Cyklus přednášek Informační pondělky se věnuje aktuálním otázkám a tématům z oblasti informační vědy a nových médií. V dnešním díle jsme se věnovali tématu datových center, jejich technologii, budoucnosti a ekologii. Přednášky pořádá Ústav informačních studií a knihovnictví a Česká informační společnost. Více na webu: https://uisk.ff.cuni.cz/cs/pro-verejnost/informacni-pondelky/

1. Datová centra
Základy
Filosofická fakulta Universita Karlova
Ústav informačních studií a knihovnictví
PAVEL HEROUT
ALTRON a.s.

2. Obsah
- Úvod
- Datová centra (DC)
- Proces tvorby a návrhu projektové dokumentace (PD)
- Oblasti řešené problematiky
- Návrh DC
- Pokrokové způsoby odvodu tepla z ICT
- Závěr

3. Úvod
Informační technologie a datová centra jsou výraznou součástí
našeho života.
V roce 2023 naroste počet zařízení zapojených v internetu na 29,3
mld. (trojnásobek populace, srovnání s 2018 = 18,4 mld.).
Roční elektrická spotřeba „těžby“ kryptoměny Bitcoin je odhadována
na 77,78 TWh.
Microsoft provozuje největší cloudovou infrastrukturu pro více než
1 mld zákazníků a 20 milionů organizací.

4. Úvod

5. Datová centra
- obsluhují provoz informační a telekomunikační technologie (ICT)
- objekt určený pro poskytování služeb prostřednictvím ICT
infrastruktury (ukládání, úschova a zpracování dat)
- složitější technologické celky
- slouží v oblastech podnikání, vzdělávání, výzkumu, vývoje a státní
správy
- základní dělení (pevná; mobilní; mikroDC)

6. Datová centra

7. Datová centra - pevná

8. Datová centra - kontejnerová
Separation of
Infrastructure &
computing sections
Open architecture
for standard rack-
mount equipment
Available from TIER
I to TIER III
Central
environment
controls &
monitoring
All-In-One design –
all infrastructure
housed in one
container Hot & Cold Isle
isolation
Central security
controls &
monitoring
VÝHODY
Rychlé nasazení
Škálovatelnost
Vysoká dostupnost
Flexibilita konfigurací
Nepřetržitý dohled a
vzdálený monitoring
Optimalizované provozní
náklady
Nasazení v různých
klimatických prostředích
VLASTNOSTI
Kvalitní zakázkově vyráběné
kontejnery
Příkon IT zařízení až 150 kW
V souladu s TIER III
Až 13 standardních 42U racků
Vysoký standard fyzické
bezpečnosti
Vysoká energetická účinnost

9. Datová centra - microDC
- Kompletní řešení pro IT v
jediném racku
- Obsahuje integrovanou
výparníkovou jednotku

10. Proces tvorby a návrhu PD
- Obchodní plán / zadání
- Objemová studie
- Studie proveditelnosti
- PD dle vyhlášky č. 499/2006 Sb., o dokumentaci staveb
- Předávací dokumentace (zkoušky)
- Provozní dokumentace

11. Oblasti řešené problematiky
- napájení elektrickou energií
- odvod tepla z ICT
- ostatní systémy
- efektivita
- dostupnost
- udržitelnost provozu
- využití obnovitelných zdrojů

12. Napájení elektrickou energií
Zabezpečení provozních parametrů
- Komplexní systém napájení od přípojného místa až po koncový
spotřebič včetně redundance
- Energetická bilance datového centra
- Autonomie systému – energo-centrum (motorgenerátory 12 hodin,
ATS, zdroje UPS 10 minut)
- Redundance systému – zvyšuje dostupnost systému a může
zajistit servisovatelnost za provozu

13. Napájení elektrickou energií
Součásti systému
- VN trafostanice včetně napojení na veřejnou síť
- Systém rozvaděčů a kabelové trasy
- Náhradní zdroje - motorgenerátory včetně přívodu vzduchu,
odvodu spalin a palivového hospodářství
- Zdroje nepřerušovaného napájení – UPS / DC zdroje včetně baterií
- Systémy omezení přepětí a bleskosvody
- Osvětlení a nouzové osvětlení

14. Odvod tepla z ICT
- přenos tepla vyzářeného ICT zařízením
- do kapaliny, výměníku tepla klimatizačního zařízení, přímo do okolního vzduchu
- většina aplikací odvádí teplo vzduchem
- vertikální nebo horizontální distribuce vzduchu
- klíčové je oddělení teplé a studené části
- vzduchové a vodní / kapalinové systémy
- lokální / cílený odvod tepla z racků (rozvaděčů ICT)

15. Ostatní systémy
- Fyzická infrastruktura
- Fyzická bezpečnost
- Požární bezpečnost
- Síťová infrastruktura
- Řízení a monitoring

16. Efektivita
- systém chlazení největším non-ICT spotřebičem elektrické energie
- největší rozptyl příkonu během roku
- hodnocení pomocí Power Usage Effectiveness (PUE)
- významně ovlivňuje volné chlazení
- rekuperace tepla

17. Dostupnost infrastruktury
- záruka nerušeného chodu
- udává se v % (např. 99,982%)
- TIER – Uptime Int. nebo TIA
- decentralizované systémy
- ovlivňuje SPOF
- minimalizace sdílených
komponent

18. Udržitelnost provozu
- resilience = schopnost systému odolávat změnám
- testování infrastruktury
- v rámci projektu
- v rámci provozu
- náročnost / složitost infrastruktury vs. udržitelnost
- IoT…….kyberútoky
- geozálohování

19. Návrhové podmínky / standardy pro
provoz ICT a KLIMATIZACE
Doporučený rozsah Povolený rozsah
ASHRAE TC 9.9 (2015) ASHRAE TC 9.9 (2015)
Spodní hranice teploty (°C) 18 15
Horní hranice teploty (°C) 27 32
Spodní limit vlhkosti -9 °C rosný bod -12˚C rosný bod & 8% r.v.
Horní limit vlhkosti 15 °C rosný bod a 60 % r.v. 17˚C rosný bod a 80% r.v.
Tier Standard:
Topologie

20. Modelování proudění pomocí CFD
(Computational Fluid Dynamics)
- optimalizace návrhu / eliminace rizik
- simulace výpadků el. energie
- simulace změn na datovém sále

21. Pokrokové přístupy k odvodu tepla z ICT
- volné chlazení
- využití odpadního tepla
- kapalinou chlazené ICT

22. Volné chlazení
- chlazení představuje často až 25% spotřeby el. energie DC
- economizer nebo free-cooling
- odvod tepla do okolí bez použití kompresorového chlazení
- významně snižuje spotřebu DC
- nelze aplikovat všude (pořizovací náklady, malá aplikace,...)

23. Využití odpadního tepla
- datové centrum produkuje veliké množství energie unikající
většinou do okolního prostředí
- její využití je vhodné řešit již ve fázi studie proveditelnosti
- není častá aplikace
- paradox s volným chlazením
- nákladnější využití nízkopotenciálního tepla

24. Zajímavé vlastnosti kapalinou chlaz. ICT
▪ další snížení příkonu DC (25 – 35%)
▪ pokrok ve vývoji technologií
▪ využití odpadního tepla (50°C +)
▪ vysoká kompaktnost (45kW/rack +)
▪ bez potřeby kompresorového chlazení
▪ nižší teploty na komponentech ICT
▪ vysoká odolnost na změny zatížení
Kapalinou chlazené ICT
HPC Prostor
TCO
spotřeb
a DC
Výkon PUE, ITUE
nižší
průtoky
Hluk
využití
ZZT

25. ponorná
- celá zařízení
ponořená
- 100% kap. chlazení
- otevřená řešení
- kapaliny a chladiva
Kapalinou chlazené ICT
heatpipe / kapalina
- využití změny
skupenství v oběhu
- 90% kap. / 10% vzd.
- zapouzdřená
zařízení
- kapaliny a chladiva
hybridní
- kombinace kapal. /
vzduchem chl. ICT
- dle komponentů
- zapouzdřená
zařízení
- kapaliny

26. Kapalina – proces odvodu tepla a jeho
další využití
okruh odvodu
tepla do okolí nebo
využití odpadního
tepla (nemrznoucí
směs)
sekundární
okruh
chlazení
(voda)
primární
okruh ICT
(Novec)

27. Závěr
- Důležité je správné zadání
- Synergie ICT a nonICT
- Efektivita provozu
- Volné chlazení / rekuperace tepla
- Dostupnost DC není závislá pouze na chlazení
- Při provozu DC je nutné eliminovat lidskou chybu

28. Zdroje
[1] Total Internet traffic, https://www.cisco.com/c/en/us/solutions/collateral/executive-perspectives/annual-
internet-report/white-paper-c11-741490.html
[2] 2011 Thermal Guidelines for Data Processing Environments – Expanded Data Center Classes and
Usage Guidance, 2011-Gaseous-and-Particulate-Contamination-Guidelines-For-Data-Centers
[3] The Defense Advanced Research Projects Agency's (DARPA) Intrachip/Interchip Enhanced Cooling
(ICECool) program; https://www.nextbigfuture.com/2017/09/darpa-ibm-git-icecool-dielectric-cooling-uses-7-of-
the-power-of-traditional-air-cooling.html
[4] 6 Sigma DC Future Facilities
[5] Ashrae Journal Sep. 2017 (Changing Landscape of Data Centers)
[6] Bitcoin Energy Consumption Index https://digiconomist.net/bitcoin-energy-consumption/

29. Kontakty
ALTRON, a.s.
Pavel Herout
Novodvorská 994/138
142 21 Praha 4
Česká republika
+420 606 665 415
pavel.herout@altron.net

30. Děkujeme za pozornost