

desafíos que esta plantea respecto de la infraestructura física, implica poner nuevo énfasis en la necesidad

de soluciones integradas que empleen un enfoque holístico, es decir, que consideren todo el conjunto y que

lo hagan funcionar como un sistema. Cada parte del sistema debe comunicarse e interoperar con las

demás. La demanda y la capacidad deben monitorearse, coordinarse y administrarse por medio de un

sistema central, en tiempo real, rack por rack para garantizar el uso eficiente de los recursos y para saber

cuando algunos de ellos se usan mínimamente o no se usan en absoluto. El tema de la gestión centralizada

se trata más adelante bajo el titulo "Desafío Nº 3".

Enfriamiento por hilera Si bien la virtualización puede reducir el consumo general de energía en la sala, los servidores suelen

instalarse y agruparse de tal manera que se crean áreas de alta densidad localizadas, o concentraciones de

calor. Además de que aumentan las densidades, como resultado de

la virtualización las aplicaciones pueden desplazarse, iniciarse y

detenerse en forma dinámica; así, las cargas se modifican a lo largo

del tiempo pero también cambia su ubicación física en la sala.

Antes de que la virtualización permitiera distribuir las cargas de servidores dinámicamente, las

concentraciones de calor originadas en áreas de alta densidad localizadas permanecían en el lugar. Si el

sistema tradicional de enfriamiento perimetral con piso elevado pudiera configurarse de modo que

suministrara el nivel adecuado de frío a las áreas de concentración de calor, todo quedaría igual hasta el

siguiente agregado, eliminación o desplazamiento de servidores físicos. El estado térmico de la sala en

general se determinaba recorriéndola con un termómetro, y los niveles de enfriamiento se ajustaban

redistribuyendo las losas perforadas. Con la carga dinámica de los servidores, el perfil térmico de la sala

puede variar, en forma inadvertida, sin que se produzcan cambios físicos visibles en los equipos (figura 1).

Desafío Nº 1

Cargas de alta densidad dinámicas y en movimiento

Enfriamiento variable cercano a la carga



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

Para suministrar enfriamiento en forma predecible y eficiente se necesita un sistema que contemple las

posibles variaciones y ajuste automáticamente el nivel de enfriamiento –tanto respecto de la ubicación

como del volumen— a las cambiantes densidades de potencia. Los elementos clave de un sistema de

enfriamiento 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 cargas

Cuando se ubican las unidades de enfriamiento, y siempre y cuando tales unidades cuenten con la

instrumentación necesaria para percibir los cambios de temperatura y responder a esos cambios, se

satisfacen los dos criterios esenciales que acaban de mencionarse. Los sistemas de enfriamiento por hilera

aumentan la eficiencia considerablemente al suministrar enfriamiento sólo donde, cuando y en la medida

que se lo necesita (figura 2).

Constant loads Stable cooling Migrating high-density loads Unpredictable cooling

BEFORE virtualization AFTER virtualization



7

Figura 2 – Las unidades CRAC1

por hilera trabajan en conjunto para extraer más calor del pasillo caliente

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).

.

Tiempo

Hot spot

Hot spot

1 2 3

Row CRACs sense elevated temperature and increase fan speed to remove extra heat

from hot aisle

When temperature decreases, row CRACs decrease fan speed to conserve energy

Row CRACs added

Room CRACs removed

CRACCRAC

CRAC CRAC CRAC

CRAC


http://www.apc.com/wp?wp=130�




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

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.

• Una "isla" de alta densidad dentro de la sala

• Un centro de datos "mini" con su propio sistema de enfriamiento

• "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

High-density zone

Hot/cool air circulation is

localized within the zone

HEAT OUTTo building’s heat rejection system

Low-density room




9

Energía y enfriamiento escalables

La reducción de la carga informática como resultado de la consolidación de servidores ofrece una nueva

oportunidad para aprovechar las arquitecturas modulares y

escalables para el suministro de energía y enfriamiento. Hasta

ahora, el argumento a favor de las arquitecturas escalables era la

posibilidad de empezar con una implementación pequeña y

agrandarla a medida que fuera necesario para evitar inversiones y

costos operativos innecesarios derivados de la adquisición de

infraestructura 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 capacidad

innecesaria en el momento de la conversión inicial a un entorno virtualizado, con la opción de volver a

agrandarla a medida que se incorporen equipos en el nuevo entorno. Ya sea que se agrande o achique la

infraestructura, la idea es la misma: los dispositivos energéticos y de enfriamiento son menos eficientes

cuando funcionan con baja carga, por lo que representa un desperdicio contar con más energía o

enfriamiento de lo que se necesita. Cuando la infraestructura está dimensionada adecuadamente, la

capacidad se mantiene en un nivel que resulta adecuado a la demanda concreta (teniendo en cuenta los

niveles 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 como

dejar el automóvil en marcha cuando no se lo está usando: se

consume energía sin producir trabajo útil. En todos los dispositivos de

energía y enfriamiento existen pérdidas eléctricas (ineficiencia) que

se disipan como calor. Una parte de esas pérdidas es fija, es decir

que se consume energía independientemente del volumen de carga.

Cuando la carga es nula (sistema ocioso) el dispositivo sólo consume

la energía que conforma las pérdidas fijas, por lo que el 100% de la

energía consumida es pérdida eléctrica (calor) y el dispositivo es 0%

eficiente ya que no produce trabajo útil. A medida que aumenta la

carga, la pérdida fija se mantiene constante y las otras clases de pérdida asociadas al volumen de carga

para el dispositivo, llamadas en conjunto pérdidas proporcionales, aumentan en función de ese volumen

de carga. A medida que aumenta la carga, las pérdidas fijas representan una parte cada vez menor del total

de energía consumida, y a medida que disminuye la carga, representan una parte cada vez mayor de ese

total. 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 consumo

y la eficiencia energéticos".

Desafío Nº 2 Sistemas de energía y

enfriamiento con carga por debajo de la capacidad

prevista

Correspondencia entre el suministro de energía y enfriamiento, por un lado, y la carga, por el otro

Load

Eff

icie

ncy

100%

0%Full loadNo load

For more about efficiency as a function of load, see APC White Paper #113, Efficiency Modeling for Data Centers




10

Cómo influye la virtualización en casos de sobredimensionamiento Dado que la virtualización puede reducir la carga

considerablemente, cuando de eficiencia se trata el

sobredimensionamiento es un tema importante en un

centro de datos virtualizado. Hace tiempo que el

sobredimensionamiento es una de las principales causas

de ineficiencia en el centro de datos, aunque no se hable

de entornos virtualizados. Al reducir la carga todavía más,

la consolidación de servidores y la administración del

suministro de energía a los servidores llevarán los niveles

de eficiencia más cerca del extremo inferior de la curva

de eficiencia si no se actualizan los sistemas de energía y

enfriamiento. Si bien es verdad que los gastos de

electricidad se reducirán a causa de la menor carga

informática y la menor potencia requerida para

suministrar enfriamiento a esa carga, la proporción de

energía de la red que llegará a las cargas informáticas,

en otras palabras, la eficiencia, caerá, lo que implica un

desperdicio de energía que podría conservarse para

reducir aun más el consumo de energía.2

La virtualización representa una nueva oportunidad para

aprovechar el enfoque de infraestructura escalable. Los

dispositivos de energía y enfriamiento con capacidad

escalable reducen las pérdidas fijas y aumentan la eficiencia. La arquitectura escalable facilita no sólo la

reducción de la infraestructura con posterioridad a la consolidación de equipos informáticos, sino la

subsiguiente ampliación de esa misma infraestructura una vez que la carga informática virtualizada registre

nuevas expansiones (figura 4).

Figura 4

2 La Agencia Federal de Protección Ambiental de Estados Unidos (EPA) y la organización The Green Grid ayudan a educar a la comunidad de usuarios acerca del importante valor en términos de eficiencia de dimensionar adecuadamente la infraestructura física de modo de que exista una mayor correspondencia con la carga informática.

– 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 expansión

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 del trabajo con muy baja carga. Cuando la carga de un 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 menos que se reduzca la capacidad de los sistemas de energía y enfriamiento para que la carga vuelva a estar dentro de límites operativos normales, los efectos derivados de trabajar con tan baja carga podrían originar gastos que anularían algunos de los ahorros en energía o bien, en algunos casos, podrían poner en riesgo la disponibilidad. Enfriamiento (carga térmica demasiado baja) • Apagado de seguridad debido a alta presión de carga

en los compresores

• Ciclos cortos de los compresores como resultado del apagado frecuente, lo que acorta la vida útil de los compresores

• Posible invalidación de la garantía debido a un funcionamiento sistemático por debajo de los límites inferiores de carga

• Costo de bypass de gas caliente en los compresores para simular niveles de carga "normales” y evitar los ciclos cortos

Generador (carga eléctrica demasiado baja o demasiados generadores)

• Presencia de combustible sin quemar en el sistema (wet stacking) que puede dar origen a multas por contaminación o generar riesgo de incendios

• Costo de calentadores de agua por camisa calefactora innecesarios para mantener los motores calientes

• Costo del almacenamiento, pruebas y mantenimiento relativos al combustible excedente



11

Administración de capacidad

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

• Enfriamiento

• Espacio físico

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

Desafío Nº 3 Garantizar la correspondencia

entre la capacidad y la demanda por hilera, por rack y por

servidor

Fig. 4b – Sistemas de energía y enfriamiento con dimensionamiento adecuado La reducción/aumento de capacidad maximiza la eficiencia

Fig. 4a – Sistemas de energía y enfriamiento sin reducciones tras la virtualización La capacidad que no se utiliza es una causa importante de ineficiencia (bajo DCiE)

Saber qué está pasando, en tiempo real

LoadLoad

CapacityPower/coolingCapacityPower/cooling

LoadVirtualized Load

LoadOriginalLoad

Original

LoadVirtualizedLoad

Virtualized

LoadLoadLoad

VirtualizedLoad

Virtualized

LoadVirtualizedLoad

Virtualized

Scale DOWN Scale UP

Downsize ... Downsize ...

but expect but expect rere--rowthrowth



12

directa de ineficiencia –en cuanto recurso que se paga pero que no se utiliza—, sino porque la

incorporación de cambios sin la debida gestión puede crear capacidad inutilizada.

Los sistemas de administración de capacidad eficientes

utilizan modelos e inteligencia automatizada para

monitorear las capacidades de potencia, enfriamiento y

espacio físico para toda la sala y por hilera, rack y

servidor, a fin de sugerir la mejor ubicación para el

agregado de equipos, predecir el efecto de cambios

propuestos e identificar condiciones o tendencias en el

tiempo para sugerir acciones correctivas. Los sistemas de

administración de capacidad que abarcan la ubicación y

carga de los servidores, la capacidad de potencia y

enfriamiento disponible para los servidores, las

fluctuaciones de temperatura y el consumo de energía no

sólo protegen la instalación contra tiempos de inactividad

ocasionados por potencia o enfriamiento insuficiente en

áreas específicas, sino que aumenta la eficiencia del

centro de datos al optimizar la utilización de los

recursos disponibles. Un sistema holístico como el

descrito puede

• Crear un modelo con los efectos en todo el sistema de los cambios propuestos con relación a los servidores

• Comparar disposiciones alternativas a partir del 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 rápidamente

La necesidad de contar con una solución para administración de capacidad aumenta cuando el entorno

admite el cambio, una característica ineludible de los centros de datos virtualizados de hoy, como se ve en

las poblaciones cambiantes de servidores, las densidades de potencia variables, la migración de cargas, el

avance 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– es

posible que se ponga en riesgo la disponibilidad, se imposibilite la concreción de lo planificado y se

desperdicien recursos. Un sistema eficaz de administración de capacidad abarca los aspectos prácticos y

los efectos de amplio alcance de los cambios, lo que permite el aprovechamiento máximo de la potencia, el

Capacidad inutilizada = ineficiencia Cuando uno o dos de los tres recursos esenciales –potencia, enfriamiento o espacio– es insuficiente en un área particular del centro de datos, esa área no puede usarse aunque haya capacidad disponible de los otros recursos. Los recursos que están disponibles en esa área pero que no pueden utilizarse por falta de algún otro constituyen lo que se llama capacidad inutilizada. Por ejemplo, en un área del centro de datos donde parte de la capacidad de rack y de potencia no puede aprovecharse porque no existe suministro suficiente de enfriamiento existe capacidad inutilizada de espacio y potencia. En otra donde sobra capacidad de enfriamiento pero no hay espacio en el piso para racks o no se cuenta con potencia disponible existe capacidad inutilizada de enfriamiento. La capacidad inutilizada implica el desperdicio de recursos, conjuntos de capacidad de potencia, de enfriamiento o de espacio en los racks que no se puede usar. El desperdicio de recursos puede ser consecuencia de un error en el diseño original o de la incorporación posterior de cambios sin la debida gestión. Hallar y reasignar la capacidad inutilizada aumenta en forma directa la eficiencia del centro de datos al incrementar la cantidad de equipos informáticos a los que se puede ofrecer soporte con los mismos recursos.



13

enfriamiento y el espacio físico en el centro de datos. Con este tipo de sistema, es posible alcanzar el

máximo 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 capacidad

debería poder manejar; el listado surge de considerar en conjunto ciertos factores que se presentan o

potencian 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 disposición

física de la sala (para realizar un seguimiento de la capacidad del espacio físico), que además tenga acceso

a las características por dispositivo de la oferta y la demanda de potencia y enfriamiento, y que emplee un

modelo integrado para la interpretación de las condiciones en un momento dado, el reconocimiento de

tendencias y la previsión de requisitos futuros (figura 5).



14

Figura 5

Un sistema de gestión analítico e interactivo que cuente con información completa es vital para toda

infraestructura integrada, en la que los subsistemas se comunican con un coordinador central que puede

correlacionar, analizar, recomendar, advertir y predecir. Un sistema como el descrito cuenta con

información sobre el estado del entorno en un momento dado y sobre los límites de la infraestructura en ese

momento y puede predecir, mediante la creación de modelos, el estado futuro del entorno con la

incorporación de cambios.

– Cómo enfrentar el desafío de la gestión en un entorno virtualizado

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 la eficiencia energéticos

Los análisis de la eficiencia del centro de datos pueden resultar confusos; esto es así porque se trata de un

tema nuevo y la terminología no se encuentra estandarizada aún. La virtualización y la consolidación

resultante influyen en los tres niveles de eficiencia de los centros de datos, como se muestra en la figura 6.




15

Importante oportunidad de aumentar la eficiencia aun más

El valor DCiE (Eficiencia de los sistemas de energía y enfriamiento) decrece Este es el tema del presente informe

La eficiencia general aumenta en cierta medida con la virtualización, y en gran medida si además se optimiza el componente DCiE

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

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

La eficiencia de los equipos informáticos aumenta en gran medida con la virtualización. Importante aumento de la eficiencia en cualquier caso

Infr

astr

uctu

re

ITITwatts

Watts IN

Watts IN

Useful computing

DCiEDCiE

Overall efficiency

IT efficiency Much

betterWorse

Somewhat better

Phy

sica

lin

fras

truc

ture



16

comprensión clara de ciertas definiciones básicas y de las relaciones fundamentales entre potencia, pérdida

y carga. Para ilustrar los efectos de la virtualización en el consumo y la eficiencia energéticos, es útil

repasar el concepto de eficiencia de la infraestructura del centro de datos (DCiE) e identificar a los

principales 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 física

del centro de datos, cuyos principales componentes son los sistemas de energía y enfriamiento. El

parámetro cuantifica el "trabajo útil" que lleva a cabo la infraestructura física y se define como la proporción

del 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

En este contexto, toda la energía consumida en el centro de datos –es decir, la energía no consumida por

la carga informática– se considera "pérdida". Entre esos consumos, o pérdidas, no asociados a los equipos

informáticos 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 y PUE son formas equivalentes de medir lo mismo. Véase el Informe interno Nº 157 de APC, Selección de un parámetro estándar del sector para centros de datos.

Data center

Power todata center

Power to IT

Physical infrastructure*

IT equipment

( )

Cabling Physical securitySwitches GeneratorLights Switchgear

* To simplify the analysis, subsystems consuming a small amount of power are not included in this discussion:

POWER system

COOLING system

Power toSecondary

Support

Power pathto IT

Power to IT

Power todata center

Data Center infrastructure Efficiency=






17

Relación con la figura 7 (DCiE)

Eficiencia de la infraestructura física =

Power to IT

Power todata center

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

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

pérdidas fijas y pérdidas proporcionales.4

• 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.

POWER system

IT load

COOLING systemPower consumed in providing COOLING to the IT load

Power consumed in doing the primary job of the data center (computing)

Power consumed by minor subsystems(omitted to simplify the discussion)

Lights Physical securitySwitches Generator

Switchgear

Efficiency goal is to minimize this “overhead”

Power consumed in providing POWER to the IT load

Power consumed by physical infrastructure

Power IN to data center


http://www.apc/wp?wp=113�





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 de

energía como los niveles de eficiencia que pueden alcanzarse a través de la virtualización, dado que las

pérdidas fijas no cambian independientemente de la medida en que se reduzca la carga informática.

Las pérdidas fijas acotan los ahorros de energía La consolidación permite reducir el consumo general del centro de datos. La pregunta clave a la hora de

pensar en la virtualización y consolidación de los sistemas es "¿Cuánto se reducirá mi consumo de energía?". La respuesta está muy ligada al volumen de pérdidas fijas que se registran en la infraestructura

de energía y enfriamiento. En la figura 9 se ilustra la relación entre la consolidación y los ahorros de

energía, y en qué medida las pérdidas fijas de la infraestructura de energía y enfriamiento acotan los

ahorros de energía que podrían obtenerse.

La clave para aumentar los ahorros resultantes de la consolidación está en reducir las pérdidas fijas de la

infraestructura de energía y enfriamiento. La reducción necesaria puede lograrse eliminando parte de las

pérdidas fijas (por ejemplo, eliminando el costo de rehumidificación mediante mejoras en el diseño del

sistema de enfriamiento), reduciendo parte de esas pérdidas (por ejemplo, adoptando un sistema UPS más

eficiente) o convirtiendo parte de esa pérdidas en pérdidas proporcionales (por ejemplo, reemplazando las

bombas y ventiladores de velocidad fija por dispositivos equivalentes de velocidad variable). En la figura 10

se muestra el efecto de reducir las pérdidas fijas.



19

Figura 9 – Las pérdidas fijas acotan los ahorros de energía que pueden lograrse con la consolidación

Figura 10 – Reducir las pérdidas fijas permite obtener mayores ahorros con la consolidación

4:1 6:1 8:1 10:1 12:1 14:1 16:1 18:1 20:1 …

Electric billAs percentage of pre-consolidationamount

2:10%

FIXED LOSSES

100%

Portion of TOTAL POWER due to fixed losses – constant regardless of load

50%

25%

75%

Consolidation ratio

35% is a typical level of fixed losses in a non-virtualized data center

Examples of FIXED LOSS:PDU transformersFixed-speed fans

As IT load shrinks, TOTAL POWER can never drop below the level of FIXED LOSSES

En este gráfico se ilustra el CONSUMO DE ENERGÍA total del centro de datos.

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.

4:1 6:1 8:1 12:1 14:1 16:1 18:1 20:12:10%

100%

50%

25%

75%

FIXED LOSSES

Electric billAs percentage of pre-consolidationamount

Consolidation ratio

10:1 …

Examples of reducing FIXED LOSS:

Reduce excess power/cooling capacitySwitch to variable-speed fans

Greater power savings enabled by reduced fixed losses



20

La eficiencia del centro de datos es función de la carga informática

En el contexto de la eficiencia del centro de datos, las "pérdidas" que se muestran en la figura 8 están

compuestas por la suma de todo el consumo de energía de los sistemas que conforman la infraestructura

física del centro de datos, es decir, el consumo de energía necesario para ofrecer soporte a la carga

informática, pero no la carga informática en sí misma. Como sucede con el consumo de energía de un

dispositivo cualquiera como una UPS, algunas de esas pérdidas son pérdidas fijas, que permanecen

constantes independientemente de la carga a la que ofrezcan soporte; se trata de energía que se consume

siempre que el sistema se encuentre encendido. El resto son pérdidas proporcionales, que varían en

proporción a la carga informática, y están asociadas a dispositivos tales como ventiladores y bombas de

velocidad variable.

Si todas las pérdidas registradas fueran proporcionales (y disminuyeran al ritmo de la carga informática), la

eficiencia 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 resultado

más altos niveles de eficiencia cuando la carga es más elevada, y más bajos niveles cuando la carga

disminuye. Por lo tanto, la eficiencia del centro de datos siempre es una curva: la eficiencia es función de la

carga. 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

La curva de eficiencia de la infraestructura de cada centro de datos es mayor o menor en función de la

eficiencia de los dispositivos que la componen y de la eficiencia de la configuración de sus sistemas; pero la

curva siempre comienza en cero y suele tener la misma forma.

Identificación de los efectos de la virtualización en la curva de eficiencia de la infraestructura La virtualización siempre implica una reducción del consumo de energía debido a la optimización de los

componentes informáticos y su consolidación en un número menor de dispositivos físicos. Sin embargo, si

En la curva de eficiencia no se indican CANTIDADES absolutas de consumo de potencia, sino la PROPORCIÓN de potencia de entrada que llega a la carga informática, es decir, el "trabajo" útil de la infraestructura física.

Data centerinfrastructure efficiency

DCiE

IT Load% of data center capacity

0%

20%

40%

60%

80%

100%

0% 20% 40% 60% 80% 100%No load Full load

… at this load

Efficiency is this …



21

simultáneamente no se reduce la infraestructura de energía y enfriamiento o no se introducen en ella

mejoras en materia de eficiencia, la curva de eficiencia de la infraestructura del centro de datos

permanecerá inalterada, y la eficiencia (DCiE) descenderá en la curva a causa de la disminución en la

carga (figura 12).

Figura 12 – La consolidación reduce la carga, y hace descender la eficiencia en la curva

Como puede verse, cayó el nivel de eficiencia a pesar de que el consumo de energía es menor. La

eficiencia no mide cuánta energía se utiliza; más bien, indica la magnitud de energía que se desperdicia

respecto de la que se utiliza. Esencialmente, se trata de una forma de medir el "margen de mejora". La

caída en la eficiencia se producirá independientemente de la curva de eficiencia del centro de datos

particular (que siempre tendrá una forma similar a la ilustrada) y del valor DCiE previo a la virtualización. Si

no se introducen cambios en los sistemas de energía y enfriamiento –para elevar la curva de eficiencia– el

componente DCiE descenderá tras la consolidación para cualquier centro de datos (figura 13).

La curva de eficiencia de este centro de datos refleja los niveles de eficiencia de los dispositivos que lo integran y la arquitectura de todo el sistema.


0%

20%

40%

60%

80%

100%

0% 20% 40% 60% 80% 100%No load Full load

Consolidation

BEFORE virtualizing

AFTER virtualizing55%DCiE

38%DCiE


DCiE



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

Para mejorar el valor DCiE tras la virtualización, debe elevarse la curva de eficiencia de la infraestructura

del centro de datos optimizando los sistemas de energía y enfriamiento para disminuir el desperdicio

inherente al sobredimensionamiento y lograr una mayor correspondencia entre la capacidad y la nueva

carga reducida (figura 14); tal optimización es el tema de este informe. La mejor manera de elevar la curva

de eficiencia es pasar de un esquema de enfriamiento perimetral a otro por hilera y dimensionar

adecuadamente 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 de electricidad ya que disminuirá el consumo de energía asociado a capacidad de energía y

enfriamiento que no se utiliza.

Figura 14 – La optimización de los sistemas de energía y enfriamiento eleva la curva de eficiencia


0%

20%

40%

60%

80%

100%

0% 20% 40% 60% 80% 100%No load Full load

45%DCiE

32%DCiE

62%DCiE

48%DCiE

Data center A

Data center BData centerinfrastructure efficiency

DCiE


0%

20%

40%

60%

80%

100%

0% 20% 40% 60% 80% 100%No load Full load

Optimized power & cooling(The subject of this paper)

55%DCiE

39%DCiE

58%DCiE

BEFORE virtualization

AFTER virtualization

AFTER virtualizationwith optimized power/cooling

Original power & cooling


DCiE



23

¿Por qué disminuye la eficiencia de la infraestructura (DCiE) a pesar del menor consumo de energía? Siempre que se adopte la virtualización disminuirá (mejorará) el consumo de energía debido a la menor

población de servidores y a cierta reducción simultánea del consumo de energía en los sistemas de energía

y enfriamiento (las pérdidas proporcionales descritas anteriormente). Sin embargo, la eficiencia de la

infraestructura del centro de datos decrecerá (empeorará) si no se achican y optimizan en la medida

necesaria los sistemas de energía y enfriamiento de modo de que exista una mayor correspondencia con la

nueva carga informática reducida. En otras palabras, si la infraestructura física no se contrae para

adecuarse mejor a la carga informática reducida, seguirá consumiendo energía (pérdidas fijas) para

sostener la capacidad excedente o mal empleada que no es de utilidad para ofrecer soporte a la carga

informática reducida. En la figura 15 se ilustra el resultado típico, menor consumo de energía combinado

con menor eficiencia de la infraestructura.

Figura 15 – Ejemplo de menor consumo de energía combinado con menor eficiencia de la infraestructura (DCiE)

A ver

Cómo aumentar la eficiencia: reducción de las pérdidas fijas En las secciones anteriores se explica por qué la virtualización hacer caer el componente DCiE y que las

pérdidas fijas de la infraestructura del centro de datos son la causa principal de ese efecto. Para compensar

ese problema y alcanzar el máximo potencial de ahorro de energía derivado de la virtualización, deberá

optimizarse la infraestructura de energía y enfriamiento –según se describe en la primera mitad de este

informe– para contemplar elementos como los siguientes a fin de minimizar las pérdidas fijas y maximizar la

eficiencia eléctrica del proyecto de virtualización:

• Reducción de la capacidad de potencia y enfriamiento para lograr una mayor correspondencia con la carga

En el ejemplo: Reducción de la carga informática: 50% 66% de las pérdidas del SISTEMA DE ENFRIAMIENTO son fijas 75% de las pérdidas del SISTEMA DE ENERGÍA son fijas

En la figura 7 encontrará la definición de eficiencia de la infraestructura del centro de datos (DCiE).

IT load

POWER system

500 kW500 kW

Infrastructure efficiency

Total power =

1000 kW

Total power =

672 kW

COOLING system

Infrastructureefficiency

Power consumed by minor subsystems ignored to simplify analysis

130 kW130 kW308 kW308 kW

250 kW250 kW

114 kW114 kW

370 kW370 kW

POWER system

COOLING system

IT load

(DCiE) (DCiE)

Power and cooling didn’t go down in the same proportion as IT load because of fixed losses

BEFOREvirtualization

AFTERvirtualization

= 50% = 37%



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 racks

Para 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, el

momento y el lugar justos (véase el recuadro).

Estos mismos principios se aplican al diseño de

dispositivos y arquitecturas que ofrecen respuesta a

los desafíos funcionales de la virtualización, que se

plantean en la primera mitad de este informe. Como

resultado, el aumento de eficiencia se produce

automáticamente cuando se adoptan las tres

soluciones anteriores: enfriamiento por hilera,

sistemas de energía y enfriamiento escalables, y

herramientas para administración de la capacidad.

TradeOff Tool™ de APC para calcular los ahorros derivados de la virtualización En la Figura 16 se muestra el Calculador de costos

de energía derivados de la virtualización, una

herramienta TradeOff Tool™ de APC. Esta

herramienta interactiva ilustra los componentes

informáticos, la infraestructura física y los ahorros

de energía que pueden obtenerse en el centro de

datos con la virtualización de servidores. La

herramienta permite que el usuario introduzca

datos relativos a la capacidad del centro de datos,

carga, cantidad de servidores, costo de electricidad

y otros valores asociados al centro de datos.

a Enfriamiento "justo a tiempo"

La idea de proveer un recurso en el momento justo y en la medida justa no es nueva, aunque sí con relación a los centros de datos. Los beneficios en materia de eficiencia asociados al tipo de enfriamiento por hilera localizado descrito tiene un conocido paralelo en el campo de la producción. "Justo a tiempo" es una filosofía desarrollada por Toyota en la década de 1950. Hoy es una piedra angular de la teoría de la administración, y hace hincapié en la eliminación del desperdicio partiendo de 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 el almacenamiento y movimiento innecesarios de partes, con el objetivo de posibilitar un flujo eficiente y regular de los materiales a través del proceso de producción. El sector de los centros de datos ya empezó a cosechar los frutos de lo aprendido de otros sectores en relación con la estandarización y la modularidad. Ahora que su materia prima principal –la electricidad– se está convirtiendo en un recurso escaso y costoso, las tecnologías y estrategias para conservarlo han despertado gran interés en el sector y en el usuario. El sistema de enfriamiento, uno de los principales consumidores de electricidad en el centro de datos, es un candidato ideal para la aplicación de la filosofía "usa sólo lo que necesitas, donde lo necesitas y cuando lo necesitas... y con gran eficiencia".



25

Figura 16 – TradeOff Tool de APC para calcular los ahorros derivados de la virtualización

Estudio de caso El presente estudio de caso se llevó a cabo utilizando la herramienta TradeOff Tool™ de APC Calculador

de costos de energía derivados de la virtualización (figura 16, arriba). Se parte del supuesto de un centro

de datos hipotético con 75% de carga y sin redundancia de energía ni enfriamiento (figura 17a), con

relación al cual se recibe una factura de electricidad por US$193.123.

El centro de datos se virtualiza con una reducción en razón de 20 a 1 en cuanto a potencia de servidores.

Debido a la reducción de la carga a partir de la virtualización, el centro de datos cuya carga ahora asciende

a 53 kW está sobredimensionado en un 126% (120 kw de capacidad) (Figura 17b). Como resultado del

sobredimensionamiento, la infraestructura de energía y enfriamiento ofrece soporte a una carga muy inferior

a su capacidad y opera con niveles reducidos de eficiencia de la infraestructura (DCiE 39%) debido a las

pérdidas fijas, según se explicó en este informe. Si no se introducen mejoras en la infraestructura de

energía y enfriamiento, sólo se verá una reducción en razón de 1,4 a 1 (27%) en el total de la factura de

electricidad.

Si hace clic en la captura de pantalla que aparece abajo accederá a una versión en vivo de esta herramienta interactiva.



26

Figura 17 – Estudio de caso en el que se muestra el efecto de la virtualización con y sin mejoras en materia de energía y enfriamiento

Con mejoras en la infraestructura de energía y enfriamiento la reducción en la factura de electricidad refleja

ahorros por encima de la relación de 2 a 1 (54%) y el componente DCiE se eleva a 62% (figura 17c).

Consideraciones relativas a la disponibilidad Las más altas densidades de potencia y las cargas variables que resultan de la virtualización pueden dar

origen a las vulnerabilidades típicas de todo cambio que influya en el entorno de alta densidad si no se lleva

a. Antes de la virtualización Capacidad del centro de datos: 120 kW Carga informática total: 90 kW (75% de

carga) Carga de servidores: 59 kW (66% de la

carga informática) Enfriamiento perimetral Disposición de pasillo caliente/pasillo frío

Unidades CRAC sin coordinación Sistema UPS: Tradicional, c/89% de

eficiencia a plena carga Piso elevado de 18" c/6" de obstrucción por

cableado Losas perforadas esparcidas por la sala No se utilizan paneles de obturación

b. Después de la virtualización Solamente consolidación de servidores Capacidad del centro de datos: 120 kW (sin

cambios) Carga informática total: 53 kW (44% de

carga) Carga del centro de datos: 75% (44% Reducción de servidores en razón de 20 a 1 Se virtualizó el 75% de los servidores Carga de servidores: 22 kW (42% de la

carga informática)

No se incorporaron cambios en estos elementos

c. Después de la virtualización CON mejoras en energía/enfriamiento Capacidad del centro de datos: 120 kW 60

kW Carga informática total: 53 kW (88% de carga) Sistemas de energía y enfriamiento

redimensionados adecuadamente ~ 10 kW Sistema UPS: Alta eficiencia, 96% de

rendimiento a plena carga Enfriamiento por hilera (sin contención) Agregado de paneles de obturación

DCiE = 49% DCiE = 39% DCiE = 62%

En el Apéndice encontrará más información sobre cómo se calcularon estas cifras.

Supuestos: No se utilizan componentes redundantes Densidad promedio: 7 kW/rack Unidad CRAC DX c/ condensador con enfriamiento por aire para transf. de calor Sist. de enfriamiento sin modo de economización Generador de reserva Costo de electricidad: US$0,12 por kWh

$193,123BeforeVirtualization


$140,305After Virtualization



Afterpower/cooling improvements



savings

36%



27

a cabo una reevaluación de los niveles de energía y enfriamiento requeridos para resguardar la

disponibilidad. Esto, combinado con la mayor

relevancia de cada servidor físico (ahora se ejecutan

diversas aplicaciones por servidor), hace que sea

más importante garantizar que los sistemas de

energía y enfriamiento satisfagan adecuadamente la

nueva demanda.

En la primera mitad de este informe se describen los

tres desafíos principales en relación con la

infraestructura física que plantea la virtualización:

cargas de alta densidad dinámicas y en movimiento,

infraestructura de energía y enfriamiento que opera

por debajo de su capacidad, y la necesidad de

administrar interrelaciones dinámicas que afectan a

la oferta y la demanda de capacidad. Todos estos

desafíos tienen consecuencias respecto de la

disponibilidad. Al repasar las soluciones se

observará que, además de los beneficios que

brindan en materia de eficiencia y capacidad de

administración, permiten solucionar los problemas de

disponibilidad asociados a la mayor complejidad y al

carácter dinámico de un entorno virtualizado (tabla 1).

Tabla 1 – Problemas de disponibilidad a los que se ofrece solución optimizando la infraestructura de

energía y enfriamiento

Amenaza contra la

disponibilidad

¿Por qué? ¿Cómo se soluciona?

Error humano

Históricamente el error humano ha sido una causa importante de tiempo de inactividad en el centro de datos. La naturaleza más compleja y cambiante de las salas actuales –incluso se producen cambios que no se ven– se traduce en un mayor riesgo de errores y descuidos.

Los sistemas descritos en este informe –como las unidades de enfriamiento localizados, la instrumentación por rack y la administración de capacidad– incorporan inteligencia en los componentes de energía y enfriamiento, lo que minimiza la necesidad de interpretación e intervención humanas.

Enfriamiento impredecible

El esquema tradicional de enfriamiento perimetral no es lo suficientemente ágil para manejar las cargas dinámicas de alta densidad que caracterizan al entorno virtualizado.

Los sistemas dirigidos de enfriamiento por hilera controlan el suministro de aire frío no sólo en cuanto al área hacia el que se dirige el aire sino en cuanto al caudal de aire suministrado. El sistema de administración de capacidad identifica proactivamente condiciones de carga que pueden llegar a superar la capacidad de enfriamiento local prevista para posibilitar la implementación de medidas correctivas.

a Efecto de la reducción del consumo energético en los contratos de suministro de

energía de red y de mantenimiento de equipos

La reducción abrupta del consumo energético puede tener consecuencias no deseadas con relación a los contratos de suministro de energía de red y de mantenimiento de equipos. Tales contratos deberán revisarse y renegociarse en la medida necesaria a fin de que los ahorros del centro de datos no se anulen al pagar las facturas del proveedor de suministro de red, el propietario del edificio o el proveedor de mantenimiento de equipos. • Contrato de suministro de energía de red:

Algunos contratos con los proveedores de suministro de energía incluyen una cláusula que penaliza al cliente si su consumo eléctrico general cae por debajo de un valor mensual preestablecido.

• Cláusula sobre costo de electricidad en el contrato inmobiliario: En algunos contratos inmobiliarios se contempla una tarifa plana para el costo de la electricidad, que suele facturarse considerando un costo por metro o pie cuadrado. Es posible que sea necesario renegociar esos contratos; de lo contrario, los ahorros derivados de la virtualización redundarán en beneficio del propietario del edificio.

• Contratos de mantenimiento de equipos: Los contratos de mantenimiento deberían revisarse para eliminar los equipos de energía y enfriamiento que no se utilizan y así dejar de pagar por el mantenimiento de equipos que al contraerse la infraestructura dejaron de estar operativos.



28

Pérdida de redundancia del sistema de enfriamiento

Las cargas dinámicas pueden elevar la demanda de enfriamiento localmente al punto de que la capacidad prevista no sea suficiente para cubrir el tiempo de inactividad programado o no, de los equipos de enfriamiento.

Pueden instalarse unidades de enfriamiento por hilera para suministrar la redundancia deseada para una hilera determinada. El sistema de administración de capacidad puede advertir sobre la disminución o pérdida de la redundancia debido a cambios subsiguientes en la carga.

Sobrecarga del sistema de energía

La mayor frecuencia con que cambia la demanda de potencia –debido a la reconfiguración de servidores físicos o la migración de servidores virtuales– conlleva un mayor riesgo de que las cargas de los circuitos derivados se acerquen inadvertidamente al límite de activación de los disyuntores.

El sistema de administración de capacidad puede advertir sobre desequilibrios de carga antes de que esos desequilibrios impliquen un riesgo para la disponibilidad.

Conclusión La virtualización es un avance indiscutible en lo referido a la evolución de los centro de datos: ahorra

energía, aumenta el rendimiento informático, libera espacio en el piso y facilita la migración de cargas y la

recuperación de desastres. Sin embargo, existe cierto desconocimiento sobre la posibilidad de multiplicar

los beneficios de la virtualización mediante la optimización de la infraestructura de energía y enfriamiento a

fin de crear una mayor correspondencia con el nuevo y más eficiente perfil informático. Además de los

ahorros económicos que pueden obtenerse, las mismas soluciones para energía y enfriamiento ofrecen

respuesta a diversos desafíos relativos a la funcionalidad y disponibilidad de los sistemas que plantea la

virtualización. En la Figura 18 se resumen los efectos de la optimización de la infraestructura de energía y

enfriamiento, según lo descrito en este informe: la posibilidad de hacer frente a los desafíos técnicos que

plantea la virtualización y los beneficios generales que pueden obtenerse en materia de rendimiento.



29

11 33Dynamic and migrating

high-density loadsUnderloading from

consolidationThe need to ensure capacities

down to rack level

Row-based cooling

Scalable architecture

Capacitymanagement

Reduced overallpower use

beyond virtualization alone

Increased power/cooling efficiency (DCiE)



30

comparación del consumo de energía anterior y posterior a la virtualización. El primero es de pérdidas fijas

–la cantidad de energía que consumen los dispositivos y sistemas independientemente de la carga–, que

causa los niveles sorprendentemente bajos de eficiencia en los sistemas que funcionan por debajo de su

capacidad. El segundo es la distinción entre consumo de energía y eficiencia energética, que pueden

generar confusión al compararse los valores correspondientes al ahorro de energía. A continuación se

explica el papel que cumplen estos dos conceptos en el análisis de la virtualización: Aunque no se

actualicen paralelamente los sistemas de energía y enfriamiento, la virtualización generará una reducción

del gasto de electricidad, pero (1) esa reducción no será tan significativa como se esperaba debido a la

presencia de pérdidas fijas en los sistemas de energía y enfriamiento, y (2) a pesar de la reducción en el

consumo de energía del centro de datos, la eficiencia de la infraestructura (DCiE) del centro de datos en

general caerá tras la virtualización a causa de la ineficiencia de los sistemas de energía y enfriamiento que

funcionarán por debajo de su capacidad. La menor eficiencia señala un margen de mejora en los sistemas

de energía y enfriamiento; de hecho, es una forma de medir el potencial de obtener mayor provecho del

dinero invertido en energía.

Cuando se virtualiza un entorno, la actualización paralela de la infraestructura de energía y enfriamiento

optimizará tanto su arquitectura como su funcionamiento de maneras que permitirán resguardar la

disponibilidad, aumentar la capacidad de administración, reducir el consumo de energía y aumentar la

eficiencia. Cuando la infraestructura física está diseñada adecuadamente, además de brindar soluciones

para las necesidades específicas que surgen con la virtualización, puede elevar la capacidad de densidad

de potencia y la eficiencia del centro de datos muy por encima de los valores previos a la virtualización.

Acerca del autor Suzanne Niles es Analista de Investigación Senior en el Centro de Estudios de Centros de Datos de APC.

Estudió matemática en el Wellesley College antes de obtener el título de Bachelor en Ciencias Informáticas

en el MIT, con una tesis sobre reconocimiento de caracteres manuscritos. Ha contribuido a la formación de

públicos diversos por más de 30 años utilizando diferentes medios, desde manuales de software hasta

fotografías y canciones para niños.



31

Apéndice

Los cálculos del presente estudio de caso se hicieron con el Calculador de costos de energía derivados de la virtualización, una herramienta TradeOff Tool™ de APC. Supuestos del modelo Supuestos generales

Disposición de pasillo caliente/pasillo frío Sist. de enfriamiento sin modo de economización Generador de reserva

Supuestos para sistema de enfriamiento sin mejoras Los casilleros” Row-based cooling” (enfriamiento por hilera) y “Rightsize CRAC/CRAH” (unidades CRAC/CRAH con dimensionamiento adecuado) no se encuentran marcados.

Unidades CRAC tradicionales, perimetral , sin coordinación No se cuenta con falso cielorraso para crear una cámara de retorno de aire Piso elevado de 18" c/6" de obstrucción por cableado Losas perforadas esparcidas por la sala

Supuestos para sistema de energía sin mejoras Los casilleros “ High efficiency UPS” (UPS con alto grado de eficiencia) y “Rightsize UPS/PDU” (Unidades UPS/PDU con dimensionamiento adecuado) no se encuentran marcados. El sistema UPS es de tipo tradicional, no escalable, con 89% de eficiencia a plena carga Datos del usuario para este estudio de caso Datos generales

Costo de electricidad: US$ 0,12 /kWh Virtualización de servidores solamente; sin mejoras en los sistemas de energía/enfriamiento

Capacidad del centro de datos: 120 kW Carga informática: 90 kW % de carga informática conformada por servidores: 66% Cantidad total de servidores: 425 Utilización de espacio en U por rack informático: 75% Sistema sin redundancia (energía = N/enfriamiento = N) Condensador con enfriamiento por aire para transferencia de calor, es decir, con expansión directa (DX) % de servidores virtualizados: 75% Razón de consolidación de servidores: 20:1 Mejoras al centro de datos (energía y enfriamiento): Ninguna (no se encuentra marcado ningún casillero)

De la fig. 17

DCiE = 49% DCiE = 39%

Datos considerados para el estudio de caso de la figura 17

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Virtualización de servidores CON mejoras en los sistemas de energía/enfriamiento (todos los casilleros se encuentran marcados)

Enfriamiento con dimensionamiento adecuado Energía con dimensionamiento adecuado Sistema UPS de alta eficiencia Enfriamiento por hilera Paneles de obturación

De la fig. 17

DCiE = 62%



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