Deze eisen moeten highdensity datacenters stellen aan hun ups

De dichtheid van datacenters en de eisen die we aan de stroomvoorziening stellen nemen toe. Hierdoor is er meer en betere back-up stroom nodig. Veel datacenters hebben echter maar een beperkte ruimte beschikbaar. Een zeer compacte en krachtige noodstroomvoorziening (UPS) kan dan helpen. In hun selectieproces moeten kleine en middelgrote datacenters rekening houden met koeling, redundantie, efficiëntie, architecturen en meer.

Nieuwe toepassingen zoals high-performance computing en kunstmatige intelligentie hebben steeds meer invloed op het ontwerp en de operatie van kleine en middelgrote datacenters. Een goede manier om de kosten te verlagen, ruimte te besparen en het energieverbruik te verlagen, is meer IT-resources in elk rack te stoppen.

HPC, AI en density

Maar dit zorgt natuurlijk wel voor uitdagingen. Bijvoorbeeld het feit dat meer ruimte voor UPS-capaciteit beschikbaar moet komen. Tenzij de dichtheid van de UPS natuurlijk gelijke tred houdt met de nieuwe IT-apparatuur die het ondersteunt. De datacenterarchitectuur heeft ook invloed op de mogelijkheden die een UPS-systeem zou moeten bieden. Daarom moet bij het kiezen van een backup-stroomoplossing voor toepassingen met hoge density rekening worden gehouden met de technologieën in zowel het datacenter als de UPS.

Big data-analyse, machine learning en AI dwingen datacenters om hun energie-infrastructuur aan te passen. High Performance Computing (HPC)-platforms bevatten meestal GPU’s en CPU’s die parallel werken om deze nieuwe workloads af te handelen. Dit kan nieuwe racks betekenen vol high-end GPU’s die uitblinken in floating point-berekeningen voor toepassingen zoals medische diagnostiek. De dichtheid per rack stijgt bij HPC dramatisch, tot 20-30 kW en meer. Meer dan 50% van de respondenten in de enquête ‘The Infrastructure Imperative’ uitgevoerd door 451 Research melden dat zij inmiddels een high-density HPC-datacenterinfrastructuur exploiteren.

Geconvergeerd en hypergeconvergeerd

Converged infrastructure (CI) en hyperconverged infrastructure (HCI) zijn twee andere trends die we naast – en in sommige gevallen in combinatie met – HPC zien. Deze architecturen hebben niet zoveel invloed op de density, maar hebben wel gevolgen voor de betrouwbaarheid die van een UPS-systeem wordt vereist. CI wordt meestal gezien als grote rack-scale platforms die rekenkracht, opslag en netwerken samenvoegen tot één complete oplossing. HCI is daarentegen beschikbaar als 1Uof 2U-rack unit met een multicore-server en een lokale opslag-array. Het belangrijkste architectuurverschil is dat bij CI de opslag rechtstreeks aan de fysieke server wordt gekoppeld. HCI daarentegen deelt de opslag over alle virtuele machines (VM’s). Maar liefst de helft van de datacenters maakt nu gebruik van een hyperconverged infrastructuur. In deze gevirtualiseerde, high-density IT-omgevingen kan een stroomstoring een veel grotere impact hebben dan in een niet-geconvergeerde omgeving. Daarom zijn de betrouwbaarheid van de UPS en functies zoals +1-redundantie cruciaal in deze scenario’s. De meest voorkomende oorzaak van uitval van datacenters is stroom - en dan ook nog eens met een aanzienlijke marge. Uit een onderzoek van het Uptime Institute blijkt dat 37% van de incidenten wordt veroorzaakt door stroomstoringen, terwijl de op een na meest voorkomende oorzaak (software en IT-systemen) slechts verantwoordelijk is voor 22% van dergelijke incidenten.

Een fenomeen dat kan bijdragen aan deze stroomonderbrekingen is ‘creeping criticality’. Daarmee wordt bedoeld dat de infrastructuur stilletjes de kritieke drempel overschrijdt als gevolg van toenemende behoefte aan flexibiliteit, terwijl de stroominfrastructuur ongewijzigd blijft. Een almaar toenemende density die wordt veroorzaakt door de geleidelijke implementatie van meer HPC of HCI kan dit soort situaties veroorzaken. Downtime van datacenters is kostbaar: meer dan 10% van de recente incidenten hebben geleid tot kosten van meer dan een miljoen dollar. Reden te meer om de UPS-eisen nauwkeurig te onderzoeken.

De drie belangrijkste typen ononderbroken stroomsystemen die tegenwoordig beschikbaar zijn, zijn stand-by, line-interactief en online. De eerste twee kunnen beperkingen met zich meebrengen in de manier waarop ze afwijkingen in de power quality corrigeren, zoals lange omschakeltijden (25 ms) in het geval van een storing, waardoor ze worden gediskwalificeerd voor de meeste bedrijfskritische toepassingen in kleine en middelgrote datacenters. Een online dubbele conversie UPS (bijvoorbeeld de nieuwe 5-20kVA Amplon RT-modellen van Delta heeft echter helemaal geen omschakeltijd. Deze apparaten gebruiken netstroom, zetten deze om in gelijkstroom om hun batterijen op te laden en zetten de stroom van de gelijkstroombus terug naar wisselstroom om IT-belastingen van stroom te voorzien. Het grote voordeel hierbij is dat de stroom altijd al uit de DC-bus komt. Als de stroom van het net wordt onderbroken, is er dus geen omschakeling nodig. De batterijen dienen ook om bijvoorbeeld eventuele spanningsdalingen te bufferen, wat resulteert in een zeer schone stroom.

Een UPS-systeem met parallelle werking kan langere looptijden bieden. Nog belangrijker is dat ze ervoor zorgen dat er nog steeds stroom beschikbaar is als een van de UPSeenheden of batterijstrings in de configuratie uitvalt. Het wordt vaak +1-redundantie genoemd wanneer twee UPS-systemen parallel lopen. Meerdere parallel geconfigureerde UPS-systemen staat bekend als een N+1-architectuur, waarbij N het aantal UPS-systemen aangeeft dat nodig is om de belasting te verwerken en de +1 als back-up in het geval dat een van de N-eenheden uitvalt. Een parallelle UPS-installatie is zeer gunstig voor bedrijfskritische toepassingen in sectoren zoals het bankwezen, manufacturing en gezondheidszorg, waar onverwachte uitvaltijd ernstige gevolgen kan hebben.

Batterijen

Batterijen zijn een essentieel onderdeel van iedere online UPS, maar ze hebben ook een beperkte levensduur. Onderhoud en vervanging van de batterij is op een gegeven moment onvermijdelijk. Lithium-ion batterijen vereisen echter minder frequent onderhoud, hebben een hogere vermogensdichtheid en kunnen gemakkelijk twee keer de levensduur van loodzuur bieden. Dat vertaalt zich in de noodzaak om minder batterijen te vervangen, wat de kosten verlaagt - een belangrijk voordeel voor high-density datacenters die met strikte budgetten werken. Met bypass-besturing kan de UPS volledig uit het stroomdistributiesysteem worden verwijderd. De mogelijkheid om over te schakelen naar het elektriciteitsnet en de UPS het hele plaatje te schrappen, is in twee gevallen van cruciaal belang als de UPS defect is of indien de UPS onderhoud nodig heeft. Een bypass zorgt ervoor dat het onderhoud kan plaatsvinden zonder verstoring van de belasting. Zonder bypass kan de ongelukkige situatie ontstaan waarbij stroom van het net beschikbaar is, maar het datacenter offline is omdat de downstream UPS niet functioneel is.

Het hebben van een wereldwijde organisatie zoals Delta Electronics die vrijwel overal ter wereld het vereiste aantal UPS-systemen kan leveren en onderhouden, is een cruciaal voordeel voor datacenterbeheerders. De eerder genoemde Amplon RT-serie 5-20kVA bijvoorbeeld is een lijn van online UPS-systemen met dubbele conversie die dankzij hun compacte 2U-vormfactor veel functies bieden voor verbeterde flexibiliteit en dichtheid. Dit is een interessante combinatie voor bedrijven die te maken hebben met een hogere stroombehoefte vanwege de toenemende dichtheid per rack en het beperkte vloeroppervlak. De vermogensfactor, hoge systeemefficiëntie, hot-swappable batterijen en parallelle configuraties helpen ook bij het oplossen van problemen die voortvloeien uit hogere dichtheden. Bovendien is dit 5-20kVAmodel de eerste UPS op de markt die standaard lithium-ion externe batterijkasten aanbiedt. Hierdoor kan het datacenter desnoods een enkele batterij vervangen in plaats van de hele string, terwijl de bypass systemen online houdt.

Andere toepassingen kunnen ook profiteren van deze aanpak. Denk aan edge computing installaties die slechts over een beperkte beschikbare ruimte beschikken, maar die wel bedrijfskritische toepassingen in de productie- en telecommunicatie-industrie moeten ondersteunen. Aangezien de stroomverdeelkast en de bypass-switch voor onderhoud in deze units zijn geïntegreerd, kan een breed scala aan kleine tot middelgrote faciliteiten profiteren van hun betrouwbaarheid en hoge efficiëntie.

Ross Peringuey is commercial product manager bij Delta Electronics