conteneurs: unouveau modèle de référence?

Les conteneurs:

état de l’art actuel

SGI - Guy Chesnot - 18 octobre 2011

2

Plan

Un nouveau modèle de référence

Des projets comple(xe/t)s

Aperçu du marché

3

Plan


– Trois modèles de référence

– Avantages économiques des conteneurs

– Avantages « cachés » des conteneurs


Aperçu du marché

4

Trois modèles de référence pour mise à disposition de puissance de traitement informatique

Data Center traditionnel

Extensibilité & Contrôle

Inconvénients perçus

Nouveaux data centers

Temps de mise à disposition

Coût initial d’investissement élevé

Solutions pour le long terme – 20 à 30 ans – faible réactivité

Data centers existants

Pas adaptés en réponse à des changements technologiques

(densité: poids, consommation électrique, refroidissement)

Gâchis de ressources

Pas adaptés aux applications plus sophistiquées et sensibles

à l’environnement

5


Cloud Data Center traditionnel

Extensibilité & Contrôle A la demande

Avantages perçus

Fournisseurs

Extensibilité

Réduction des coûts

Clients

Élasticité des ressources quasi infinie (calcul, stockage, communication)

Dépense exactement selon les besoins

Promesses du futur

Fédération de data centers Clouds avec

-Allocation automatique des ressources

-Accès sécurisé

-Performances optimales

-Adaptation à chaque client

6


Cloud Data Center traditionnel

Extensibilité & Contrôle A la demande

Conteneurs

Modulaire & Mobile

Avantages perçus

Par rapport aux data centers

Pallier les défauts mentionnés

=> Réactivité

Par rapport aux Clouds publics

Proximité

-Des utilisateurs

-Des clients

-Des sources d’information

7

Trois modèles de référence Usages

Cloud Data Center traditionnel Conteneurs

Hyperviseurs

Cloud privé

Analogie avec

électricité

Besoin immédiat

Infrastructure légère

8

Plan






Aperçu du marché

9 9

Densité Consommation Opérations Dissipation

Réduction des coûts de fonctionnement

10

Densité

En cœurs, stockage ou U

– SGI ICE Cube (version 12m de long)

• 40 000 cœurs

• 17 Po

Impact sur puissance électrique, refroidissement, opérations

Avantage du conteneur / DC : Traiter les quatre problèmes ensemble

11

Aparté: PUE – une définition Power Usage Effectiveness - PUE (Source: Green Grid)

PUE = Consommation totale du bâtiment informatique / Consommation des équipements informatiques

DCiE = 1 / PUE

Niveaux d’efficacité

– 3,033% très faible

– 2,540% faible

– 2,050% moyenne

– 1,567% bon

– 1,283% très bon

12 American Power Conversion. www.apc.com

Aparté PUE: un autre motif de perte d’efficacité Le cas des centres de données des États-Unis

Les centres de données traditionnels n’utilisent en moyenne que 30% de leurs capacités

Ils comptent pour 1,5% de la consommation électrique totale du pays, soit 4,5 milliards de $

Années après construction

Capacité électrique installée

Consommation électrique escomptée

Consommation électrique réelle

13

Consommation électrique

But: diminuer le PUE

Voies d’amélioration: liste non exhaustive

Chasse au superflu dans les serveurs – Élimination des composants non nécessaires (serveurs sur mesure)

– Utilisation des équipements à faible consommation (ventilateurs notamment)

Efficacité de la chaîne de distribution électrique – Plus facile avec un conteneur qu’un DC!

– Ne pas considérer qu’une partie de la puissance électrique est indisponible

– Optimisation de l’usage du triphasé

– Minimisation du nombre de conversions du courant • AC-DC conversion dans chaque rack ( -48VDC)

• Inverseur DC-AC pour équipements annexes (Lumières, alarmes…)

– Alimentation directe d’un rack en voltage élevé peut économiser >5%

14

Consommation électrique (suite 1)

– Stratégie UPS visant à l’efficacité et à la fiabilité • >20% du coût de fonctionnement des centres de données traditionnels est lié à la

redondance de la puissance électrique • Placement de la fonction UPS dans le rack: 1 , 2 ou 3 tiroirs de batteries 48VDC par

rack • Même fonction qu’un UPS traditionnel • Attachement direct à la distribution de DC: pas de conversion supplémentaire • Dans un UPS, la conversion en DC et retour en AC perd 6 à 12%

Résultats PUE < 1,16 (SGI ICE Cube) PUE < 1,06 (SGI ICE Cube Air)

Autre mesure de densité: kW/m2 (13 chez SGI)

15 15

Exemple de profil de consommation en pourcentage de la consommation des serveurs

Consommation électrique (suite 2)

12 Racks 24 Racks 30 Racks

Serveurs et stockage 100% 100% 100%

Switches réseau 3,62% 3,59% 3,62%

Console 0,06% 0,06% 0,06%

Batteries 0,03% 0,03% 0,03%

Ventilateurs 2,26% 0,22% 0,02%

Eclairage 0,11% 0,13% 0,11%

Alimentations / conversion 0,36% 0,36% 0,04%

Total 106,42% 106,40% 106,41%

Total: entrée redresseur 113,82% 113,80% 113,81%Total: entrée circuit principal 116,74% 116,72% 116,73%

16

Refroidissement: approche centres de données traditionnels (cf. référence Green Grid)

Flux d’air

Flux d’air sans contrainte

Aile chaude / Aile froide

Flux d’airs confinés

Conteneurs

Possible

Possible

Recommandé

17

(4) M-Racks

Integrated

Hot-Aisle

Containment

(2) Cooling Racks

Water Coil Water Coil

80-in W x 126-in L

Confinement intégré de

l’aile chaude

(2) Racks de refroidissement

(4) Doubles-Racks 2m x 3m (Largeur x Longueur)

Exemple de confinement en salle machine: SGI Altix ICE prochaine génération

18

Refroidissement: approche centres de données traditionnels

Placement du refroidissement

Au niveau du rack

Par rangée

Par salle

Conteneurs

Possible

Sans objet

Par définition

19

Refroidissement “cold sink” au niveau de la lame Liquide froid

Liquide chaud

Tubulure

Exemple de refroidissement au niveau de la lame SGI Altix ICE prochaine génération

Twin

Blade

Manifo

lds Tubulures

Lame double

Refroidissement “cold sink” au niveau d’un tiroir

20

Refroidissement: approche centres de données traditionnels

Évacuation de la chaleur

Eau glacée

Détente directe

Via l’extérieur

Conteneurs

Possible

Possible

Possible

21

Refroidissement: autres approches

Serveurs demi-profondeur – Ventilateurs moins puissants

– Conviennent parfaitement aux conteneurs

Cheminées d’évacuation – Peu conforme aux conteneurs

Globalisation – Des ventilateurs au niveau du

rack

– La globalisation a du bon

Diminuer la consommation électrique! – Phénomène de cliquet

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Refroidissement: approche conteneur classique

Méthodes identiques aux DC traditionnels, mais:

– Calculs des flux plus faciles

– Agencement innovant

– Baies spécifiques

– Régulation automatique eau glacée

Arrivée d’eau glacée

Alimentation électrique (courant alternatif) Réseau informatique

SERVEURS &

STOCKAGE

Refroidissement de l’air par circulation d’eau glacée

Colonne de refroidissement incluant les ventilateurs

23

Refroidissement: approche conteneur classique (suite 1)

Pousser les constructeurs à élargir les intervalles de fonctionnement en

– Température

• => Nécessite moins de puissance de ventilateurs

– Humidité

– Argument commercial

24


Résultat des optimisations

– Moins de contraintes de fonctionnement pour air ambiant et eau de refroidissement 5°c

10°c

15°c

20°c

25°c

30°c

40°c

Eau

Air fourni

Data Center traditionnel

Conteneur ICE Cube SGI Eau

Air en entrée des serveurs

Air fourni

Air en entrée des serveurs

5°c 10°c

15°c

20°c

25°c

30°c

40°c

… …

25


Deux approches de placement Entrelacement racks et refroidissement

– Serveurs dépourvus de ventilateurs – Contrôle précis des flux d’air – Air est refroidi juste avant de passer à travers les serveurs – Permet une température plus élevée dans la boucle d’eau et réduit la

puissance nécessaire à la circulation d’air

Rack

Ve

nti

late

ur é

chan

ge

Plafond de l’ICE Cube R

ack

Ve

nti

late

ur

éch

ange

R

ack

Mu

r d

e l’

ICE

Cu

be

Rack

Ve

ntilate

ur

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ange

R

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Mu

r de

l’ICE C

ub

e

26

Refroidissement: approche conteneur « Air »

Refroidissement

– A l’air ambiant

• Air extérieur

• Dans salle assez vaste et aérée

• Par évaporation: trois étages

– Suffisant sous la plupart des climats et sur toute l’année

27

Refroidissement: approche conteneur « Air » (suite)

– Robinet d’eau de ville

– Régulation sophistiquée

• Quantité d’eau: sans eau si t° extérieure le permet

• Retour d’air chaud éventuellement

• Section adiabatique en option pour augmenter le taux d’humidité le cas échéant (hiver, régions froides)

• Sections de refroidissement à eau glacée ou à détente directe en option

28

Baies

de

51U

Section mécanique Section informatique

Porte – filtre à air

Filtre

Section adiabatique

Prise alimentation

Ventilation

Volet d’air

Climatisation à détente directe DX

Volet d’air by-pass

Porte avec volet d’air reprise

Refroidissement: approche conteneur « Air » SGI ICE Cube Air

29

Opérations

Supervision exhaustive

– Informatique

– Mécanique

– Environnement

Convergence de métiers

– IT & Infrastructure (électrique, mécanique)

– Nouveau modèle de référence ?

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Coût d’acquisition

Avantages des conteneurs

– Intervalle de temps de mise à disposition

• Fabrication

• Déploiement – tout est intégré, pré câblé, pré testé en usine

– Raccordements: électricité, (eau glacée), réseau

– Moins de trois mois après commande

– Adéquation aux besoins en puissance de traitement

31

Plan






Aperçu du marché

32

Souplesse de configuration

Rendement surfacique

Utilisation de la surface au sol

– IT

– IT + mécanique/électricité

– IT + mécanique/électricité + salle de travail

Différents modes de distribution électrique

Différents modes de refroidissement

Accès aux racks par intérieur ou extérieur

Zone de travail

Traitement informatique

Refroidissement

33

Extensibilité

Différences / DC traditionnels

– Changement de la courbe de croissance de l’IT

– Expansion plus aisée

RA

CK

RA

CK

RA

CK

RA

CK

RA

CK

RA

CK

RA

CK

RA

CK

RA

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RA

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RA

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Bar

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lect

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ue

V

enti

late

urs

Module de base

34

Extensibilité: un Data Center du futur ?

35

Extensibilité: un Data Center du futur ? (suite 1)

36

Extensibilité: un Data Center du futur ? (suite 2) Site de 9 MW avec couverture et cheminées

37

Universalité d’emplacement

Provient – Du minimum de besoins de raccordement

– De la grande densité

Variété des emplacements – Extérieur, toutes régions du globe

– Immeuble

– Enterré

=> Réponse à de nouveaux besoins

Conteneurs ISO empilables jusqu’à trois

38

Universalité d’emplacement (suite 1)

Provient – Du minimum de besoins de raccordement

– De la grande densité

Variété des emplacements – Extérieur, toutes régions du globe

– Immeuble

– Enterré

=> Réponse à de nouveaux besoins

Conteneurs ISO empilables jusqu’à trois

39 39


40 40


41


42

Mobilité

Facteurs de mobilité

– Densité

– Universalité d’emplacement

– Standard ISO (pas chez tous les fournisseurs)

Nouveaux modes d’utilisation

– Affectation temporaire: événementiel

– Théâtre d’opérations

– Micro site pour PRA

43

Fiabilité

Nouvelle métrique de fiabilité – Nombre de fois où on ouvre la porte du conteneur

Adapté au fonctionnement d’applications Cloud – Pas de maintenance jusqu’à n% de perte de

composants

=> universalité d’emplacement renforcée – Enfouissement !

44

Empreinte environnementale

Meilleur rendement énergétique

– Conception globale

– Rappel: convergence IT & Infrastructure

Moins de déchets chimiques (SGI ICE Cube Air)

Fin de vie plus facile à gérer que le démantèlement d’un DC traditionnel

45

Plan



– Questions

– Viabilité (exemple)

Aperçu du marché

46

Quelques questions à se poser, auparavant Implantation

Où Plusieurs sites Photos /plans Caractéristiques Vibrations Déplacement Voies d’accès Éventuellement:

– vents violents – Champs électromagnétiques (proximité d’antennes) – Conditions orageuses violentes

47

Quelques questions à se poser, auparavant Basiques

Arrivées – Eau – Alimentation électrique

Niveau de disponibilité souhaité: Tier

Quantités informatiques

– En U – Racks existants – Consommation totale prévue – Consommation électrique à protéger par onduleur

• Durée de secours envisagée

48

Quelques questions à se poser, auparavant Accès

Sécurité des accès

– Clôture / Grillage de protection supplémentaire

– Lecteur de badge

Accessibilité pour maintenance aux

– Équipements informatiques

– Consommables éventuels

– Perturbation de la circulation d’air

49

Quelques questions à se poser, auparavant Incendie

Détection incendie / fumée

Dans les deux sens

Mécanisme d’extinction interne

– Gaz inhibiteur, autres

Protection contre incendie externe

50

Quelques questions à se poser, auparavant Protections diverses

Isolation thermique

Etanchéité en cas d’ouverture des portes

Filtrage de l’air: norme MERV (sas?)

Protection sismique si hors bâtiment

Protection contre la corrosion – Particulièrement important dans le cas de

climatisation par eau glacée ou détente directe

Détection de condensation / fuites

51

Quelques questions à se poser, auparavant Autres

Bilan acoustique à l’intérieur / extérieur

– Contraintes ou législations spécifiques relatives au niveau de bruit

Alimentation électrique (masse(s)?)

Durée de vie prévue

52

Quelques questions à se poser, auparavant Supervision / Alarmes

Par quels moyens? – Ligne téléphonique pour transpondeur des alarmes – Signal sonore – Signal lumineux

Pour qui? – personnes en intervention – extérieur

Sur quels équipements et quelles variables? – PDUs (gestion / activation / alarmes) à distance – Température, hygrométrie – Sécurité d’accès – Sûreté mécanique, électrique

Bouton d’arrêt d’urgence Éclairage interne

53

Quelques questions à se poser, auparavant Supervision / pilotage

A distance

TCP/IP

Intégration à la gestion des bâtiments – Ce n’est plus seulement de l’informatique

54

Plan



– Questions

– Viabilité (exemple)

Aperçu du marché

55

Les conteneurs sont-ils viables?

Du moins, plus qu’auparavant

La densité des technologies informatiques s’accroît

– Rendant le conteneur plus viable

– Mais pas moins complexe

Exemple de client

Objectif

– Centre de données de machines Hadoop et virtuelles

– Déploiement sur le terrain

56

Les conteneurs sont-ils viables? (suite 1)

Auparavant

Constructeur X

3 conteneurs ISO de 12m

Transport par bateau – Déploiement en mois

Nécessite de grands générateurs et une grande puissance de froid

Inadéquation sur le terrain – Poussière et pollen

Maintenant

Constructeur SGI

1 conteneur ISO de 6m

Transport par avion

Refroidissement intégré avec redondance

Générateur de 100 kW

57

Les conteneurs sont-ils viables? (suite 2)

10 Racks

180 Nœuds: 10Meta/170 Calcul + GPU

2 160 cœurs – 1 400 To de stockage

– 9 120 Go de mémoire

Réseau – Données en GigEth

– Cœur 10GigEth

– Gestion GigEth

Refroidissement – 20 tonnes

Pièces de rechange

Châssis pour transport par avion

58

Les conteneurs sont-ils viables? (suite 3) Le contenu du conteneur

6 x 2,4 x 2,55 mètres conteneur ISO empilable: – Module Vestibule rétractable – De 14 à 15 tonnes

Système de contrôle, accès distant Supervision et diagnostic avancés des alimentations Extinction d’incendie Détection d’incendie Verrouillage Isolation thermique Plancher à dalles Onduleur 400Amp Bus de distribution de courant Deux rangées de racks serveurs Section isolée de l’informatique Alimentation 415 VAC, 60Hz

59


Unités de froid verticales – Plusieurs modules intégrés,

indépendants

– Chaque module comprend • Compresseurs

• Évaporateur

• Condenseur

• Contrôle et protection

– Contrôleur général adaptant le nombre de modules en fonctionnement ou en ajustant la capacité du dernier compresseur démarré

– Plus de 75% de chaleur échangée (HEX)

Refroidissement à eau glacé intégré, redondant – Réservoir d’eau intégré

– Possibilité de court-circuit pour raccordement à refroidisseur externe

60


Porte d’entrée sécurisée

Vestibule étendu avec un « rideau d’air » pour repousser la poussière. – Rétractible dans l’aile centrale pour le

transport

Châssis pour transport par avion (optionnel)

Pièces détachées – Calcul

– Réseau

– Refroidissement

Refroidissement (redondance) – Connexion externe vers eau glacée E/S

eau

61

Les conteneurs sont-ils viables? (suite 6) sur le terrain

62

Les conteneurs sont-ils viables? (suite 7) configuration en mode transport

Couverture

du

refroidissement

rétractée

Vestibule rétracté

Ouvertures externes scellées et verrouillées pour le transport

63

Plan



Aperçu du marché

64

Pour quelles raisons acquérir un conteneur

Coût

Problèmes de

– Alimentation électrique

– Refroidissement

– Surface au sol

Réplication

Autre type de problème

65

Pour quelles raisons acquérir un conteneur (suite)

Source: Uptime Institute “Energy Efficiency Strategies Survey Results”

66

Les fournisseurs

Actuellement, dans le monde, plus de fournisseurs que d’acheteurs!

Multiplicité de provenance des acteurs – Constructeurs informatiques traditionnels

– Monde de l’infrastructure

– Sociétés de l’Internet (à venir?)

– = Une nouvelle convergence

67

Liste non exhaustive: Fournisseurs informatiques

Hewlett-Packard: Performance Optimized Datacenter (POD)

SGI: ICE Cube, ICE Cube Air Modular Data Center

IBM: PMDC (Portable Modular Data Center)

Dell: Humidor

Oracle: Sun Modular Data Center (previously Sun “Project Blackbox”)

Bull: Mobull

CISCO

68

Liste non exhaustive: Autres

i/o Data Centers: i/o ANYWHERE Pacific Voice & Data: MCIE (Modular Critical Infrastructure Enclosure)

Solutions and Disaster Recovery Mobile Data Centers Elliptical Mobile Solutions: MMDC (Micro Modular Data Center) Liebert: MDC20-XDR-53 PDI: i-Con Cirrascale: FOREST Containerized Data Center (formally Verari FOREST) Lee Technologies: ITModules Telenetix: T-Cube Universal Networking Services: Datapod Containerized System NxGen Modular: NxGEN600 BladeRoom Group Ltd: Blade Room system IPenergy an Electric Co. : “Hot- coupled” MDS Multiple containers

69

Liste non exhaustive …

Probablement, toutes les solutions impliquent d’autres fournisseurs

– Entrepreneurs

– Tierce partie

Pour le fournisseur principal, il s’agit d’un sport d’équipe

70


Possibilité de naviguer entre les trois modèles au gré des besoins

Extension de l’outil informatique à toute zone du globe: le DC du 21è siècle?

En guise de conclusion

71

Quelques références

PUE – http://www.thegreengrid.org/en/Global/Content/white-

papers/The-Green-Grid-Data-Center-Power-Efficiency-Metrics-PUE-and-DCiE

Qualitative Analysis of Cooling Architectures for Data Centers – http://www.thegreengrid.org/~/media/WhitePapers/Qualita

tive%20Analysis%20of%20Cooling%20Architectures_final.pdf?lang=en

Modular/Container Data Centers Procurement Guide: Optimizing for Energy Efficiency and Quick Deployment – http://hightech.lbl.gov/documents/data_centers/modular-

dc-procurement-guide.pdf

http://www.thegreengrid.org/en/Global/Content/white-papers/The-Green-Grid-Data-Center-Power-Efficiency-Metrics-PUE-and-DCiE























http://www.thegreengrid.org/~/media/WhitePapers/Qualitative Analysis of Cooling Architectures_final.pdf?lang=en



http://hightech.lbl.gov/documents/data_centers/modular-dc-procurement-guide.pdf







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