Ridondanza dei data center

La ridondanza nei data center garantisce un'operatività ininterrotta duplicando componenti chiave come alimentatori, server e sistemi di raffreddamento. Configurazioni come N, N+1, 2N o addirittura 3N2 offrono diversi livelli di ridondanza e un livello ottimizzato di sicurezza e stabilità. Questa ridondanza consente ai data center di operare con completa tranquillità, sapendo che la loro infrastruttura è protetta da potenziali guasti.

Nel campo dell'infrastruttura elettrica, la ridondanza nei data center è sempre stata il metodo più efficace per aumentare la disponibilità di energia e, di conseguenza, la disponibilità del servizio. Secondo teorie di affidabilità ed esperienze, aggiungere un componente ridondante rende il sistema più affidabile. 

L'idea è semplice: in un sistema ridondante, se un componente si guasta, l'altro continua a mantenere il sistema in funzione senza problemi.

I livelli di ridondanza nei data center variano a seconda della loro classificazione Tier. 

Tier 1 è il livello più base, con un'unica alimentazione e un sistema di raffreddamento. Non c'è ridondanza, il che comporta circa 28-29 ore di downtime all'anno.

Tier 2 offre una ridondanza parziale, che include componenti ridondanti come generatori di emergenza e apparecchiature di raffreddamento di emergenza. La disponibilità è migliorata.

Tier 3 offre una ridondanza completa. Ogni componente critico, che sia l'alimentazione o il raffreddamento, ha una ridondanza N+1. Ciò significa che è disponibile un componente aggiuntivo per ciascun componente essenziale. Questa configurazione fornisce un'alimentazione ininterrotta, con un tasso di disponibilità del 99,982%, ovvero circa 1,6 ore di inattività all'anno.

Tier 4 offrono una disponibilità del 99,995%, ovvero circa 26 minuti di downtime all'anno. Questa ridondanza garantisce un'eccezionale tolleranza ai guasti. Ogni componente critico è completamente ridondante con una configurazione 2N+1. 

I componenti di un buon alimentatore

Per mantenere un'alimentazione affidabile in un data center, sono essenziali diversi componenti.

Generatori sono fondamentali. Prendono il sopravvento in caso di interruzione dell'alimentazione. Questi generatori sono spesso alimentati da motori diesel e devono essere testati regolarmente per garantire che funzionino in caso di emergenza.

Gruppi di continuità (UPS), noti anche come inverter, svolgono un ruolo cruciale nel garantire l'alimentazione di emergenza durante le interruzioni dell'elettricità. 

Sistemi di trasferimento statico (STS) gestiscono il passaggio da una fonte di alimentazione a un'altra senza interruzioni. Passano istantaneamente a una sorgente di emergenza in caso di guasto della fonte principale.

Unità di distribuzione elettrica (PDU), che distribuiscono elettricità alle varie apparecchiature del data center.
 

UPS: un elemento chiave della ridondanza dell'alimentazione

I sistemi UPS (gruppi di continuità) entrano in funzione non appena si verifica un'interruzione dell'alimentazione, garantendo il funzionamento ininterrotto delle apparecchiature critiche. 

Le configurazioni N+1 e N+X sono comunemente usate per migliorare la ridondanza. In una configurazione N+1, viene aggiunto un UPS aggiuntivo per ciascun gruppo di UPS, mentre N+X consente di aggiungere più UPS ridondanti.

Gli UPS generalmente operano in modalità adoppia conversione, trasformando la corrente alternata in corrente continua e viceversa, stabilizzando così la tensione fornita ai server per proteggere i carichi. 

2N: Definizione e vantaggi

La ridondanza 2N significa che un data center ha il doppio della quantità necessaria di ogni componente critico. Questa configurazione garantisce che nessun singolo punto di guasto possa interrompere l'operazione complessiva.

Ci sono molti vantaggi in questa architettura. Innanzitutto, offre un'affidabilità eccezionale. Anche in caso di guasto di un componente, il sistema continua a funzionare senza interruzioni. 

Tuttavia, per mantenere le promesse, questo design elettrico richiede che tutte le apparecchiature elettriche (generatori, inverter, UPS, interruttori, ecc.) siano ridondanti, il che significa investire in un numero doppio di apparecchiature.

3N2: Definizione e vantaggi

Architetture distribuite, come "4N3" o "3N2", mirano a ottimizzare la ridondanza energetica condividendola tra diversi sistemi. In questa configurazione, su un totale di quattro sistemi, solo tre sono necessari per alimentare il carico. Ciò significa che c'è sempre un componente di riserva per ogni coppia di unità in funzione.

I vantaggi sono chiari: ottimizza l'implementazione degli UPS e riduce l'investimento; sfortunatamente, al costo della complessità. Questa architettura richiede che tutti gli UPS siano installati in anticipo, il che impone vincoli di cablaggio e limita la sua compatibilità con i requisiti di modularità dei data center. 
 

Catcher: Definizione e vantaggi

L'architettura Catcher crea efficacemente un'architettura N+1 o N+2 all'interno dell'UPS mantenendo la tolleranza ai guasti e la possibilità di manutenzione simultanea grazie all'uso di sistemi di trasferimento statico (STS) posizionati tra l'UPS e il carico. Le unità STS vengono usate in questa configurazione per:

• Trasferire il carico critico dal sistema principale o attivo al Catcher. 
• Isolare in caso di cortocircuito. 

A valle delle unità STS, il sistema di ripartizione elettrica può essere progettato in modo simile a un'architettura 2N.

Con questa configurazione, un UPS può funzionare a un carico del 75% o più, mentre il Catcher rimane scarico in condizioni normali. 

L'architettura Catcher è attualmente usata da grandi e medi data center, inclusi quelli di hosting cloud e colocation, come alternativa all'architettura tradizionale 2N. Questo approccio offre un livello di disponibilità simile, pur essendo più efficiente e meno costoso in termini di capitale.

Il modello Catcher si distingue per la sua capacità di ottimizzare la ridondanza limitando i costi di investimento. A differenza delle configurazioni 2N e 3N2, il modello Catcher usata un approccio flessibile, facilitando l'adattamento alle esigenze specifiche dei data center. Questa flessibilità è particolarmente vantaggiosa per le strutture in espansione.

Ci sono molti vantaggi nel modello Catcher:

• Controllo dei costi: meno componenti ridondanti necessari, il che riduce i costi iniziali.
• Migliore dimensionamento degli UPS
• Manutenzione semplificata: i moduli possono essere sostituiti singolarmente senza interrompere il servizio.

Esempio: con un'architettura Catcher, una stanza da 1MW richiederà un UPS da 1MW a monte e un STS di circa 1.600 A. In caso di guasto dell'UPS, questo STS trasferirà il carico a un UPS di riserva o al Catcher, che servirà anche come apparecchiatura ridondante per altre stanze. 

Adottando questo modello, le aziende possono garantire un'elevata disponibilità dei loro servizi mantenendo i costi sotto controllo.

I sistemi di trasferimento statico (STS) consentono il trasferimento del carico critico da una fonte di alimentazione guasta a una fonte alternativa senza interruzioni. 

A differenza degli ATS, gli STS usano semiconduttori, come i tiristori, per passare tra due fonti di alimentazione. Questo consente un commutazione praticamente istantanea, in pochi millisecondi. Questa velocità è essenziale per applicazioni critiche che non tollerano neanche brevi interruzioni dell'alimentazione. Di conseguenza, gli STS sono particolarmente adatti a settori in cui la continuità dell'alimentazione è fondamentale, come banche, finanza, sanità e centri dati.

Gli STS possono anche essere integrati direttamente nei rack dei data center, offrendo una soluzione compatta ed efficiente per la gestione dell'energia. Le aziende possono quindi garantire l'affidabilità della propria infrastruttura ottimizzando allo stesso tempo lo spazio disponibile.

"La tecnologia STS consente di raggiungere elevati livelli di disponibilità di energia mantenendo i costi sotto controllo", ha dichiarato Xavier Mercier – Direttore Marketing EMEA di Socomec

In un contesto in cui la continuità dell'alimentazione è un fattore chiave per rimanere competitivi, il sistema di trasferimento statico STATYS di Socomec è particolarmente rilevante.

Con oltre 35 anni di esperienza e milioni di ore di uso, Socomec è costantemente impegnata a migliorare i propri prodotti e servizi. La quarta generazione di STATYS garantisce la disponibilità dell'alimentazione senza interruzioni per applicazioni che vanno da 32 a 1.800 A.

Questa gamma è progettata appositamente per ambienti in cui la rete non può tollerare alcuna interruzione.

• L'interruttore statico STATYS garantisce la massima resilienza per una disponibilità totale di energia, soddisfacendo tutti i requisiti di integrazione.
• Ridondanza del microcontrollore, fisicamente separata per una maggiore sicurezza.
• Driver SCR con alimentazioni indipendenti e ridondanti.
• Raffreddamento ridondante con un sistema di monitoraggio del guasto ventilatore.

Oltre 8.000 unità sono attualmente in funzione in tutto il mondo.

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