تحلیل معماری‌های مرکز داده پشتیبانی‌کننده‌ از پروژه‌های پردازش آزاد(OCP)

 

تلاش‌های صورت گرفته در پروژه‌های پردازش آزاد (OCP)[1]، سرآغاز مباحثی در زمینه‌ی طراحی مراکز داده گشته است. تا به اینجا، در مباحث و مشخصات دقیق مطرح شده، عمدتا بر فناوری اطلاعات و رک‌های فاوا تمرکز شده است. علاوه بر آن، در مورد صرفه‌جویی‌های حاصل شده، اظهار نظرهایی مطرح شده که هیچ سندی در توضیح نحوه‌ی دستیابی به آن، ارائه نشده است. در نتیجه، شک و تردیدهایی به جا مانده و تاثیرات بر معماری بالادست برق، مشخص نیست. با این وجود، تصور می‌شود که پردازش آزاد به طور گسترده‌ای مورد قبول قرار گیرد. ما به معماری‌های برقی نیاز داریم که نه تنها متناسب با اصول OCP طراحی شده، بلکه سطح افزونگی و قابلیت نگهداری مورد نظر اپراتورها را ارائه داده و همچنین، انعطاف‌پذیری کافی برای پشتیبانی از تجهیزات سنتی و پردازش آزاد فاوا را نیز دارد.

معماری‌های برق و طراحی‌های مرجع معماری‌های برق به ساختار اساسی و سطح بالایی اشاره دارد که برق را از ورودی برق شهری تا رک‌های فاوا، توزیع می‌کند. طراحی مرجع مرکز داده، نمونه‌ی مشخصی از معماری است که مبتنی بر مجموعه‌ی معینی از ویژگی‌های عملکردی (مانند ظرفیت، تراکم، سطح افزونگی،مقدار بهره‌وری) می‌باشد. در طراحی مرجع اشنایدر الکتریک، تاسیسات الکتریکی، مکانیکی و فضای فاوا پوشش داده شده و شامل نمودارهای تک خطی برق و لوله‌کشی، جانمایی کف و لیستی از تجهیزات است. این ابزارها بدان منظور طراحی شده تا برنامه‌ریزی را تسهیل کرده و سرعت بخشیده و مقایسه و ارزیابی طراحی‌های پیشنهادی را ساده‌تر سازد. در نتیجه، ذینفعان می‌توانند با سرعت بیشتری بر پارامترهای کلیدی پروژه توافق کنند. طراحی‌های اشنایدر الکتریک را می‌توان در آدرس زیر مشاهده کرد: http://designportal.apc.com/dcrd/pages/filter.html در این تحلیل، چند معماری برق توسعه یافته و نمونه‌های از طراحی‌های مرجع، نیز بر اساس این معماری‌های کلی، ارائه شده است. نمودارهای تک خطی که در این مقاله آورده خواهد شد، از میان این طراحی‌های مرجع انتخاب شده‌اند.

 

در این مقاله، پرسش‌های حیاتی زیر در مورد معماری برق مطرح شده و مدیران فاوا، باید پیش از بررسی قبول OCP، پاسخ این پرسش‌ها را به درستی درک کنند.

• طراحی‌های رک/سرور OCP، چگونه بر زیرساخت‌های شبکه‌ی بالادستی برق، تاثیر می‌گذارند؟
• آیا من همچنان می‌توانم به افزونگی 2N (که گاهی تحت عنوان tier 3 شناخته شده) دست یابم؟
• چگونه می‌توانم از مصارف سنتی و OCP در یک مرکز داده، پشتیبانی کنم؟

در این مقاله، دو معماری برق پردازش آزاد به همراه نسخه‌ی ساده‌شده‌ای از آن ارائه شده که از مصارف ترکیبی نیز پشتیبانی می‌کند. همچنین هزینه‌ی سرمایه و نحوه‌ی مقایسه‌ی آن با معماری سنتی 2N مرکز داده نیز بررسی شده است. متغیرهای کلیدی در تحلیل نیز توضیح داده شده است. باید توجه داشت که در این مقاله، فرض بر آن قرار گرفته که خواننده، در مورد استاندارد Open Rack در OPC شناخت و آگاهی کافی دارد.

در شکل 1، به طور خلاصه هزینه‌ی سرمایه‌ی این معماری‌ها (شامل هزینه‌های تابلو برق فشار متوسط تا منابع برق در سرور و رک) مقایسه شده است. میزان صرفه‌جویی در هزینه‌ها، به افزونگی و ترکیب مورد نیاز از تجهیزات فاوا (OCP و سنتی) بستگی داشته و متغیر است. با بکارگیری معماری پردازش آزاد 1N، در قیاس با مراکز داده ی سنتی 2N، تا 45% در هزینه‌ی سرمایه صرفه‌جویی حاصل شده، در حالی که با معماری پردازش آزاد 2N تا 25% صرفه‌جویی ایجاد می‌شود. اگرچه ممکن است در بسیاری از مراکز داده بکارگیری طراحی‌های مختص OCP، محدود و با مشکلاتی روبرو باشد. یک معماری ساده‌شده‌ی 2N که از مصارف ترکیبی پشتیبانی می‌کند، 3% هزینه‌ی اضافه‌تری از طراحی 2N مختص OCP دارد که در مقابل انعطاف‌پذیری آن در پشتیبانی از انواع مختلف تجهیزات فاوا، هزینه‌ی ناچیزی است.

2) هزینه‌ی طراحی ساده شده‌ی 2N با 100% مصرف OCP، معادل 1.95€ در وات نشان داده شده است. با بکارگیری 100% مصارف سنتی، در حدود 0.21€ در وات، بر هزینه افزوده می‌شود. در قسمت تحلیل هزینه‌ی این مقاله، این موضوع به تفصیل توضیح داده خواهد شد.

هر یک از این طراحی‌ها، و جزییات تحلیل هزینه‌ی آن، شامل منشا صرفه‌جویی‌های هزینه‌ای، در قسمت بعد توضیح داده خواهد شد.

معماری برق سنتی 2N

برای توزیع برق از ورودی اصلی برق مرکز داده بین مصارف فاوا، روش‌های بسیاری وجود دارد. دسترسی مورد نیاز، تحمل ریسک، انواع مصارف مرکز داده، بودجه‌ها و زیرساخت‌های موجود، عواملی تعیین کننده در انتخاب پیکربندی مناسب به شمار می‌روند. در گزارش “مقایسه‌ی پیکربندی‌های طراحی سیستم UPS”[3]، پنج معماری برق/UPS اصلی و مزایا و معایب هر یک، توضیح داده شده است. در این مقاله، بر یک طراحی متداول با دو منبع ورودی برق، یک باس/سیستم ژنراتور مشترک، UPSهای مرکزی 2N و توزیع 2N در مصارف (که گاهی تحت عنوان tier 3 شناخته شده)، تمرکز شده است.

کلید اتصال دو باس‌بار، در اصل کلید جریان متصل کننده‌ی دو باس هم ولتاژ است تا در صورت بی برق شدن یکی از باس ها، بسته شده و بارهای متصل به آن باسِ بی برق را از طریق باس دیگر تغذیه کند و اصطلاحا Cross tie نامیده می‌شود. این کلیدهای Cross tie بر سطوح توزیع برق فشار متوسط (MV) و فشار ضعیف (LV) قرار گرفته تا تعمیر و نگهداری همزمان را امکان‌پذیر ساخته و در عین حال، منابع افزونه‌ای از برق در مصارف حیاتی تامین سازند. همچنین در خروجی UPS، یک مصرف مجازی نیز نصب شده است. این معماری متداول در شکل 2 نمایش داده شده است.

مدیران مرکز داده معمولا انتظار دارند از طریق چنین معماری، به اهداف افزونگی و قابلیت نگهداری دست یافت.

اگرچه، با تغییر ذهنیت از “من همواره باید توان مورد نیاز منبع برق سرورهای افزونه را تامین کنم”؛ به “من می‌توانم در حین نگهداری، بر افزونگی ذاتی منابع برق سرور تکیه کنم”، می‌توان:

• اجزای غیرضروری چون Cross tie، کلیدهای مربوط به آن، مصارف مجازی و یکی از سیستم‌های UPS و باتری‌های آن که بر هزینه و پیچیدگی می‌افزایند، را حذف کرد.
• هزینه ی سرمایه‌ی ناشی از برآوردهای بیش از حد در تابلو برق و کابل‌کشی مورد نیاز برای پشتیبانی همزمان مصارف حیاتی و تست مصارف مجازی UPS، را حذف کرده و در هزینه‌ها صرفه‌جویی کرد. بعضی UPSها می‌توانند بدون نیاز به مصارف مجازی، یک مصرف را شبیه‌سازی کنند. در قسمت تحلیل هزینه، این صرفه‌جویی‌ها کمّی‌سازی خواهند شد.

معماری‌های جایگزین در پشتیبانی مصارف OCP

وقتی فضایی با مصارف فاوای سنتی به فضایی با 100% مصارف پردازش آزاد تغییر یابد، معماری شبکه‌ی بالادست برق نیز تحت تاثیر این تغییر قرار خواهد گرفت. از آن جا که منابع برق سرور (PSU) تجمیع شده و واحدهای پشتیبانی باتری (BBU) در سطح رک نصب می‌شوند، دیگر به UPS بالادست نیاز نبوده و حذف خواهد شد. در ادامه، دو طراحی به عنوان نمونه‌هایی از این معماری برق بالادست ارائه شده است.

معماری مختص پردازش آزاد 1N

در شکل 3، معماری برق مختص پردازش آزاد 1N[4] (که با نام tier 1 نیز شناخته شده) نمایش داده شده است. این طراحی با ماهیت ساده‌سازی و کاهش هزینه‌ی OCP متناسب است و ویژگی‌های زیر را در خود دارد:

• یک مسیر به مصارف فاوا
• کمترین تعداد کلید قدرت
• بدون UPS مرکزی، و به جای آن 1N BBU داخل رک قرار گرفته.
• سرورهای OCP با 1N PSU داخل رک قرار گرفته است.

البته از آن جا که این معماری برای نگهداری اجزای مسیر بالادستی برق، به قطع برق در مصارف حیاتی نیاز دارد، احتمال آن که به طور گسترده‌ای مورد قبول واقع شود، کم است.

معماری مختص پردازش آزاد 2N

در شکل 4، معماری برق 2N (یا همان tier 3) نمایش داده شده است. با این طراحی، نگهداری یا خرابی قطعات در مسیر بالادست برق بدون قطع برق در مصارف فاوا، امکان‌پذیر است. ویژگی‌های این طراحی عبارتند از:

• دو ورودی برق با باس/ژنراتور مشترک
• دو مسیر به مصارف فاوا
• بدون UPS مرکزی
• در رک، فقط برای یک مسیر برق، BBU وجود دارد.
• سرورهای OCP با 2N PSU

باید توجه داشت که با وجودی که این طراحی، مسیرهای برق 2N را در مصارف حیاتی تامین می‌کنند، اما تنها 1N BBU وجود دارد. با حذف BBU افزونه، هزینه‌ی سرمایه نیز کاهش می‌یابد.

معماری ساده شده‌ی 2N جهت پشتیبانی از مصارف ترکیبی

در دو معماری فوق، فرض شده که تمامی مصارف، از نوع OCP بوده و منابع برق و باتری‌های پشتیبانی آن، داخل رک تجمیع شده‌اند. در عین حال که این طراحی‌ها ساده و همگن هستند، اما مهم‌ترین پرسش پیش رو، آنست که: اگر مرکز داده دارای ترکیبی از مصارف سنتی و OCP فاوا باشد، چه پیش خواهد آمد؟

مدیران مرکز داده معمولا سیاست بروزرسانی را برای تجهیزات فاوای خود در پیش می‌گیرند. با اتمام عمر مفید سرورها، ممکن است مدیران سرورهای OCP را به عنوان جایگزین در نظر بگیرند. البته احتمال اجرای چنین رویه‌ای در سطح رک یا Pod بیشتر بوده و اجرا در سطح مرکز داده، احتمال بسیار کمتری دارد. با ترکیبی از مصارف، می‌توان در طی چند سال، مراکز داده را از مصارف عمدتا سنتی به مصارف عمدتا OCP تغییر داد. یا در بعضی موارد، ممکن است مدیران نیاز داشته باشند که در مصارف مشخصی، همچنان از سرورهای سنتی استفاده کنند و در نتیجه، کار با فضایی ترکیبی را در طولانی مدت حفظ کرده و ادامه دهند.

از آن جا که انتظار می‌رود فضای فاوا دارای مصارف ترکیبی باشند، تصور می‌شود احتمال پذیرش معماری نمایش داده شده در شکل 5، بیشتر باشد. برای مشاهده‌ی طراحی مرجع کامل در این معماری برق، به گزارش “طراحی مرجع 62”[5] مراجعه شود. این طراحی شامل ویژگی‌های زیر است:

• دو ورودی اصلی برق با باس/ژنراتور مشترک

• نصب یک UPS در شبکه‌ی بالادست برق جهت پشتیبانی از هر دو مصارف سنتی و OCP (تنها با یک مسیر)

• مصارف OCP دارای 2N PSU و بدون BBU داخل رک

• مصارف سنتی دارای 2N PSU

تحلیل هزینه

درک مصالحه‌های هزینه، متغیر حیاتی در تصمیم‌گیری آگاهانه در زمینه‌ی انتخاب معماری‌ برق بالادست مناسب برای هر مرکز داده به شمار می‌رود. در این مقاله، هزینه‌ی سرمایه‌ی هر طراحی مرجع (از ورودی اصلی برق شهری گرفته تا پایین دست مسیر شامل رک‌های فاوا و منابع برق سرورها) بررسی شده است. برای هر طراحی، هزینه‌های مواد و مصالح در سطح MV، سطح LV، سطح Pod و سطح رک محاسبه شده است. روش به کار گرفته شده در این تحلیل‌ها نیز در ادامه توضیح داده شده است:

• سناریوی 1: هزینه ی معماری سنتی tier 3 با معماری OCP از نوع tier 1 (ساده‌ترین و مقرون‌به صرفه‌ترین نوع از معماری OCP) مقایسه می‌شود.
• سناریوی 2: هزینه ی معماری سنتی tier 3 با معماری OCP از نوع tier 3 (محتمل‌ترین افزونگی مورد نیاز اکثر مدیران مراکز داده) مقایسه می‌شود.
• سناریوی 3: هزینه ی معماری OCP از نوع tier 3 با طراحی دارای مصارف ترکیبی مقایسه می‌شود (از این طریق، تفاوت هزینه‌ی اضافی(زیان هزینه‌ای) برای معماری با انعطاف‌پذیری کافی جهت پشتیبانی از مصارف ترکیبی محاسبه می‌شود).
• تحلیل حساسیت: با اجرای تحلیل حساسیت بر متغیرهای کلیدی، می‌توان تاثیر بر نتایج را نشان داد.

هزینه‌های زیرسیستم‌ها، بر اساس پروژه‌های واقعی که توسط تیم اجرایی شرکت اشنایدر الکتریک در پروژه‌های مراکز داده با توان 9.6 MW و با تراکم رک در حدود 10 kW در هر رک اجرا شده، محاسبه شده است.

سپس هزینه‌ها بر اساس وات، نرمال‌سازی شده‌اند. در جدول 1 و جدول 2، فرضیات کلیدی در مورد منبع برق (PSU)، ابعاد باتری و هزینه‌های سناریوهای 1، 2 و 3، آورده شده است.

جدول 1: فرضیات PSU

متغیر	مرکز داده سنتی	مرکز داده مدل OCP
بهای PSU به ازای هر وات PSU	0.07*	0.06*
بهای PSU آماده به ازای هر دستگاه بر وات	اعمال نمی‌شود	0.03**
ضریب افزونگی PSU	2	1 برای 1N OCP 2 برای 2N OCP و مصارف ترکیبی
ضریب برآورد بیش از حد نیاز در PSU	3	1.2
بهای PSU به ازای هر وات مصرف فاوا	0.07×2×3=0.42	(0.06+0.03) ×1×1.2=0.11 برای 1N OCP (0.06+0.03) ×2×1.2=0.22 برای 2N OCP
*قیمت‌ها برگرفته از سازندگان مختلف فاوا و PSU **قسمت‌ها بر اساس طراحی اشنایدر الکتریک، تخمین شده می‌شوند.

 

جدول 2: فرضیات باتری

متغیر	مرکز داده سنتی	مرکز داده مدل OCP
نوع باتری	VRLA	لیتیوم-یون
مدت زمان پشتیبانی باتری	5 دقیقه	4 دقیقه
مکان قرارگیری باتری	در مرکز UPS	مبتنی بر رک
هزینه‌ی باتری به ازای هر وات	0.06 برای 1N UPS 0.11 برای 2N UPS	0.17
هزینه‌ی باتری آماده به ازای هر دستگاه بر وات	اعمال نمی‌شود.	0.03
دمای عملیاتی	25°C	25°C

 

یافته‌ها

در سناریوی 1، طراحی سنتی با ساده‌ترین طراحی OCP در معماری 1N (tier 1)، مقایسه شده است. این مقایسه، نقطه‌ی آغازین تحلیل است زیرا تصور می‌شود 1N OCP بهترین نمایش از مفهوم پردازش آزاد را در قالب کاهش هزینه و سادگی، ارائه می‌دهد.  این سناریو، دارای بیشترین صرفه‌جویی در هزینه‌ی سرمایه یعنی در حدود 45% می‌باشد. اگرچه باید به یاد داشت که این دو طراحی (tier 1 در برابر tier 3)، کمترین سطح از دسترسی و قابلیت نگهداری را تامین می‌کنند.

در شکل 6، هزینه ی این دو معماری و همچنین منشا صرفه‌جویی‌ها نشان داده شده است. بیشترین صرفه‌جویی ناشی از حذف اجزای افزونه شامل تابلو برق، باتری‌ها/UPS و اجزای توزیع برق، می‌باشد.[6] این افزونگی بیانگر 31% از هزینه‌ها یا 0.79 یورو بر وات است. با حذف این اجزا، می‌توان مقایسه‌ای پایاپای بین معماری‌های 1N انجام داد و تاثیر تغییرات طراحی OCP (مانند حذف UPS، تجمیع منابع برق و جابجایی باتری‌ها به داخل رک) را مشاهده کرد.

سیستم رک که شامل رک‌های فیزیکی و دستگاه‌های توزیع برق رک (rPDU) بوده، بیانگر 1% یا 0.03 یورو بر وات افزایش هزینه در معماری OCP می‌باشد. رک‌ها، مشخصا به دلیل باس 12V یکپارچه شده، گران‌تر هستند. هزینه‌ی rPDU در معماری OCP کمتر است زیرا به جای یک کابل خروجی برق با پریزهای متعدد خروجی برای هر سرور، از اتصال 1 به 1 استفاده می‌کند. در کل این دو با هم، منشا افزایش هزینه ی کمی هستند.

حذف مسیر UPS از شبکه‌ی بالادست برق، موجب 8% یا 0.20 یورو بر وات صرفه‌جویی و تفاوت هزینه بین دو معماری است. جابجایی باتری‌ها از مرکز UPS به داخل رک‌ها و همچنین دستگاه‌های پشتیبانی باتری (BBU) بیانگر 5% یا 0.14 یورو بر وات زیان هزینه‌ای است.

در نهایت، منابع برق سرورها منشا 12% یا 0.31 یورو بر وات صرفه‌جویی در هزینه‌ها می‌باشد. تجمیع منابع برق در سطح رک به جای سطح هر یک از سرورها، برآوردهای بهتر و درست و کاهش افزونگی در PSUها، عامل این صرفه‌جویی‌ها محسوب می‌شوند.

منابع برق و پردازش آزاد یک تغییر مهم در معماری‌های پردازش آزاد نسبت به معماری‌های سنتی، آنست که منابع برق از تجهیزات فاوا حذف شده و داخل رک، تجمیع شده‌اند. این تغییر در مقایسه‌ی هزینه‌ها، اهمیت بسزایی دارد زیرا هزینه‌ی منبع برق، که همواره به تجهیزات فاوا مرتبط بوده، اکنون جزیی از زیرساخت فیزیکی محسوب می‌شود. تحلیل‌ها این مقاله نشان داده که با تجمیع منابع برق، صرفه‌جویی عظیمی حاصل خواهد شد، اگرچه از آن جا که ماهیت هزینه‌ی منبع برق، جزیی از تجهیزات فاوا در نظر گرفته می‌شود، کمّی‌سازی این هزینه دشوار است.

در حالی که سناریوی اول، نشان از صرفه‌جویی‌های زیاد در حد 45% داشته است، اما می‌دانیم که اکثر مدیران مراکز داده در اجزای فاوا، به افزونگی نیاز دارند تا بتوانند همزمان با عملکرد تجهیزات بالادستی، عملیات تعمیر و نگهداری را بدون هیچ وقفه‌ای در عملیات انجام دهند. به همین دلیل، در ادامه (سناریوی 2) دو معماری از نوع طراحی OCP با افزونگی 2N (tier 3) مقایسه می‌شوند.

در مقایسه‌ی معماری سنتی 2N یا معماری 2N مختص OCP، صرفه‌جویی‌ها تقریبا 25% بود.

مطابق نمودار آبشاری شکل 7، “ساده‌سازی معماری” بیانگر 0.36 یورو بر وات یا 14% صرفه‌جویی است. حذف Cross tie، کلیدهای غیرضروری، مصارف مجازی و یکی از باتری‌ها/UPS (طراحی UPS تنها دارای یک مسیر برق با پشتیبانی باتری است) زیرمجموعه‌ی این ساده‌سازی به شمار می‌روند. در قسمت معماری سنتی برق 2N، این موارد، به عنوان روشی در ساده‌سازی و کاهش هزینه در هر معماری، فارغ از مسیر پایین دست آن(OCP یا سنتی)، توضیح داده شده است. 

در این مقایسه، سیستم رک، به جای درصدی افزایش هزینه، صرفه‌جویی محدودی حاصل می‌کند. علت آنست که با وجودی که رک به خودی خود، نوعی هزینه‌ی اضافی در معماری OCP محسوب شده، اما صرفه‌جویی‌های توزیع برق بیشتر از مقایسه‌ی سناریوی 1 بوده زیرا در هر رک دو rPDU وجود داشته و rPDUهای معماری سنتی گران‌تر بودند. مقدار خالص صرفه‌جویی، 0.01 یورو بر وات یا در کل، 1% است.

زیان‌های هزینه‌ای در UPS و باتری‌ مشابه مقایسه‌ی قبلی است زیرا همان تغییرات در معماری صورت گرفته است.

منابع برق منشا 0.20 یورو بر وات یا 8% از صرفه‌جویی‌ها می‌باشند. این مقدار از مقدار متناظر آن در سناریوی 1 کمتر است زیرا در طراحی 2N مختص OCP بکارگیری سرورهایی با منابع برق افزونه فرض می‌شود.

در سناریوی 3، اختلاف هزینه‌ی معماری 2N مختص OCP (با 100% مصارف از نوع OCP) با معماری ساده‌شده‌ی 2N (انعطاف‌پذیر برای پشتیبانی از هر دو مصرف OCP و سنتی) بررسی می‌شود. نتایج مقایسه‌ی این سناریو، در شکل 8 نمایش داده شده است. زیان هزینه‌ای در حدود 0.06 یورو بر وات یا 3% که در میله‌ی آبی رنگ نمایش داده شده، بیانگر اختلاف هزینه‌ی دو معماری است که تفاوت‌های ناشی از هزینه‌ی منابع برق سرور در آن لحاظ نشده است. این هزینه‌ها شامل حذف BBUها در رک و افزودن یک UPS و باتری در مسیر بالادست است.

میله‌ی نارنجی رنگ بیانگر افزایش هزینه‌ی ناشی از منابع برق سرورهای سنتی است که وقتی قسمتی از مصارف را، مصارف سنتی تشکیل دهند، مورد نیاز خواهد بود. با افزایش درصد مصارف سنتی، این زیان هزینه‌ای نیز بیشتر خواهد شد. علت آنست که همان‌طور که پیشتر مطرح شد، مصارف سنتی فاوا، به دلیل برآوردهای بیش از حد نسبت به PSUهای تجمیع شده در OCP، دارای هزینه‌ی PSU بالاتری هستند.

همان طور که در جدول 1 نیز بیان شد، تا به این جا در تحلیل‌ها ، فرض شده که از PSUهایی سنتی با هزینه‌ی 0.42 یورو بر وات از مصارف فاوا استفاده می‌شود. این فرضیات مبتنی بر “ضریب برآورد بیش از حدی” معادل 3 بوده است. از آن جا که هزینه‌ی اضافی (زیان) پرداخته شده برای معماری‌های انعطاف‌پذیر، بسیار تحت تاثیر هزینه‌ی PSU قرار دارد، تحلیل حساسیتی صورت گرفته تا نحوه‌ی تغییرات این زیان هزینه‌ای متناسب با تغییر برآوردهای بیش از حد در PSU، نشان داده شود.

در شکل 9، نتایج تغییرات “ضریب برآورد بیش از حد” از 2 تا 4.5 یا 0.28-63 یورو بر وات از مصارف فاوا، نشان داده شده است. با ترکیبی از 50% مصارف سنتی و 50% مصارف OCP، مقدار این افزایش هزینه در منابع برق سنتی، از 5%-15% تغییر می‌کند و وقتی 100% مصارف از نوع سنتی باشد، این افزایش هزینه در بازه‌ی 4%-26% متغیر است.

باید به خاطر داشت که این مقدار زیان هزینه، تابع مصرف فاوا بوده و از معماری برق مستقل است. وقتی مصارف 100% از نوع OCP باشد، افزایش هزینه برای معماری انعطاف‌پذیر برق، در حدود 3% خواهد بود.

یک ابزار آنلاین TradeOff تحت عنوان “محاسبه‌گر هزینه‌ی سرمایه در معماری برق سنتی در برابر معماری پردازش آزاد”[7] توسعه یافته تا تفاوت‌های هزینه‌ی معماری‌های برق سنتی و OCP را نمایش دهد. در این ابزار، کاربران می‌توانند طراحی مورد نظر خود را، با سطح تغییرات افزونگی انتخاب کرده و همچنین، هزینه ی منبع برق را تنظیم کرده تا تفاوت هزینه‌ی سرمایه‌ی کلی را مشاهده کنند. جرییات هزینه‌ها در جداول نشان داده شده تا کاربران دریابند کدام زیرسیستم، منشا تفاوت در هزینه‌هاست. صفحه‌ای از این ابزار، در شکل 10 نمایش داده شده است.

باتری‌های لیتیوم-یون

با استفاده از تکنولوژی لیتیوم-یون، می‌توان با اشغال 1/3 فضا و 1/3 وزن، به همان مقدار انرژی باتری‌های دیگر دست یافت. با این تکنولوژی، روش‌های نصب باتری مبتنی بر رک در معماری‌های برق از نوع OCP که در این مقاله مطرح شده، امکان‌پذیر شده است. این تکنولوژی، مزایای دیگری نیز مانند زمان شارژ سریع‌تر و عمر مفید طولانی‌تری نسبت به باتری‌های VRLA دارد. برای دریافت اطلاعات بیشتر در زمینه‌ی تفاوت‌های این دو تکنولوژی باتری، به گزارش “تکنولوژی باتری در مراکز داده: VRLA در برابر لیتیوم-یون”[8] مراجعه شود.

در بررسی معماری‌های برق سنتی در برابر OCP، باید بحث تکنولوژی باتری را از محل قرارگیری باتری در معماری، تفکیک کرد. بکارگیری UPS/باتری مرکزی مزایا و معایبی دارد. همچنین بکارگیری سیستم باتری در سطح رک، نیز مزایا و معایب مخصوص به خود را دارد. تفاوت‌ها این دو در جدول 3، نمایش داده شده است.

جدول 3: مزایای مکان قرارگیری مخزن انرژی در مرکز یا در رک

مخزن انرژِی (باتری)	مزایا
مرکزی (در مسیر بالادست رک)	·         انعطاف‌پذیری در پشتیبانی از ترکیب مصارف OCP و مصارف سنتی فاوا ·         جداسازی مشکلات باتری از تجهیزات فاوا ·         آزادسازی فضای RU در رک فاوا ·         به حداقل رساندن ظرفیت بلااستفاده از باتری‌ها ·         تعداد باتری‌های کمتری به مدیریت نیاز دارند. ·         فیلترسازی و محافظت UPS شبکه‌ی برق بالادست از نوسان‌ها
غیرمرکزی (داخل رک)	·         جداسازی اتصال کوتاه ·         اجرای مرحله به مرحله (افزایشی) ·         قابلیت نگهداری

 

نتیجه‌گیری

پردازش آزاد گفتمانی را در میان عموم در زمینه‌ی طراحی مرکز داده مطرح ساخته تا صنعت را در مسیر پیشرفت هدایت کند. اگرچه، همچنان در مورد تاثیرات زیرساخت‌های برق در مسیر بالادست رک‌های OCP، عدم قطعیت‌هایی وجود دارد. ادعاهای مبتنی بر صرفه‌جویی این معماری ارائه شده که فاقد کمّی‌سازی منشا این صرفه‌جویی‌هاست. همچنین در مستندات نوع و ماهیت این معماری بالادست برق نیز، جزییات کافی ارائه نشده است. به همین دلایل، شرکت Schneider Electric طراحی‌های مرجعی را توسعه بخشیده و مکتوب ساخته و چهارچوب و تحلیل هزینه‌ای ایجاد کرده تا در مقایسه‌ی این طراحی‌ها به کار گرفته شود.

در این مقاله این طراحی‌های مرجع مطرح شده و به پرسش‌هایی در مورد افزونگی، انعطاف‌پذیری و هزینه‌ی معماری‌های سنتی، مختص OCP و معماری ساده‌شده برای مصارف ترکیبی پاسخ داده شده است.

در تحلیل‌ها نشان داده شد که:

• عامل کلیدی صرفه‌جویی‌های 45 درصدی بین معماری سنتی 2N و معماری 1N OCP، کاهش افزونگی و تفاوت‌های منابع برق سرورها می‌باشد.

• ساده‌سازی معماری‌ها بیانگر 14% از 25% صرفه‌جویی بین معماری سنتی 2N و 2N OCP است. به عبارت دیگر، این صرفه‌جویی‌ها با نوع مصرف، ارتباطی ندارد. مراکز داده‌ی سنتی نیز می‌توانند از این صرفه‌جویی‌ها بهره‌مند گردند.

• یک معماری 2N ساده‌شده که انعطاف کافی برای پشتیبانی از مصارف ترکیبی (با UPS بالادست) را داشته باشد، زیان هزینه‌ی کمی در حدود 3% نسبت به معماری مختص OCP دارد. تصور می‌شود این معماری، بیشترین احتمال پذیرش را دارد.

• هزینه و ترکیب مصارف در منابع برق سرور، متغیرهای بسیاری موثری هستند که بر هزینه‌ی سرمایه تاثیر می‌گذارند.

• لازم است که بحث تکنولوژی باتری از مکان قرارگیری باتری در معماری برق، از یکدیگر تفکیک شوند.

 

[1] – http://www.opencompute.org/about/ (last accessed on 3/4/16)

[3] – White Paper 75, Comparing UPS System Design Configurations

[4] – با وجود آن که در شکل 3، دو PSU و BBU نشان داده شده، اما این دستگاه‌ها افزونه نیستند. PSU و BBU بالایی برق 1N را در سرورهای نیمه ی بالای رک تامین کرده و PSU و BBU پایینی برق 1N را در سرورهای نیمه‌ی پایینی رک تامین می‌کنند. باید توجه داشت که BBU برق PSU سرور را تغذیه می‌کند. در اینجا، PSU و BBU در نقش UPS برای کل رک عمل می‌کنند.

[5] – http://designportal.apc.com/dcrd/resources/pdf/en/RD62DSR0.pdf

[6] – باید توجه داشت که در مرکز داده‌ای سنتی، همواره فرض بر وجود منابع برق 2N یا افزونه‌ی سرور قرار می‌گیرد. حتی با حذف اجزای افزونه در مسیر بالادست نیز این فرض برقرار است. علت آنست که سرورهای سنتی در کل و فازغ از معماری بالادست برق، با منابع برق افزونه خریداری می‌شوند.

[7] – http://www.schneider-electric.com/b2b/en/solutions/system/s1/data-center-and-network-systems/trade-off-tools/traditional-vs-open-compute-capital-cost-calculator/

[8] – White Paper 229, Battery Technology for Data Centers: VRLA vs. Li-ion