ИБП в дата-центрах: выбор между эффективностью и отказоустойчивостью

Существует расхожее мнение, что повышение отказоустойчивости систем ИБП (источник бесперебойного питания) в центрах обработки данных влечет за собой уменьшение их энергетической эффективности, при этом эксплуатационные расходы будут увеличиваться. Однако в случае самых современных систем ИБП подобное утверждение теряет свою актуальность.

Клиенты коммерческих дата-центров ведут поиск объектов с аптаймом близким к идеальным 100% и, что еще более важно, они хотят абсолютную защиту от потери данных. Другими словами, им нужен дата-центр с достаточно высоким уровнем отказоустойчивости, работоспособность которого практически не будет затронута сбоями и отказами тех или иных систем.

Уровень энергетической эффективности и отказоустойчивости большинства дата-центров зависит от многих факторов, но одним из самых важных является система ИБП. Нужно отметить, что на данном этапе возникает ряд трудностей при проектировании системы источников бесперебойного питания, которая может похвастаться не только высокой отказоустойчивостью, но и эффективностью, а также масштабируемостью.

Большинству клиентов требуются системы ИБП, которые легко масштабируются для обеспечения будущего роста. Масштабируемости можно достичь только с помощью внедрения модульных конструкций, как на уровне системы в целом, так и на уровне отдельных ИБП. Ключевой чертой любой модульной конструкции является то, что отдельные источники бесперебойного питания в ее составе должны работать параллельно и надежно распределить нагрузку. Однако в случае традиционных ИБП это может иметь негативное влияние на отказоустойчивость, и уровень отказоустойчивости, как правило, снижается по мере увеличения числа соединенных параллельно модулей.

Все потому, что в случае традиционной конструкции ИБП, распределение нагрузки, как правило, достигается с помощью центрального контроллера, а также за счет организации каналов передачи данных между модулями ИБП, которые позволяют отдельным элементам системы хранения энергии делиться друг с другом информацией касательно балансировки нагрузки. К сожалению, отказ одного из элементов подобной системы взаимодействия в перспективе может привести к потере работоспособности всего массива ИБП. Кроме того, при добавлении нескольких модулей (масштабирование) растет число компонентов системы, и возрастает риск ее отказа.

Система распределения нагрузки без центрального контроллера

Озвученная выше проблема была полностью устранена путем разработки модульных систем ИБП, в которых каждый модуль имеет собственную систему балансировки нагрузки. Подобная система распределения нагрузки работает без помощи центрального контроллера – в некоторых случаях не нужно даже организовывать каналы передачи данных между модулями. Тем самым мы можем избежать выхода из строя всей системы вследствие отказа одного из ее элементов, как это происходит в традиционных модульных конструкциях. Кроме того, снимаются практически все ограничения по размеру системы, связанные с повышением риска отказа при добавлении компонентов.

Имея в виду целесообразность использования модульной топологии для достижения масштабируемости, давайте теперь рассмотрим центральный вопрос статьи и попытаемся найти баланс между эффективностью и отказоустойчивостью. Очевидно, что ключевым фактором для увеличения отказоустойчивости является повышение уровня дублирования элементов в разрезе системы ИБП. К сожалению, добавление дублирующих блоков в традиционных системах снижает нагрузку на уровне отдельных ИБП. То есть слабо загруженные модули остаются неизменно неэффективными.

Решением в данном случае опять же выступают новые технологии, с помощью которых, вместо того чтобы разделять нагрузку поровну между всеми силовыми модулями в системе ИБП, можно использовать ровно столько модулей, сколько необходимо для удовлетворения текущих потребностей IT-оборудования дата-центра в электроэнергии.

Это означает, что загруженные модули используются предельно эффективно, в то время как остальные модули пребывают в состоянии бездействия, в котором они почти не потребляют электроэнергии. Переключение ненагруженных модуля в нормальный режим занимает всего пару миллисекунд, что позволяет системе оставаться предельно энергоэффективной при любом уровне нагрузки.

ИБП с функцией энергосбережения

Специалисты ведут работу над еще одним механизмом, которой призван способствовать повышению эффективности использования энергии в системах ИБП с высоким уровнем дублирования. Речь идет об использовании источников бесперебойного питания с функцией энергосбережения. Данной функцией могут похвастать современные ИБП с двойным преобразованием энергии (On-Line), которые зачастую применяются в самых критически важных системах дата-центра.

В подобных ИБП входное переменное напряжение сначала преобразуется в постоянное. Затем обратно в переменное напряжение с помощью обратного преобразователя (инвертора). При пропадании входного напряжения переключение нагрузки на питание от аккумуляторов не требуется, поскольку аккумуляторы включены в цепь постоянно, поэтому для этих ИБП параметр «время переключения» не имеет смысла. В режиме экономии энергии, КПД подобных систем может досягать 99%, а переход между режимом энергосбережения и нормальным режимом работы неощутим для подключенной нагрузки.

Использование режима энергосбережения в ИБП позволяет минимизировать выделение тепла и, следовательно, подобные устройства требуют менее интенсивного охлаждения. Это означает, что операторы ЦОД могут экономить энергию и деньги не только за счет рекордного КПД системы, обеспечивая свои IT-нагрузки надежным каналом снабжения электроэнергией, но и на эксплуатационных расходах в разрезе своих кондиционеров и систем охлаждения.

Естественное охлаждение ИБП

Раз уж речь зашла о системах кондиционирования воздуха и охлаждения, нужно отметить, что есть еще один вопрос, который заслуживает детального рассмотрения. Речь идет о естественном охлаждении, которое является одним из способов минимизации эксплуатационных расходов в случае системы ИБП. На практике использование естественного охлаждения означает, что температура применяемого для охлаждения оборудования воздушного потока должна совпадать со спецификациями источника бесперебойного питания, но в некоторых случаях показатель может быть немного выше. То, как система ИБП будет себя вести в подобных условиях, имеет прямое влияние на отказоустойчивость.

Если должна быть достигнута максимальная отказоустойчивость, необходимо привести температурный режим ИБП в полное соответствие рекомендациям вендора. Источник бесперебойного питания не должен сбоить, даже если температура воздуха в какой-то момент поднимется выше – главное, чтобы ограничения на температуру внутри системы не были превышены.

Из данной статьи понятно, что увеличение уровня дублирования систем ИБП для повышения их отказоустойчивости не обязательно должно оборачиваться падением энергоэффективности. Также понятно, что модульные ИБП теперь могут быть столь же надежными, как их немодульные аналоги. И описанные в статье преимущества – отнюдь не дело отдаленного будущего. Они доступны уже сейчас. Это было доказано в передовых дата-центрах по всему миру.