Por Andy Lawrence, miembro fundador y director ejecutivo de investigación de Uptime Institute

Investigaciones han demostrado que, si bien los propietarios y operadores de centros de datos están mayoritariamente a favor de la regulación de la sostenibilidad, tienen una mala opinión de la experiencia de los reguladores. Algunos operadores han citado la Ley de Eficiencia Energética de Alemania como evidencia: la ley, que fue aprobada recientemente, establece un conjunto de requisitos de efectividad en el uso de energía (PUE) extremadamente desafiantes que probablemente obligarán a algunos centros de datos a cerrar e impedirán la construcción de otros.

El requisito principal de la ley (ver tabla uno) es que los nuevos centros de datos (definidos como aquellos que entren en funcionamiento a partir de 2026) deben tener un PUE operativo anual de 1,2 o menos dentro de los dos años posteriores a su puesta en servicio. Si bien es posible cumplir con esta estricta estipulación de eficiencia energética, hoy en día muy pocos centros de datos (incluso los nuevos y bien administrados) están alcanzando esta cifra. Los datos de Uptime Intelligence muestran un PUE promedio de 1,45 para los centros de datos construidos en los últimos tres años.

Empujando al límite

Este objetivo ambicioso de 1,2 es particularmente desafiante para aquellos que intentan lidiar con requisitos comerciales o técnicos competitivos. Por ejemplo, algunos todavía están intentando poblar nuevos centros de datos, lo que significa que están operando con carga parcial; muchos tienen requisitos primordiales para cumplir con los objetivos de mantenibilidad simultánea de Nivel III y tolerancia a fallas de Nivel IV; y cada vez más, muchos apuntan a soportar racks o servidores de alta densidad con estrictos requisitos de refrigeración. Para estos operadores, lograr este nivel de PUE de manera rutinaria requerirá esfuerzo e innovación que están en los límites de la ingeniería de centros de datos modernos, y puede requerir una inversión considerable.

Las reglas para los centros de datos existentes también son estrictas. Para 2030, todos los centros de datos tendrán que operar por debajo de un PUE de 1,3. Este requisito conducirá en última instancia al cierre de centros de datos, renovaciones y migración a ubicaciones más nuevas y a la nube, aunque es demasiado pronto para decir cuál de estas estrategias dominará.

El objetivo de los reguladores alemanes es llevar al límite a los diseñadores, propietarios y operadores de centros de datos. Al hacerlo, esperan fomentar la innovación y las mejores prácticas en la industria que convertirán a Alemania en un modelo de operaciones eficientes de centros de datos y, por lo tanto, fomentarán prácticas similares en toda Europa y más allá.

Si los reguladores están presionando demasiado sobre el PUE o si la ley desencadenará algunas consecuencias no deseadas (como un movimiento de cargas de trabajo fuera de Alemania) probablemente solo se sabrá con el tiempo. Pero la política plantea varias preguntas y desafíos para toda la industria. En particular, ¿cómo se pueden alcanzar objetivos de eficiencia rigurosos manteniendo al mismo tiempo una alta disponibilidad? ¿Y cómo afectarán las cargas de trabajo de alta densidad al logro de los objetivos de eficiencia?

Consultamos a varios expertos del Uptime Institute* para revisar y responder estas preguntas. Tienen una visión mayoritariamente positiva de que, si bien los requisitos de PUE son estrictos, se pueden lograr para centros de datos de misión crítica nuevos (o recientemente construidos), pero habrá consecuencias en términos de costos y de ingeniería de diseño. Algunas de sus observaciones son:

Lograr tolerancia a fallos/disponibilidad simultánea

Los centros de datos de mayor disponibilidad (Nivel III y Nivel IV) pueden lograr PUE muy bajos, contrariamente a algunos informes. Un centro de datos de Nivel IV (totalmente tolerante a fallas) no es intrínsecamente menos eficiente que un centro de datos de Nivel II o Nivel III, especialmente dados los avances recientes en la tecnología de equipos, como compresores digitales scroll, uso regular de unidades de frecuencia variable, capacidades de control y automatización más sofisticadas. Estas son algunas de las tecnologías que pueden ayudar a garantizar que el uso de capacidad adicional redundante o componentes resistentes no requiera mucha más energía.

A menudo se piensa que los centros de datos de Nivel IV utilizan mucha más energía que los de Nivel III. Sin embargo, este no es necesariamente el caso: la diferencia puede ser insignificante. El único aumento definitivo en el consumo de energía que puede requerir un centro de datos de Nivel IV es una mayor carga en los sistemas de suministro de energía ininterrumpida (UPS) y algunos componentes adicionales. Sin embargo, este aumento puede representar una pérdida tan pequeña como de tres a cinco por ciento de entre el 10 y el 20 por ciento de la carga de energía mecánica total para la mayoría de los centros de datos.

La idea de que los centros de datos de nivel IV son menos eficientes suele surgir del requisito de tener dos sistemas en funcionamiento. Pero esto no significa necesariamente que cada uno de los dos sistemas en funcionamiento pueda soportar toda la carga de trabajo actual en cualquier momento. El objetivo es garantizar que no haya ninguna interrupción del servicio.

En el aspecto eléctrico, se puede lograr disponibilidad simultánea y tolerancia a fallos utilizando un “SAI oscilante” y topologías de SAI distribuidas N+1. En esta arquitectura bien establecida, las baterías proporcionan almacenamiento de energía inmediato y están conectadas a un UPS en línea. No es necesariamente necesario contar con dos sistemas UPS totalmente alimentados (2N); más bien, la distribución está organizada de modo que una sola falla solo afecte a un porcentaje de la carga de trabajo de TI. Cualquier UPS redundante solo debe ser capaz de soportar ese porcentaje de carga de trabajo de TI. Por lo tanto, la capacidad total instalada del UPS es mucho menor que el doble de la carga de trabajo total, lo que significa que el uso y las pérdidas de energía son menores.

De manera similar, el uso y las pérdidas de energía se pueden reducir en los sistemas de distribución diseñando con la menor cantidad posible de transformadores, tableros de distribución e interruptores de transferencia. La tolerancia a fallas puede ser más difícil de lograr de esta manera, ya que una mayor cantidad de componentes más pequeños aumenta la complejidad, pero esto tiene el beneficio de una mayor eficiencia eléctrica.

En el aspecto mecánico, pueden estar operativos dos sistemas de refrigeración, cada uno de los cuales soporta una parte de la carga de trabajo actual. Cuando un sistema falla, el almacenamiento térmico se utiliza para ganar tiempo y encender unidades de refrigeración adicionales. Una vez más, se trata de un enfoque bien establecido.

Enfriamiento

Los PUE bajos suponen que existe una refrigeración altamente eficiente, lo que a su vez requiere el uso de refrigeración ambiental. La regulación impulsará a la industria a hacer un mayor uso de la economización, ya sean economizadores del lado del aire, economizadores del lado del agua o economizadores de refrigerante bombeado.

• Si bien los PUE muy bajos no descartan el uso de unidades de expansión directa (DX) estándar, su uso de energía puede ser problemático. El uso de unidades DX en días calurosos puede ser necesario hasta tal punto que no se puedan lograr PUE muy bajos.
• ¿Más agua, menos energía? La limitación de PUE de 1,2 puede fomentar el uso de tecnologías de refrigeración que evaporen más agua. En muchos lugares, los refrigeradores enfriados por aire pueden tener dificultades para enfriar la carga de trabajo en los días calurosos, lo que requerirá asistencia mecánica. Esto puede suceder con demasiada frecuencia para lograr PUE anualizados bajos. Una planta enfriada por agua o el uso de enfriamiento por evaporación probablemente consumirán menos energía, pero por supuesto, requerirán mucha más agua.

El aumento de la densidad desafiará la refrigeración, incluso la refrigeración líquida directa (DLC)

Los procesadores de gama alta actuales y previstos, incluidas las GPU, requieren temperaturas de entrada al servidor en el extremo inferior del rango ASHRAE. Esto hará que sea muy difícil lograr PUE bajos.

DLC sólo puede proporcionar una solución limitada. Si bien es muy eficaz para enfriar eficientemente sistemas de mayor densidad a nivel de procesador, las temperaturas más bajas requeridas necesitan aire/agua siempre refrigerado/a, lo que, por supuesto, aumenta el consumo de energía y aumenta los PUE.

La regulación puede impulsar la ubicación

Los PUE bajos son mucho más fáciles y económicos de lograr en climas más fríos o menos húmedos. Los reguladores que exigen PUE bajos tendrán que tener esto en cuenta. Alemania, por ejemplo, tiene inviernos en su mayoría frescos o fríos y veranos cálidos o calurosos, pero con una humedad baja o manejable; por lo tanto, puede ser un país muy adecuado para la economización. Sin embargo, será más fácil y menos costoso lograr estos PUE bajos en el norte de Alemania, o incluso en Escandinavia, que en el sur de Alemania.

Construir

La Ley de Eficiencia Energética de Alemania exige que los operadores alcancen un PUE bajo dentro de los dos años posteriores a la puesta en servicio del centro de datos. Esto, en teoría, le da al operador tiempo para llenar el centro de datos y alcanzar un nivel óptimo de eficiencia. Sin embargo, la mayoría de los centros de datos en realidad se completan y/o construyen en un plazo mucho más largo (cuatro años es lo más habitual).

Esto puede tener implicaciones de diseño más amplias. Lograr un PUE de 1,2 con carga de trabajo completa requiere que el equipo esté seleccionado y alimentado para adaptarse a la carga de trabajo. Pero con una carga de trabajo parcial, muchos de estos sistemas estarán sobredimensionados o no serán tan eficientes. Para lograr un PUE óptimo en todas las cargas de trabajo, puede ser necesario implementar más componentes de menor capacidad y adoptar un enfoque más modular, posiblemente utilizando subsistemas prefabricados y repetibles. Esto tendrá implicaciones de costos; para lograr mantenibilidad simultánea para todas las cargas, es posible que los diseñadores tengan que utilizar diseños innovadores N+1 con un mayor uso de componentes más pequeños.

Los costos de capital pueden aumentar

Las investigaciones sugieren que los centros de datos con un PUE bajo también pueden tener costos operativos bajos, en particular debido al menor uso de energía. Sin embargo, las topologías y la cantidad de componentes, especialmente para instalaciones de mayor disponibilidad, pueden resultar más costosas. Los reguladores que exigen PUE más bajas pueden estar obligando a aumentar los costos de capital, aunque estos pueden recuperarse más adelante.

Nuestro punto de vista

La industria de los centros de datos no es tan nueva. Muchas instalaciones -quizás la mayoría- logran una disponibilidad muy alta como resultado de una tecnología probada y una atención asidua por parte de la gerencia y los operadores. Sin embargo, la gran mayoría no utiliza ingeniería de última generación para lograr una alta eficiencia energética. Los reguladores quieren empujarlos en esta dirección.

La evaluación de Uptime Intelligence es que, al adoptar diseños bien pensados ​​y construir de manera modular y equilibrada, es posible tener y operar centros de datos de misión crítica y de alta disponibilidad con una eficiencia energética muy alta en todas las cargas de trabajo. Sin embargo, probablemente habrá una prima de costo considerable.

*Los expertos de Uptime Institute consultados para esta Actualización son:

• Chris Brown, director técnico, Uptime Institute
• Ryan Orr, vicepresidente, servicios de topología y autoridad de nivel global, Uptime Institute
• Jay Dietrich, director de investigación de sostenibilidad, Uptime Institute
• Dr. Tomas Rahkonen, director de investigación, centros de datos distribuidos, Uptime Institute