کاهش هزینه های پنهان مرتبط با ارتقای ظرفیت برق مرکز داده

در طراحی سیستم‌های UPS، توسعه‌پذیری به عنوان مزیت قابل توجهی در بهای تمام شده به شمار رفته که در گزارش “تعیین بهای تمام شده برای زیرساخت‌های مرکز داده یا اتاق شبکه ” [1] نیز مورد بررسی قرار گرفته است. این مزیت ناشی از توانایی انطباق ابعاد زیرساخت با مصرف حیاتی بوده که با نصب تجهیزات بیشتر در مرکز داده، باید مورد پشتیبانی قرار گیرد.

با وجود آن که در گزارش بالا، در مدل مالی بهای تمام شده لحاظ نشده است، اما در مواجهه با لزوم افزایش مصرف در عین رعایت افزونگی، عامل توسعه‌پذیری از فاکتورهایی است که مستقیما بر درآمد خالص هر شرکتی با چنین استراتژی، تاثیر می‌گذارد. در این مقاله، هزینه‌ی واقعی توسعه‌ی ظرفیت UPS، با اجرای نوعی UPS سنتی با هزینه‌ی اجرای سیستم UPS توسعه‌پذیر مقایسه شده و تفاوت هایشان بررسی خواهد شد.

نمونه: دو روش در توسعه پذیری

فرض کنیم یک مدیر IT نیازمند طراحی N+1 UPS برای مرکز داده ای با زیربنای 4800 فوت مربع (و یا 446 متر مربع) و ظرفیت نهایی 50 وات در فوت مربع(538 وات در متر مربع) باشد. به عبارت دیگر جمعا نیازمند 240 kW  UPS با افزونگی کافی است تا اگر یکی از ماژول‌های برق خاموش شده و یا کنار گذاشته شده یا در حال تعمیر و اصلاح خرابی‌ موقت باشد بازهم توان مورد نیاز تامین گردد.

مدیر باید یکی از این دو توپولوژی را انتخاب کند: سیستم سنتی و یا سیستم توسعه پذیر مبتنی بر رک. در طراحی سیستم سنتی می‌توان با افزودن دستگاه های متداول UPS به باس موازی، سطحی از توسعه پذیری را برای سیستم ایجاد کرد، البته اگر در زمان سفارش اولیه تابلو کنترل موازی ساز، ظرفیت و توان کافی برای این ارتقا نیز در نظر گرفته شده باشد. سیستم توسعه‌پذیر مبتنی بر رک، نیز مزایای مشابهی در بر داشته، به نحوی که با افزایش میزان مصرف رک، به همان نسبت ظرفیت UPS هم افزایش می یابد، ولی با این تفاوت که دیگر نیازی به خرید تجهیزات سیستم موازیسازی با ابعادی بزرگ نبوده ودر نتیجه از هزینه های زودهنگام و مازاد آن، جلوگیری خواهد شد.

راه‌کار سنتی

جهت به حداقل رساندن هزینه های سرمایه‌ی[2] از پیش پرداخته شده در پروژه، مدیر IT تلاش می‌کند با خرید مرحله به مرحله‌ی سیستم، نوعی قابلیت توسعه‌پذیری در سیستم سنتی ایجاد کند. برای مقایسه‌ی هزینه‌های هر روش، فرض بر آن گذاشته می‌شود که مصرف با واحد های 80kW افزایش یابد. در روز اول، قرار بر آنست که دو ماژول UPS سنتی 80kW به حالت موازی با یکدیگر اجرا شده تا بار اولیه‌ی پیش‌بینی شده‌ی 80kW توسط یکی از ماژول‌های با پیکربندی N+1 پشتیبانی شوند.

زمانی که مقدار مصرف از ظرفیت 80kW سیستم UPS دارای افزونگی، فراتر رود، مدیر تصمیم به نصب ماژول 80kW دیگری گرفته تا افزونگی UPS را در عین برآورده ساختن الزامات مصرف که حال تا 160kW افزایش یافته، تعدیل سازد. با اعمال آخرین افزایش مصرف و نصب آخرین ماژول 80kW ( ظرفیت کلی 240kW ) یک دستگاه 80kW به عنوان افزونه همچنان در مدار خواهد بود. سپس سیستم سنتی UPS در پیکربندی نهایی یک سیستم موازی با 4 ماژول خواهد بود. در این حالت، برنامه‌ای جهت بهره‌گیری از UPS که به روش سنتی طراحی شده، توسعه می‌یابد. هزینه‌ی نصب تجهیزات موازی با حداکثر ظرفیت، که برای پیکربندی نهایی برق در سیستم سنتی مورد نیاز است، نیز در همان خرید اولیه در نظر گرفته شده است.

روش جایگزین

در طرح مشابه دیگری که جهت کمک به تصمیم‌گیری‌های کسب و کار توسعه یافته، از سیستم USP توسعه‌پذیر و مبتنی بر رک، استفاده شده است. در روز اول، برای ایجاد تقاضای مصرف اولیه 80kW، باید یک واحد 80 کیلو واتی خریداری کرد، ولی از طرفی سیستم توسعه‌پذیر و مبتنی بر رک، دارای ماژول‌های افزونه‌ی برق 10kW داخلِ آن واحد بوده که در نتیجه، بدون سفارش و خرید یک واحد 80 کیلو واتی دیگر، پیکربندی N+1 فراهم می‌شود. از آن جا که سیستم توسعه‌پذیر نیازی به تجهیزات توزیع برق موازی و بزرگ ندارند، قسمتی از هزینه‌ها حذف خواهد شد.

وقتی مقدار مصرف افزایش یافته و از سطح 80kW فراتر رفته، واحد دیگری خریداری شده و مصرف جدید به این واحد منتقل شده و اختصاص می‌یابد. در این سیستم همچنین افزونگی N+1 نیز لحاظ شده است. زمانی که مرکز داده از تمام ظرفیت خود استفاده کند، واحد 80kW سومی نیز نصب شده که افزونگی داخلی آن N+1 می‌باشد.

استفاده از هر یک از دو طرح مطرح شده، سیستم UPS توسعه پذیر و مبتنی بر رک یا سیستم سنتی، نتایج بسیار مشابهی دارند. در واقع، اگر بتوان UPS سنتی را با هزینه‌ی قطعات و ماژول کمتری از سیستم توسعه‌پذیر مبتنی بر رک N+1 خریداری کرد، تصمیم مبنی بر ادامه‌ی کار با همان سیستم سنتی منطقی‌تر به نظر می رسد. اما یک مشکل مهم در این استراتژی وجود دارد.

تاوان رشد!

مدیر IT که باید بین این دو روش طراحی، یکی را برگزیند، می‌بایست نحوه‌ی افزوده شدن بر ظرفیت سیستم ها و همچنین تاثیرات آن بر عمیات‌های IT را در نظر گیرد.

سیستم‌ سنتی UPS با پیکربندی موازی ساخته، نقاط گره‌ای مشترکی دارند که در آن، خروجی کل ماژول‌ها به تجهیزات مصرف مرتبط است. و حتی در “باس بحرانی”نیز توان تامین شده توسط هر ماژول UPS، با دیگر ماژول‌ها تجمیع می‌شود. در تحویل موقت اولیه‌ی سیستم، توانایی ماژول‌ها در موازی‌سازی، به اشتراک گذاشتن مصرف و تامین افزونگی، بررسی و تایید می شود. زمانی که ماژولی به سیستم سنتی افزوده میشود، باید باس بحرانی بی بار شده تا ماژول جدید به روش ایمنی، به سیستم متصل شده و عملکرد کل سیستم در طی تحویل موقت مجدد دیگری تایید شود. برای اجرای توسعه‌ی برنامه‌ریزی شده ی سیستم به روش مطرح شده، حداقل به دو مرتبه بی بار کردن باس بحرانی نیاز است. هر خاموشی به منظور اتصال و تست ماژول توسعه ی UPS،  در صورتی که بدون هیچ مشکلی پیش برود، معمولا 24 ساعت زمان می برد.

مدیر IT باید هزینه‌ی ناشی از این توقف عملیات‌ واحد فاوا را برای حداقل دو دوره‌ی 24 ساعته جهت تحقق طرح توسعه‌ی تجهیزات UPS سنتی، در نظر گیرد. این هزینه‌ها شامل:

• زمان از دست رفته‌ی پردازش
• تکنسین های سرور/پرازنده جهت خاموش کردن تجهیزات
• متخصصین نرم افزارها جهت به حداقل رساندن تاثیرات بر سیستم های عملیاتی
• مدت زمان جلسه مدیریت مشتری
• مدت زمان جلسه برنامه ریزی مدیریت
• برنامه‌ریزی احتمالات
• تکنسین های سرور/پردازنده برای به کار اندازی مجدد تجهیزات
• متخصصین نرم‌افزار جهت بازیابی سیستم های عملیاتی
• هزینه های بالای عملیات تست و تحویل (خروجی کامل مجموعه UPS نهایی باید بررسی و تایید شود و نیازمند استفاده از بارهای مجازی، کابل، ابزارها، نیروی فنی و غیره است.)

موارد مطرح شده همان بهایی است که برای توسعه‌ی سیستم های سنتی UPS در صورت نیاز به توسعه باید پرداخته شود که اصطلاحا “تاوان رشد” نامیده می‌شود.

ارزیابی هزینه

هزینه‌های ناشی از ارتقای سیستم سنتی که نیازمند دو دوره ی توقف 24 ساعته بوده، را می‌توان به طور محافظه‌کارانه، به این شکل تخمین زد:

فرضیات:

1. هزینه های خرابی به طور متوسط 000$ در هر ساعت بوده، (چنانچه اهمیت سامانه و زیان مالی ناشی از قطع سرویس پایین باشد. مطابق محاسبات و اسناد بعضی از موسسات مالی زیان هرساعت خرابی در برخی از سامانه های بسیار حساس و حیاتی، تا 500.000$ تخمین زده شده است. )
2. مدیر IT آشنایی کافی با فرایند دارد.
3. از آن جا که جزییات فنی در طول طراحی اصلی سیستم تعیین شده و تنها زمان مورد نیاز، صرف مدیریت فرایند تغییر و هماهنگی میان منابع شده، در نتیجه زمان لازم برای مدیریت در کمترین مقدار است.
4. تکنسین‌ها و نیروی‌ کار از سوی منبع خارجی تامین شده که تحت توافق و قراردادهای خدمات که با تامین‌کنندگان تجهیزات IT منعقد شده، به کار مشغولند.
5. اقدامات در راستای برنامه‌ریزی احتمالات در حداقل قرار گرفته، چرا که این اقدامات منحصر به ابعادی از توقف کار هستند که از پیش برنامه‌ریزی شده و‌ به عنوان جزیی از طرح گسترده‌ی احتمالات شرکت محسوب می‌شوند.
6. متخصصین نرم‌افزار نیز از سوی منابع خارجی پشتیبانی نرم‌افزاری برای نرم‌افزارهای کسب و کار که بر تجهیزات IT نصب و اجرا شده، تامین می‌شوند.

برای دریافت جزییات هزینه‌های مرتبط با ارتقای ظرفیت سیستم سنتی، به جدول 1 مراجعه شود.

 

جدول 1: هزینه ی ارتقای ظرفیت سیستم سنتی

عامل هزینه	تاثیر	هزینه‌ی تخمین زده شده	کل
زمان پردازش از دست رفته	48 ساعت خاموشی(توقف کار)	ساعت10.000$/	480.000$
تکنسین‌های سرور/پردازنده برای خاموش کردن تجهیزات	4 تکنسین، هر یک 4 ساعت برای هر خاموشی(توقف کار)، 32 ساعت در کل	ساعت150$/، اضافه کار	4.800$
متخصصین نرم‌افزار (خاموشی تجهیزات)	2 متخصص، هر یک 4 ساعت برای هر خاموشی(توقف کار)، 16 ساعت در کل	ساعت200$/، اضافه کار	3.200$
برنامه‌ریزی مدیریت	2 مدیر، هر یک 40 ساعت برای هر توقف کار، 160 ساعت در کل	ساعت80$/، با فرض انجام آن در ساعات کاری	12.800$
برنامه‌ریزی احتمالات	1 کارشناس برنامه‌ریزی، 20 ساعت برای هر خاموشی(توقف کار)، 40 ساعت در کل	ساعت60$/، با فرض انجام آن در ساعات کاری	2.400$
تکنسین‌های سرور/پردازنده برای به کار اندازی مجدد تجهیزات	4 تکنسین، هر یک 4 ساعت برای هر خاموشی(توقف کار)، 32 ساعت در کل	ساعت150$/، اضافه کار	4.800$
متخصصین نرم‌افزار (به کار اندازی مجدد تجهیزات)	2 متخصص، هر یک 4 ساعت برای هر خاموشی(توقف کار)، 16 ساعت در کل	ساعت200$/، اضافه کار	3.200$
هزینه‌های تحویل موقت	دو تیم تحویل موقت با تجهیزات، نیروی کار در زمان اضافه کار	10.000$ برای هر نصب	20.000$
کل			531.200$

 

با حذف هزینه‌های ناشی از زمان خاموشی تجهیزات و توقف کار، هزینه‌ای اضافی به مقدار حداقل 531.200 دلار باید به هزینه‌ی سرمایه‌ی اولیه راهکار سنتی افزوده شود تا توسعه‌پذیری مورد نظر، حاصل شود. از این طریق، خدمات فنی اصلی مورد نیاز جهت اجرای دو توقف کامل و ضروری در برق تجهیزات، فراهم می‌شود.

روشی ساده

مدیر IT می تواند با کمترین تاثیر بر عملیات ها، مصرف سیستم UPS توسعه‌پذیر و مبتنی بر رک را افزایش دهد. این سیستم‌ها برای مصارف مشخص در مرکز داده طراحی شده اند که در آن، هر UPS برق تعداد و یا گروه مشخصی از رک‌ها را تامین می‌کند. تا زمانی که توان مورد نیاز برای سیستم های آتی مرکز داده تامین شود (برای ماژول‌های سیستم‌های سنتی نیز این شرط لازم است)، در حین نصب و تست سیستم های جدید UPS، تاثیرات ایجاد شده بر عملیات های همزمان در پایین‌ترین سطح می‌باشد.

مصرف سیستم‌هایی که ظرفیت اضافی را فراهم می‌آورند را می توان با استفاده از بارهای مجازی کمتر، تست کرد چرا که هیچ کارکرد موازی تحت اجرای تست نبوده و ظرفیت هر تست، محدود به همان 80kW می‌باشد. چون هیچ باس بحرانی مشترکی وجود نداشته که جهت تامین برق، نیاز به اتصال به سیستم داشته باشد، در نتیجه در هیچ یک از پردازنده های موجود، نیز نیازی به خاموشی و توقف کار نخواهد بود. باس بحرانی هر سیستم UPS به مصارف 80kW که برای پشتیبانی آن طراحی شده، اختصاص دارد.

هزینه های مرتبط با توسعه‌ی طراحی توسعه‌پذیر بسیار کمتر می‌باشد(جدول 2). این توسعه را می توان در زمانی غیربحرانی انجام داد چرا که سیستم بدون حذف مصرف فعلی، توسعه می‌یابد.

جدول 2:هزینه‌ی ارتقای ظرفیت سیستم توسعه‌پذیر مبتنی بر رک

عامل هزینه	تاثیر	هزینه‌ی تخمین زده شده	کل
زمان پردازش از دست رفته	هیچ	ساعت10.000$/	0$
تکنسین‌های سرور/پردازنده برای خاموش کردن تجهیزات	غیرضروری	ساعت150$/، اضافه کار	0$
متخصصین نرم‌افزار (خاموشی تجهیزات)	غیرضروری	ساعت200$/، اضافه کار	0$
برنامه‌ریزی مدیریت	بدون برنامه‌ریزی و مدیریت خاموشی تجهیزات، 40 ساعت هماهنگی در پروژه	ساعت80$/، با فرض انجام آن در ساعات کاری	3.200$
برنامه‌ریزی احتمالات	غیرضروری	ساعت60$/، با فرض انجام آن در ساعات کاری	0$
تکنسین‌های سرور/پردازنده برای به کار اندازی مجدد تجهیزات	غیرضروری	ساعت150$/، اضافه کار	0$
متخصصین نرم‌افزار (به کار اندازی مجدد تجهیزات)	غیرضروری	ساعت200$/، اضافه کار	0$
هزینه‌های تحویل موقت	مصرف تست در تنظیمات اولیه تجهیزات اجرا شده، هیچ تست موازی لازم نیست.	2.500$ در تنظیمات اولیه	5.000$
کل			8.200$

 

هزینه‌ی اضافی نصب راه‌کار مبتنی بر رک توسعه‌پذیر در این مثال، 8200 دلار خواهد بود. تفاوت اصلی آن جلوگیری از توقف کار و خاموشی تجهیزات بوده ولی هزینه‌ی سیستم توسعه‌پذیر، حتی با احتساب هزینه های ناشی از توقف کار نیز، 84% کمتر از سیستم سنتی می‌باشد.

نتیجه‌گیری

در زمان به کارگیری سیستم UPS در طراحی مرکز داده ، عوامل هزینه ای اضافه‌ای وجود داشته که در تحلیل بهای تمام شده استاندارد در حین انتخاب میان چند سیستم، باید در نظر گرفته شوند.

جهت دستیابی به توسعه‌پذیری در طراحی UPS با سیستم سنتی، باید برای هزینه های چشمگیر ناشی از توسعه توسط یکپارچه‌سازی ماژول‌های استاندارد UPS، برنامه‌ریزی لازم صورت گیرد. به دلیل ماهیت افزودن بر ظرفیت یک سیستم موازی، خاموشی تجهیزات مرکز داده هزینه بر بوده ولی با به کارگیری سیستم UPS توسعه‌پذیر و مبتنی بر رک، می‌توان از این هزینه‌ها اجتناب کرد. افزایش برنامه‌ریزی شده در مصرف ممکن است به راحتی و با کمترین تاثیر بر مصارف موجود پردازنده‌های IT صورت گرفته و از این طریق از تاوان رشد مرتبط با سیستم سنتی نیز پیشگیری می‌شود.

[1] – White Paper 6, Determining Total Cost of Ownership for Data Center and Network Room Infrastructure

[2] – هزینه سرمایه‌ای هزینه‌هایی هستند که برای ایجاد سود در آینده صرف می‌شوند. هزینه سرمایه‌ای صرف خرید دارایی‌های ثابت و مولد جدید و یا افزودن ارزش دارایی‌های ثابت و مولد موجود می‌گردد. خرید زمین، ساختمان، تجهیزات و ماشین آلات و دارایی‌های ثابت و درازمدت از نمونه هزینه‌های سرمایه‌ای هستند.