Máxima Eficiencia para Aplicaciones de Alta Densidad con Administración Térmica Pasiva. Víctor Bañuelos Technical Manager Latin America

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1 Máxima Eficiencia para Aplicaciones de Alta Densidad con Administración Térmica Pasiva Víctor Bañuelos Technical Manager Latin America

2 Capacidad de Procesamiento Para el año 2050, $1,000 USD comprarán el poder de cómputo equivalente a 10 mil millones (10 billion) de mentes humanas.

3 Capacidad de Procesamiento Frecuencia Voltaje Potencia Ancho de Banda Desempeño Agregado 3.16 GHz 0.95 V 62W 1.62 Terabits/s 1.01 Teraflops 5.1 GHz 1.2 V 175W 2.61 Terabits/s 1.63 Teraflops 5.7 GHz 1.35 V 265W 2.92 Terabits/s 1.81 Teraflops 2, 4, 8, 12-Núcleos 80-Núcleos Programación en Paralelo

4 Alta Densidad 1 x c ,199 BTU x Chasis 4,750 Watt 489 CFM 4 x c ,796 BTU 19,000 Watts 1,956 CFM BladeSystem Power Sizing Tool v Total System Weight (Includes Power and Rack) Input Voltage c-class Power Details 452 Pounds(lbs) [205 Kilograms(kg)] 220 Vac Power Credentials Idle Utilization Circuit Sizing/HPTC Unit(s) Total Input Power Watt(s) Total Input VA VA BTU BTU(s) Total Input Current Amp(s) Total Airflow in CFM Total Airflow in CMM Airflow in CMM

5 Carga Térmica (kw/rack) Alta Densidad Térmica

6 Equilibrio Térmico Flujo de Aire CFM Cubic Feet per Minute Pies Cúbicos por Minuto CMH Cubic Meters per Hour Metros Cúbicos por Hora CFM 1.8 Q T donde: Q = Calor Transferido (Watts) T = Diferencial de la Temperatura ( C) = (T 2 -T 1 )

7 Equilibrio Térmico Flujo de Aire T 1 CFM Cubic Feet per Minute Pies Cúbicos por Minuto CMH Cubic Meters per Hour Metros Cúbicos por Hora CFM 1.8 Q T donde: T 2 Q = Calor Transferido (Watts) T = Diferencial de la Temperatura ( C) = (T 1 -T 2 )

8 Calor vs. Eficiencia Incremento en la temperatura Control del T T 2 37 C T 1 20 C

9 Velocidad del Flujo Volumétrico (CFM) CFM ACcos Donde A = Área C = Velocidad Θ = Angulo respecto de la línea perpendicular a A.

10 Velocidad vs. Presión Ecuación de Bernoulli para fluidos compresibles 2 v 2 p p1 dp ~ ( ~ p) constante donde: p - presión ρ - densidad v velocidad del fluido Ψ potencial gravitacional Densidad (ρ) del aire a nivel del mar y 20 C 1.2 kg/m 3

11 Piso Elevado Un chasis de Blades requiere alrededor de 500 CFMs

12 Arquitectura Abierta (PFPC)

13 Administración Térmica Pasiva Administrar de forma eficiente el Flujo de Aire Llevar el aire a donde se requiere (CPU) Utilizar las leyes básicas de la física (termodinámica y dinámica de fluidos) No agregar ningún elemento (electromecánico) adicional al sistema

14 Administración Térmica Pasiva Ventajas Alta Disponibilidad TIER I a IV Eliminar fallas o interrupciones por altas temperaturas Alta Eficiencia Reducir ampliamente el PUE Incrementar el COP de las unidades de AA.

15 Temperatura C Humedad Relativa <60% Punto de Condensación C Objetivo

16 Software - Hardware

17 Racks (Gabinetes) Requerimientos Mínimos de Espacio Dimensiones y peso de los equipos Alto Ancho Profundo Cantidad de Cables Fibra Óptica Cobre

18 Cableado Estructurado

19 Alimentación Eléctrica Requerimientos de Potencia (VA) Voltaje y Corriente Tipo de Clavija (plug) del cable de energía Homogeneidad x tipo de equipos (servidores, comunicaciones) Potencia Real (Watts) Niveles de utilización del CPU Niveles de Eficiencia

20 Ventilación Requerimientos de Espacio Dirección del flujo de aire Frente-Atrás Lado-Lado

21 Equilibrio Térmico Requerimientos de Ventilación Calor generado por el equipo (BTU/h o kw) Incremento de la temperatura ( T) Capacidad de los ventiladores (CFMs / CMHs) Table 3-14 Airflow for a Fully Configured Cisco Nexus 7018 Switch Temperature System Airflow (cfm) Fabric Airflow (cfm) Total Airflow (cfm) <55ºF (13ºC) to 62ºF (13 to 17ºC) to 71ºF (18 to 22ºC) to 80ºF (23 to 27ºC) to 89ºF (28 to 32ºC) to 98ºF (33 to 37ºC) to 107ºF (38 to 42ºC) to 116ºF (43 to 47ºC) to 125ºF (48 to 52ºC) to 136ºF (53 to 58ºC) > 136ºF (58ºC)

22 Administración Térmica La elección del Gabinete es crucial para lograr Alta Eficiencia y Alta Disponibilidad: Gabinetes para servidores Gabinetes para comunicaciones Racks o Gabinetes para cableado estructurado

23 Administración Térmica Calcular adecuadamente el Flujo de Aire Total (CFM) Requerido Presente y Futuro

24 Administración Térmica Con Piso Elevado Pasillos Calientes/Fríos Con o Sin Piso Falso Confinamiento

25 Administración Térmica Eliminar todas las obstrucciones debajo del Piso Elevado ó Eliminar el Piso Elevado y Cablear todo por arriba (usar FO & Electroductos 3 )

26 Administración Térmica

27 Administración Térmica Con Piso Elevado Evitar cualquier fuga (pérdida de presión) en posiciones donde no se requiere flujo de aire. (BYPASS)

28 Administración Térmica Con Piso Elevado & Cableado por Debajo Evitar cualquier fuga en los pasos de cable

29 Administración Térmica Distribución de los Flujos de Aire (CFM) Con Piso Elevado Validar que los sistemas de AA suministran suficientes CFM (Presión Positiva) Validar los CFM que soportan las placas de piso elevado perforadas dependiendo del % de área libre Distribuir la carga eléctrica dependiendo del flujo (CFM) disponible en cada posición

30 Passive Cooling Flujo de Aire (CFM) al Frente del Gabinete Sin Puertas (Ideal)* = 100% Óptimo = 79% Suficiente = 63% Estándar TIA-942 = 50% *Se pierde la seguridad

31 Passive Cooling Evitar la Transferencia Térmica Interna Vista Frontal Los Paneles Ciegos deben cubrir todas las Unidades de Montaje vacías Los Diques (Air Dam) deben cubrir todo el contorno entre los postes de montaje y el marco del gabinete

32 Passive Cooling Administrar los flujos de aire dentro del gabinete (Equipos con Flujo de Aire Lateral) Evitar la Transferencia Térmica Interna Ductos Laterales

33 Passive Cooling Administrar los flujos de aire dentro del gabinete Evitar obstrucciones a la salida Separar Energía de Datos Mantener tapas laterales entre los gabinetes Vista Posterior

34 Passive Cooling Con Piso Elevado en Arquitectura Abierta (PFPC) Proveer CFM adicionales a la mitad superior del gabinete Ductos de Aire Internos

35 Máxima Eficiencia Passive Cooling Aislar, Contener o Confinar al 100% el Aire de Retorno Puerta Trasera Sólida con Empaques Tapa Inferior Ducto de Alivio Vertical (VED) +Ducto de Alivio Lateral (para aplicaciones de comunicaciones) Vista Frontal

36 Administración Térmica Pasiva -Passive Cooling - Vista Lateral T 1 = 20 C Gráfica de Temperatura 4 x HP c kw T 25 C

37 Passive Cooling Vista Lateral P in H 2 O Gráfica de Presión 4 x HP c kw P > 0

38 Passive Cooling Retorno T 1 = 23.0 C Suministro FrontFlow

39 Cámara Plena de Retorno Passive Cooling

40 Passive Cooling T 2 46 C T 1 = 23.0 C

41 T 1 = 23.0 C Passive Cooling

42 Passive Cooling T 2 46 C T 1 = 23.0 C

43 Passive Cooling Confinamiento de Pasillos CAC HAC

44 CAC

45 8va32Gug&feature= HAC

46 VED

47 Administración Térmica Elección de Sistemas de Aire Acondicionado y Equipo IT Controles de Velocidad Variable La Eficiencia de los motores eléctricos se eleva de forma cúbica al reducir su velocidad (CFMs) CFM 3.1Q T

48 Administración Térmica Elección de Sistemas de Aire Acondicionado Enfriamiento por Agua (Chilled Water) Chart from ASHRAE Data Center Design and Operation Book#6: Best Practices for Datacom Facility Energy Efficiency

49 Administración Térmica Combinar Passive Cooling con otras técnicas de ahorro de energía Air Side Economizer Free Cooling

50 Administración Térmica Combinar Passive Cooling con otras técnicas de ahorro de energía Chilled Water Water Cooled Free Cooling

51 Administración Térmica Combinar Passive Cooling con otras técnicas de ahorro de energía KyotoCooling Free Cooling

52 Confinamiento y Economizadores Most Data Centers Are Here CRAC w/ Economizer TIA 942 Best Practices CRAC w/ Economizer 100% Isolation Kyoto Cooling Wheel 100% Isolation Evaporative Air Side Economizer 100% Isolation Delivered F F 77 F 77 F 77 F C C 25 C 25 C 25 C Supply F F 77 F 77 F 77 F C C 25 C 25 C 25 C Water 42 F 5.5 C 42 F 5.5 C 65 F 18.3 C N/A 65 F 18.3 C Ambient for Economization 37 F 2.7 C 37 F 2.7 C 60 F 15.5 C 72 F 22.2 C 77 F 25 C Wet bulb

53 Estimación del PUE y los Ahorros

54 Administración Térmica Elección del Sitio Ciudad Edificio Arquitectura

55 Intel (Worldwide)

56 CDW (USA)

57 Cisco (USA, México)

58 VIVO (Brasil)

59 Máxima Eficiencia para Aplicaciones de Alta Densidad con Administración Térmica Pasiva Alta Densidad de Cómputo por Metro Cuadrado (>30 kw/gabinete) Amplia reducción el área requerida para el Cuarto de Cómputo (Costos de Construcción) Elevar la temperatura de Suministro (18 27 C) Mayor número de horas de FREE COOLING (Ciudades con temperaturas debajo de los 25 C) Temperatura Homogénea en todo el Cuarto de Cómputo (p. ej C) La eficiencia de los motores eléctricos de los sistemas de enfriamiento es una función cúbica - E 3 - (Reducir los CFM) La capacidad de enfriamiento (cooling capacity) se multiplica x 2 ó x 3 (Chilled Water, T) Reducción del PUE (P. ej. Niveles 1.1 con KyotoCooling) Se reduce el impacto ambiental (Centro de Datos Verde )

60 Todo Cambia Pero las leyes de la física

61 Gracias Victor Daniel Bañuelos Lugo Technical Manager Latin-America

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