Как рассчитать конфигурацию микроЦОД: IT-нагрузка, охлаждение, резерв мощности и запас на рост

МикроЦОД позволяет разместить серверное, сетевое и вспомогательное оборудование в компактной интегрированной инфраструктуре, где электропитание, охлаждение, мониторинг и физическая защита работают как единая система. Но преимущества такого решения раскрываются только при правильном подборе конфигурации.

Главная ошибка на этапе проектирования — начинать с выбора шкафа или мощности ИБП. Сначала необходимо определить фактическую IT-нагрузку, требования к автономности, количество оборудования в стойке, тепловыделение, условия помещения и предполагаемый рост инфраструктуры. Только после этого можно выбирать компоненты и оценивать стоимость решения.

Разберём, как последовательно рассчитать конфигурацию микроЦОД, какой запас мощности предусмотреть, как связаны серверная нагрузка и охлаждение, сколько свободных юнитов оставить и почему перспективу расширения следует учитывать ещё до закупки оборудования.

Содержание

• С чего начинается расчёт микроЦОД
• Как составить перечень IT-оборудования
• Номинальная и фактическая мощность: какую использовать
• Какой запас мощности предусмотреть
• Как подобрать мощность ИБП
• Как определить необходимое время автономной работы
• Как рассчитать требования к охлаждению
• Как определить необходимое количество юнитов
• Как учесть распределение питания
• Какие параметры нужно контролировать
• Как заложить возможность дальнейшего роста
• Пример предварительного расчёта
• Из чего складывается стоимость микроЦОД
• Типичные ошибки при расчёте
• Алгоритм подбора конфигурации
• Итог
• Часто задаваемые вопросы

С чего начинается расчёт микроЦОД

Интегрированная инфраструктура отличается от обычного телекоммуникационного шкафа тем, что несколько инженерных подсистем зависят друг от друга. Если возрастает вычислительная нагрузка, одновременно увеличиваются энергопотребление, тепловыделение и требования к резервному питанию.

Поэтому неверно сначала выбрать шкаф определённого размера, а затем пытаться разместить в нём всё необходимое. Рациональнее идти в противоположном направлении: описать нагрузку и требования бизнеса, а уже затем подобрать техническое решение.

Если необходимо подробнее разобраться, из каких компонентов состоит готовый микроцод, полезно заранее рассмотреть архитектуру интегрированного шкафа INVT iSmart, где в единую систему объединены электропитание, охлаждение, мониторинг и физическая защита.

Как составить перечень IT-оборудования

Первый рабочий документ для расчёта — перечень оборудования, которое планируется разместить внутри микроЦОД.

В список включают:

• серверы;
• системы хранения данных;
• сетевые коммутаторы;
• маршрутизаторы;
• межсетевые экраны;
• сетевые видеорегистраторы;
• телекоммуникационное оборудование;
• патч-панели;
• другие активные устройства.

Для каждого устройства желательно зафиксировать не только количество, но и высоту в U, фактическое или ожидаемое энергопотребление, количество блоков питания и способ подключения.

Номинальная и фактическая мощность: какую использовать

Одна из распространённых ошибок — сложить максимальную мощность всех блоков питания и считать полученную величину постоянной IT-нагрузкой.

Например, сервер может иметь два блока питания по 800 Вт. Это не означает, что устройство постоянно потребляет 1600 Вт. Два блока часто используют для резервирования, а реальное потребление зависит от конфигурации сервера и нагрузки на процессоры, накопители, память и другие компоненты.

Для предварительного расчёта нужны два значения

Полезно разделять:

• ожидаемую рабочую нагрузку — типичное энергопотребление инфраструктуры;
• расчётную максимальную нагрузку — значение, которое система должна безопасно выдерживать при неблагоприятном сценарии.

Рабочую нагрузку используют для оценки обычного режима, энергопотребления и тепловыделения. Максимальная помогает подобрать оборудование так, чтобы кратковременный рост потребления не приводил к перегрузке ИБП или распределительной системы.

Какой запас мощности предусмотреть

МикроЦОД редко остаётся в первоначальной конфигурации на весь срок эксплуатации. Добавляются виртуальные машины, системы хранения, коммутаторы, средства резервного копирования и другое оборудование.

Поэтому текущую нагрузку нельзя считать конечной.

Запас должен соответствовать реальному плану развития

Нет необходимости автоматически увеличивать каждый параметр в полтора или два раза. Сначала стоит ответить на несколько вопросов:

• сколько серверов планируется добавить в ближайшие два-три года;
• будет ли расширяться система хранения данных;
• появится ли дополнительное сетевое оборудование;
• планируется ли рост производительности существующих серверов;
• потребуется ли резервирование отдельных компонентов;
• может ли измениться назначение площадки.

Для инфраструктуры с прогнозируемым постепенным ростом разумно предусматривать свободную электрическую мощность и физическое место в стойке. Если же ожидается резкий рост нагрузки, лучше заранее оценить возможность подключения второго интегрированного шкафа.

Как подобрать мощность ИБП

ИБП отвечает за сохранение питания при пропадании сети и защищает критичную IT-инфраструктуру от ряда нарушений электроснабжения. Поэтому его нельзя подбирать строго «впритык» к текущему потреблению.

При выборе проверяют как минимум:

• активную мощность нагрузки в ваттах;
• полную мощность в вольт-амперах;
• коэффициент мощности подключаемого оборудования;
• максимальную допустимую нагрузку ИБП;
• необходимый резерв;
• схему подключения оборудования с двумя блоками питания;
• необходимость резервирования самого ИБП;
• требуемую продолжительность работы от аккумуляторов.

В интегрированном решении INVT iSmart, например, предусмотрены варианты ИБП мощностью 3, 6 и 10 кВА. Конкретную конфигурацию выбирают под фактическую нагрузку и требования объекта.

При проектировании отдельной системы резервного электропитания можно также сравнить доступные источники бесперебойного питания по мощности, исполнению и архитектуре.

Как определить необходимое время автономной работы

Мощность ИБП и время автономии — разные параметры. Два микроЦОД с одинаковой IT-нагрузкой могут потребовать совершенно разные аккумуляторные конфигурации.

На одном объекте ИБП нужен только на несколько минут, пока запускается резервный генератор. На другом инфраструктура должна продолжать работу значительно дольше, потому что альтернативного источника электропитания нет.

Вопросы, которые нужно решить до расчёта батарей

• Есть ли на площадке генератор?
• Как быстро он выходит на рабочий режим?
• Нужно ли обеспечивать работу IT-систем до восстановления внешней сети?
• Допускается ли корректное автоматическое завершение работы серверов?
• Все ли устройства должны иметь одинаковое время резервирования?
• Какая нагрузка останется на ИБП при аварии?

Нельзя корректно рассчитывать автономность простым делением ёмкости аккумуляторов на мощность оборудования. На результат влияют характеристики батарей, ток разряда, КПД системы, температура, возраст аккумуляторов и конкретная нагрузка. Для окончательного подбора следует использовать данные и расчётные инструменты производителя.

Как рассчитать требования к охлаждению

Практически вся электрическая мощность, которую потребляет IT-оборудование внутри закрытого пространства, в итоге превращается в тепло. Поэтому рост вычислительной нагрузки почти напрямую увеличивает требования к системе охлаждения.

Если серверы и сетевое оборудование потребляют несколько киловатт, обычной оценки «в помещении установлен кондиционер» недостаточно. Нужно понимать, сможет ли система непрерывно отводить тепло именно от оборудования микроЦОД.

Что входит в тепловую нагрузку

При расчёте учитывают:

• серверы и системы хранения;
• сетевое оборудование;
• потери ИБП;
• потери в элементах распределения питания;
• условия окружающего помещения;
• режим эксплуатации оборудования;
• предполагаемое увеличение IT-нагрузки.

У интегрированных решений есть важное отличие от традиционной серверной: система охлаждения может работать непосредственно с внутренним пространством шкафа. Например, в архитектуре INVT iSmart используются изолированные воздушные потоки и прецизионное охлаждение, поэтому системе не требуется охлаждать весь объём помещения так же, как при обычной схеме размещения серверных стоек.

Как определить необходимое количество юнитов

Электрический расчёт необходимо одновременно сопоставлять с физическим размещением оборудования.

Высоту серверов и сетевых устройств измеряют в юнитах — U. Однако простого сложения высоты всех серверов недостаточно.

В стойке могут потребоваться:

• патч-панели;
• кабельные организаторы;
• коммутаторы;
• полки;
• заглушки для организации воздушных потоков;
• дополнительные элементы инженерной инфраструктуры;
• свободные позиции для последующего расширения.

Не путать общую высоту шкафа с полезным пространством

В интегрированном микроЦОД часть внутреннего объёма занимает инженерное оборудование. Например, шкаф INVT iSmart имеет общую высоту 42U, при этом под размещение IT-оборудования предусмотрено 32U.

Поэтому при сравнении решений нужно смотреть не только на внешнее обозначение шкафа, но и на фактически доступное пространство для серверов, СХД и сетевых устройств.

Как учесть распределение питания

После расчёта суммарной мощности нужно понять, как именно электричество будет распределяться между устройствами.

Важно проверить:

• сколько розеток требуется;
• какие разъёмы используют серверы;
• как распределена нагрузка между линиями;
• есть ли оборудование с двумя независимыми блоками питания;
• потребуется ли подключение к разным PDU;
• нужен ли удалённый контроль отдельных розеток;
• какой ток может проходить через каждый канал.

Для инфраструктуры с повышенными требованиями к управляемости полезны контролируемые PDU. Они позволяют отслеживать параметры электропитания и, в зависимости от модели, управлять отдельными выходами. В каталоге DataStream представлен отдельный раздел распределения питания PDU.

Какие параметры нужно контролировать

Расчёт микроЦОД не заканчивается подбором мощности. После запуска необходимо видеть фактическое состояние инфраструктуры и своевременно обнаруживать отклонения.

Система мониторинга может контролировать:

• температуру;
• влажность;
• состояние ИБП;
• электрическую нагрузку;
• параметры PDU;
• состояние кондиционирования;
• наличие протечки;
• задымление;
• открытие дверей;
• другие события инженерной инфраструктуры.

Мониторинг особенно важен на площадках без постоянного IT-персонала. Сам микроЦОД может находиться в филиале или производственном помещении, а специалисты — контролировать его состояние удалённо.

Как заложить возможность дальнейшего роста

При проектировании важно решить не только вопрос «что нужно сегодня», но и «что произойдёт после следующего обновления инфраструктуры».

Есть два основных варианта развития.

Рост внутри существующего шкафа

Если ожидается постепенное добавление оборудования, можно заранее сохранить:

• несколько свободных U;
• резерв мощности ИБП;
• резерв холодопроизводительности;
• свободные розетки PDU;
• возможность подключения дополнительных сетевых линий.

Масштабирование дополнительным шкафом

Когда одна стойка приближается к пределу по мощности или физическому пространству, бесконечно увеличивать плотность оборудования не всегда рационально.

Интегрированная архитектура позволяет рассматривать второй микро ЦОД как отдельный этап расширения. Такой подход особенно удобен, когда рост нагрузки можно прогнозировать поэтапно.

Пример предварительного расчёта

Рассмотрим условный объект. В микроЦОД планируется разместить:

Рабочая IT-нагрузка в таком примере составит:

3 × 450 + 650 + 2 × 120 + 100 + 160 = 2500 Вт.

Это только исходная величина. Она ещё не означает, что можно выбрать ИБП ровно на 2,5 кВт и систему охлаждения с такой же производительностью.

Следующим этапом необходимо:

1. определить возможную максимальную нагрузку оборудования;
2. добавить прогнозируемое расширение;
3. проверить активную и полную мощность ИБП;
4. рассчитать необходимую автономность;
5. учесть потери инженерного оборудования;
6. проверить необходимую холодопроизводительность;
7. посчитать количество подключений к PDU;
8. добавить пространство для патч-панелей и кабельной организации;
9. оставить резерв U под развитие.

Если через два года к этой системе планируется добавить ещё два сервера, их лучше включить в проектный сценарий сразу. В противном случае текущая конфигурация может оказаться достаточной сегодня, но потребовать серьёзной перестройки после первого расширения.

Из чего складывается стоимость микроЦОД

Стоимость нельзя корректно определять только по размеру шкафа. Два внешне похожих решения могут значительно отличаться по инженерному наполнению.

На бюджет влияют:

• мощность ИБП;
• ёмкость и количество аккумуляторов;
• необходимое время автономии;
• мощность системы охлаждения;
• конфигурация распределения питания;
• состав системы мониторинга;
• датчики;
• средства физического контроля доступа;
• требования к резервированию;
• монтаж и пусконаладка;
• особенности конкретного объекта.

Поэтому запрос микроцод цена требует предварительного технического расчёта. Экономически правильнее сравнивать не стоимость пустого шкафа, а стоимость готовой инфраструктуры, способной обеспечить заданную нагрузку, автономность, температурный режим и дальнейшее развитие.

Типичные ошибки при расчёте микроЦОД

1. Выбирать шкаф до определения нагрузки.
   В результате оборудование приходится подстраивать под уже выбранную инфраструктуру.
```
2. Складывать максимальную мощность блоков питания серверов как постоянное потребление.
   Это может значительно исказить расчёт рабочей нагрузки.
3. Выбирать ИБП без резерва.
   После добавления нескольких устройств система быстро приближается к предельной нагрузке.
4. Смотреть только на мощность ИБП в кВА.
   Необходимо проверять также допустимую активную мощность в ваттах и характеристики нагрузки.
5. Определять автономность без сценария аварии.
   Сначала нужно понять, требуется несколько минут до запуска генератора или длительная работа от аккумуляторов.
6. Недооценивать охлаждение.
   Рост IT-нагрузки одновременно увеличивает количество тепла, которое необходимо отводить.
7. Заполнять всё доступное пространство в стойке.
   При первой модернизации возникает необходимость переставлять существующее оборудование.
8. Не учитывать количество розеток и линии питания.
   Даже достаточная общая мощность не решает проблему неправильного распределения нагрузки.
9. Не предусматривать мониторинг.
   Без контроля температуры, питания и состояния инженерных систем неисправность может обнаружиться слишком поздно.
10. Не определять способ будущего масштабирования.
    Проект должен заранее отвечать на вопрос, как инфраструктура будет расти после исчерпания текущих ресурсов.
```

Алгоритм подбора конфигурации

Расчёт нужно рассматривать как единую систему

Нельзя независимо подобрать серверный шкаф, ИБП и кондиционер, а затем рассчитывать, что компоненты автоматически образуют эффективный микроЦОД.

Изменение одного параметра влияет на остальные. Дополнительный сервер занимает место, увеличивает потребление, повышает тепловыделение, сокращает время автономной работы от существующего аккумуляторного комплекта и создаёт дополнительную нагрузку на PDU.

Именно поэтому интегрированный подход упрощает проектирование: инженер рассматривает питание, охлаждение, размещение оборудования и мониторинг как взаимосвязанные части одной инфраструктуры.

Итог

Расчёт микроЦОД следует начинать с оборудования, которое система должна обслуживать. Количество серверов, систем хранения и сетевых устройств определяет исходную электрическую и тепловую нагрузку, требования к стойке и распределению питания.

Следующий шаг — оценка не только текущего, но и будущего состояния инфраструктуры. Если оборудование будет расширяться, необходимо заранее предусмотреть резерв мощности, охлаждения, PDU и свободного пространства.

ИБП выбирают с учётом активной и полной мощности, максимальной нагрузки и требуемой автономности. Батарейную конфигурацию рассчитывают под конкретный аварийный сценарий, а не по условному универсальному времени.

Система охлаждения должна справляться с тепловыделением IT-оборудования и инженерных компонентов в наиболее нагруженном допустимом режиме. Чем выше плотность оборудования внутри стойки, тем важнее контролируемый воздушный поток и постоянный мониторинг температуры.

При оценке размера шкафа нужно учитывать полезное, а не только общее количество U. Часть пространства интегрированной системы занимает инженерная инфраструктура, а часть разумно сохранить для обслуживания и последующей модернизации.

Правильно рассчитанный микроЦОД — это не шкаф с максимальным количеством установленного оборудования, а сбалансированная система, в которой электропитание, автономность, охлаждение, физическое пространство и мониторинг соответствуют текущей нагрузке и позволяют инфраструктуре развиваться без полной перестройки.