Snížení skrytých nákladů spojených se zvýšením kapacity napájení datových středisek

Transkript

1 Snížení skrytých nákladů spojených se zvýšením kapacity napájení datových středisek Richard Sawyer White Paper #73

2 Resumé Zvýšení kapacity napájení tradičních systémů UPS vede ke skrytým nákladům, které mohou převážit výhody, jež má toto zvýšení přinést. S ohledem na analýzu celkových nákladů na vlastnictví pro fyzickou infrastrukturu datového střediska či síťového sálu je mnohem výhodnější použití rozšiřitelných systémů UPS. V tomto dokumentu jsou popsány nevýhody rozšiřování tradičních systémů UPS spolu s metodami, jakými jsou tyto nevýhody řešeny v rozšiřitelných stojanových systémech. Jsou zde také popsány, vyčísleny a porovnány faktory ovlivňující náklady. 2

3 Úvod Ukázalo se, že možnost rozšiřování kapacity v konstrukci systémů UPS (Uninterruptible Power Supply) je v analýze celkových nákladů na vlastnictví významnou výhodou, jak bylo podrobně popsáno v dokumentu APC White Paper #6: Stanovení celkových nákladů na vlastnictví pro infrastrukturu datových center a síťových místností. Důvodem je možnost přizpůsobení velikosti infrastruktury kritické zátěži, kterou je nutné podporovat při instalaci dalších zařízení v datovém středisku. I když to není ve finančním modelu v dokumentu APC White Paper #6 přímo uvedeno, má schopnost rozšíření systémů UPS za běhu jako odezvy na růst zatížení, aniž by došlo k výpadkům, přímý kladný vliv na výkonnost společnosti, která takovou strategii používá. V tomto dokumentu budou porovnány reálné náklady na zvýšení kapacity při použití tradičního systému UPS s náklady na implementaci rozšiřitelného systému UPS. Modelová situace: dva přístupy k rozšiřitelnosti Představme si, že určitý vedoucí pracovník oddělení IT provedl pro datové středisko s plochou čtverečních stop (přibližně 446 m 2 ) o konečné kapacitě 50 W na čtvereční stopu (přibližně 538,2 W na m 2 ) analýzu vedoucí k požadavku na systém UPS s konfigurací N+1. Tento požadavek lze převést na celkovou hodnotu 240 kw potřebného výkonu systému UPS, přičemž je nutné mít k dispozici dostatečný záložní výkon, aby bylo možné za účelem údržby nebo opravy při selhání odpojit jeden z napájecích modulů bez výpadku napájení klimatizačního systému během provádění opravy. Příslušný vedoucí pracovník stojí před výběrem dvou možných topologií: konvenční tradiční systém nebo rozšiřitelný stojanový systém. Na jedné straně lze navrhnout tradiční systém umožňující určitý stupeň rozšíření připojením konvenčních napájecích modulů UPS k paralelní sběrnici. V tomto případě je na začátku instalace nutné zakoupení paralelního rozvaděče s možností správy dostatečné kapacity po rozšíření. Tento rámec musí umožňovat správu celkového výkonu při konečné konfiguraci systému UPS. Oproti tomu lze použít rozšiřitelný stojanový systém, který poskytuje stejnou možnost přizpůsobení kapacity napájení postupně rostoucí celkové zátěže stojanů, odpadá však nutnost zakoupení skříně paralelního systému velkého rozsahu i doprovodných nákladů. 3

4 Tradiční řešení Předpokládejme, že vedoucí pracovník oddělení IT v uvedeném příkladu buduje tradiční systém. Chce minimalizovat počáteční investice do projektu a zároveň zachovat možnost budoucího rozšiřování systému. Zvoleným řešením je v tomto případě postupné nakupování komponent systému ve fázích. Abychom mohli snadno porovnat náklady při různých přístupech, předpokládejme, že nárůst zátěže systému probíhá v krocích po 80 kw. V první fázi je plánována paralelní implementace dvou tradičních modulů UPS o kapacitě 80 kw, aby očekávaná počáteční zátěž 80 kw byla podporována každým z modulů v konfiguraci typu N+1. Jakmile zatížení překročí kapacitu 80 kw redundantního systému, plánuje vedoucí pracovník instalaci dalšího modulu s kapacitou 80 kw, aby byla zachována redundance systému UPS při splnění kapacitních požadavků zátěže, která již vzrostla na kapacitu 160 kw. Jakmile dojde k poslední etapě nárůstu, bude instalován poslední modul UPS s kapacitou 80 kw a celková kapacita vzroste na hodnotu 240 kw, přičemž v záloze je jeden redundantní modul s kapacitou 80 kw. V konečné konfiguraci bude tradiční systém UPS tvořen čtyřmi moduly v paralelním systému. Při tomto postupu je využita možnost zvýšení kapacity systému s použitím konvenčního systému UPS. Náklady na instalaci paralelně pracujících zařízení o plné kapacitě, která jsou potřebná pro konečnou konfiguraci napájení tradičního systému, jsou zahrnuty v počátečním nákupu. Alternativní přístup Obdobný plán umožňující podporu obchodních rozhodnutí lze realizovat pomocí rozšiřitelného stojanového systému UPS. V první fázi je kvůli pokrytí počátečního zatížení 80 kw nutné zakoupit jednotku s kapacitou 80 kw. Rozšiřitelný stojanový systém obsahuje v rámci jednotky redundantní napájecí moduly s kapacitou 10 kw. Tímto způsobem lze vytvořit konfiguraci typu N+1 bez nutnosti zakoupení druhé jednotky s kapacitou 80 kw. Vzhledem k tomu, že rozšiřitelný systém nepotřebuje rozsáhlé zařízení pro paralelní distribuci elektrické energie, lze se těmto nákladům vyhnout. Jakmile zatížení překročí úroveň 80 kw, je zakoupena druhá jednotka a její výstup je vyhrazen pro novou zátěž. Tato jednotka také obsahuje vestavěnou funkci redundance N+1. Při nárůstu zátěže datového střediska na plnou kapacitu je zakoupena třetí jednotka s kapacitou 80 kw, také s interní funkcí redundance N+1. Plány na použití rozšiřitelného stojanového systému nebo na použití konvenčního systému UPS vypadají ve výsledné podobě velmi obdobně. Pokud lze totiž jeden modul tradičního systému UPS zakoupit za nižší cenu než rozšiřitelný stojanový systém s funkcí N+1, může se zdát, že obchodní rozhodnutí pokračovat v používání tradičního systému je oprávněné. Tato strategie však v sobě skrývá určitou potíž. 4

5 Potíže spojené se zvýšením kapacity Vedoucí pracovník oddělení IT v uvedeném příkladu, který stojí před výběrem ze dvou přístupů, musí vzít v úvahu také způsob zvyšování kapacity systémů a jeho výsledný dopad na operace IT. Tradiční systémy UPS instalované spolu se zařízením pro paralelní zapojení potřebných modulů (pro účely rozšiřitelnosti a redundance) mají společné přípojné body, v nichž je výstup z každého modulu připojen k zařízení pro distribuci zatížení. Toto je kritická sběrnice, v níž je energie dodávaná jednotlivými moduly UPS připojena k energii z ostatních modulů. Při počáteční revizi systému jsou ověřovány možnosti modulů s ohledem na paralelní sdílení zátěže a zajištění redundance. Pokud jsou do tradičního systému přidávány další moduly, musí být kritická sběrnice vypnuta, aby mohl být nový modul bezpečně připojen, a funkce celého systému musí být znovu prověřena v novém revizním řízení. Implementace plánovaného rozšíření tradičního systému v uvedeném příkladu tak zahrnuje nejméně dvě operace ukončení činnosti kritické sběrnice. Operace ukončení činnosti za účelem připojení a ověření rozšiřujícího tradičního modulu UPS si obvykle vyžádá 24 hodin (pokud nedojde k žádným potížím). Vedoucí pracovník oddělení IT musí tedy při rozšiřování systému pomocí tradičního zařízení UPS do celkových nákladů připočítat náklady na zastavení operací IT po dobu nejméně dvakrát 24 hodin. Tyto náklady zahrnují následující položky: Ztráta výpočetního času. Náklady na práci operátorů procesorů/serverů zajišťujících ukončení činnosti systému. Náklady na práci aplikačních specialistů zajišťujících minimalizaci dopadů na činnost operačních systémů. Doba jednání týkajících se správy zákazníků. Doba jednání týkajících se plánování správy. Plánování postupů pro nepředvídané situace. Náklady na práci operátorů procesorů/serverů zajišťujících spuštění systému. Náklady na práci aplikačních specialistů zajišťujících ověření a obnovu činnosti operačních systémů. Náklady na rozsáhlé revizní řízení (celkový výstup upraveného systému UPS musí být otestován, což vyžaduje náklady na zátěžové moduly, kabely, nástroje, práci techniků atd.). Tyto potíže růstu při nezbytném rozšiřování konvenčních systémů UPS je třeba vzít v úvahu. 5

6 Odhady nákladů Náklady na rozšíření tradičního systému, které bude vyžadovat dvě 24hodinová odstavení systému, lze konzervativně odhadnout následujícím způsobem: Předpoklady: 1. Náklady na přerušení provozu v rozumné výši USD za hodinu (dopad na aplikace menší důležitosti s minimálními finančními ztrátami). (Dokumentované náklady na přerušení provozu u vysoce kritických aplikací pro určité finanční instituce mohou dosahovat částky USD za hodinu nebo více.) 2. Vedoucí oddělení IT je obeznámen s celým procesem. 3. Doba správy je minimální, protože podrobné technické údaje již byly specifikovány při původním návrhu systému a čas je nutné vynaložit pouze na správu procesu změny a na koordinaci prostředků. 4. Techničtí pracovníci jsou externími pracovníky financovanými na základě smluv o službách uzavřených s poskytovateli zařízení IT. 5. Náklady na plánování postupů pro nepředvídané situace jsou minimální, protože v rámci obecného plánu společnosti pro nepředvídané situace jde pouze o dílčí plán týkající se doby přerušení provozu. 6. Specialisté na aplikace jsou externí pracovníci softwarové podpory obchodních aplikací spouštěných v zařízeních IT. Rozpis nákladů souvisejících se zvýšením kapacity tradičního systému je uveden v tabulce 1. Faktor pro výpočet nákladů Tabulka 1 Náklady na zvýšení kapacity tradičního systému Dopad Odhadované náklady Celkem Ztráta výpočetního času 48 hodin přerušení provozu USD za hodinu USD Náklady na práci operátorů procesorů/serverů zajišťujících ukončení činnosti systému Specialisté na aplikace Plánování správy Plánování postupů pro nepředvídané situace 4 techničtí pracovníci, 4 hodiny na každé ukončení provozu, celkem 32 hodin 2 specializovaní pracovníci, 4 hodiny na každé ukončení provozu, celkem 16 hodin 2 správci, 40 hodin na každé ukončení provozu, celkem 160 hodin 1 pracovník plánování, 20 hodin na každé ukončení provozu, celkem 40 hodin 150 USD za hodinu, zvláštní sazba USD 200 USD za hodinu, zvláštní sazba USD 80 USD za hodinu za předpokladu zaměstnanecké práce 60 USD za hodinu za předpokladu zaměstnanecké práce USD USD 6

7 Faktor pro výpočet nákladů Náklady na práci operátorů procesorů/serverů zajišťujících spuštění systému Specialisté na aplikace Náklady na revizi Celkem Dopad Odhadované náklady Celkem 4 techničtí pracovníci, 4 hodiny na každé spuštění, celkem 32 hodin 2 specializovaní pracovníci, 4 hodiny na každé spuštění, celkem 16 hodin Dva revizní týmy s vybavením, zvláštní sazba za práci 150 USD za hodinu, zvláštní sazba USD 200 USD za hodinu, zvláštní sazba USD USD za jednu instalaci USD USD Při vyčíslení nákladů na přerušení provozu za účelem rozšíření tradičního řešení je nutné k původním investičním nákladům přičíst nejméně USD. Tato částka zahrnuje základní technické služby pro provedení dvou úplných přerušení provozu. Jednodušší přístup Vedoucí pracovník v uvedeném příkladu může dosáhnout rozšíření pomocí rozšiřitelného stojanového systému UPS s minimálním dopadem na provoz celého systému. Tyto systémy jsou konstruovány tak, že jejich kapacita je přizpůsobena specifické zátěži datového střediska. Každý modul UPS zásobuje energií vyhrazený počet stojanů nebo pole stojanů. Pokud je provedena příprava pro zajištění napájení rozšiřujících systémů v rámci původní struktury datového střediska (tato příprava je nutná i pro moduly tradičního řešení), má instalace a testování nových systémů UPS na souběžně prováděné operace pouze minimální dopad. Systémy poskytující dodatečnou kapacitu lze testovat ohledně zatížení s použitím menších zátěžových modulů, protože není nutné testovat žádné paralelní funkce a kapacita každého testu je omezena hodnotou 80 kw. Vzhledem k tomu, že neexistuje žádná společná kritická sběrnice, jejíž činnost by bylo nutné kvůli zajištění napájení přerušit, není vyžadováno žádné přerušení stávajícího provozu. Kritická sběrnice každého systému UPS je vyhrazena pro zátěžový okruh s kapacitou 80 kw, který má podporovat. Náklady spojené s rozšířením architektury s možností rozšiřitelnosti jsou mnohem nižší (tabulka 2). Potřebné úkony lze provést jindy než v kritické době, protože rozšiřování systému probíhá bez odpojení stávající zátěže. 7

8 Faktor pro výpočet nákladů Tabulka 2 Náklady na zvýšení kapacity rozšiřitelného stojanového systému Dopad Odhadované náklady Celkem Ztráta výpočetního času Žádná USD za hodinu 0 USD Náklady na práci operátorů procesorů/serverů zajišťujících ukončení činnosti systému Nejsou vyžadovány 150 USD za hodinu, zvláštní sazba 0 USD Specialisté na aplikace Nejsou vyžadováni 200 USD za hodinu, zvláštní sazba 0 USD Plánování správy Plánování postupů pro nepředvídané situace Náklady na práci operátorů procesorů/serverů zajišťujících spuštění systému Plánování ani správa přerušení provozu nejsou nutné, 40 hodin na koordinaci projektu Není vyžadováno 80 USD za hodinu za předpokladu zaměstnanecké práce 60 USD za hodinu za předpokladu zaměstnanecké práce USD 0 USD Nejsou vyžadovány 150 USD za hodinu, zvláštní sazba 0 USD Specialisté na aplikace Nejsou vyžadováni 200 USD za hodinu, zvláštní sazba 0 USD Náklady na revizi Celkem Zátěžový test je proveden při spuštění zařízení, není vyžadováno žádné paralelní testování USD na jedno spuštění USD USD Dodatečné náklady na instalaci rozšiřitelného stojanového řešení činí v uvedeném příkladu USD. Nejpodstatnějším rozdílem je odstranění nutnosti přerušení provozu, i při vyloučení nákladů na přerušení provozu jsou však hrubé náklady na instalaci rozšiřitelného systému o 84 % menší než náklady na tradiční systém. Závěr Při začleňování systému UPS do návrhu datového střediska je třeba vzít v úvahu i další faktory na náklady, které jdou mimo rámec standardní analýzy celkových nákladů na vlastnictví konkurenčních systémů. Chceme-li dosáhnout možnosti rozšiřování systému UPS s použitím tradičních řešení, je nutné počítat se značnými náklady na rozšíření prostřednictvím integrace standardních modulů UPS. Vzhledem k charakteru operace zvýšení kapacity pro paralelní systém je nutné započítat také náklady na přerušení provozu datového střediska. Těmto nákladům se lze vyhnout v případě použití rozšiřitelného stojanového systému UPS. Plánované rozšíření lze v takovém případě provést jednoduše a s minimálním dopadem na spuštěné aplikace IT. Problémy spojené s rozšiřováním tradičních systémů při tomto řešení odpadají. 8

9 Informace o autorovi: Richard L. Sawyer je odborníkem na systémové aplikace ve společnosti APC. Má 25 leté zkušenosti s navrhováním, konstrukcí a provozováním rozsáhlých datových středisek pro společnosti v žebříčku Fortune 100. Je členem představenstva asociace AFCOM. 9