Особенности модульных ИБП для ЦОДов
В данном обзоре мы проанализируем особенности применения модульных ИБП при построении дата-центров, покажем сильные и слабые стороны данного оборудования, а также представим существующие конкурентные решения. Кроме того, на основании разработанной нами методики мы определим достаточно узкую группу ключевых факторов сравнения, которые реально необходимо принимать во внимание при выборе тех или иных модульных ИБП для построения инфраструктуры ЦОДов.
Здесь необходимо вкратце описать, чем же отличается архитектура модульных ИБП от «классических» систем. В первую очередь нужно понимать, что модульные ИБП изначально разрабатывались таким образом, чтобы обеспечить максимальную отказоустойчивость системы. Они «набираются» из силовых модулей, которые представляют собой полностью независимые полноценные отдельные ИБП, включающие в свой состав стандартные функциональные электронные узлы: центральный процессор, выпрямитель, инвертор, зарядное устройство, электронный байпас и панель управления. Естественно, необходимы также управляющие модули, батарейные модули, множество дополнительных плат и комплектующих. В зависимости от производителя данные составляющие также могут резервироваться.
Ключевым преимуществом модульных систем является их масштабируемость. Мощность системы бесперебойного электропитания (СБЭП) можно выбирать с учетом как текущих потребностей ИТ, так и ее возможного расширения в будущем. Такая возможность управления уровнем развертывания способствует снижению полной стоимости владения. Модульная конструкция обеспечивает большую гибкость при изменении конфигурации инфраструктуры в соответствии с меняющимися требованиями к ИТ-системе. Кроме того, модульные силовые блоки портативны, а доставка устройства по частям, из которой самой тяжелой будет пустая стойка, это совсем не то же самое, что затаскивать многосоткилограммовый, готовый к использованию шкаф. Модульные системы характеризуются автономностью компонентов, стандартизованностью интерфейсов и понятной структурой, что способствует экономии времени и средств при их установке, модернизации, изменении конфигурации или перемещении.
Естественно, данные системы не лишены недостатков, некоторые из них мнимые, а некоторые реальные. Модульность приводит к увеличению количества внутренних электрических компонентов и разъемов, соответственно, появляется больше потенциальных точек отказа. Однако анализ надежности, учитывающий только количество компонентов, является неполным, поскольку нужно еще учитывать следующие особенности модульных систем: компоненты можно вернуть на завод для технического обслуживания и диагностики; количество производимых модульных компонентов значительно превышает количество больших немодульных систем, а при массовом производстве качество традиционно растет; использование модульных компонентов значительно повышает надежность с точки зрения отказоустойчивости, поскольку отдельные элементы дублируются и их отказы не влияют на общую производительность системы. Именно последнее выносится в итоге как ключевой аргумент при рекомендации модульных ИБП для ЦОДов.
У противников модульной топологии есть и другие аргументы, например, использование единой шины переменного тока, которая может стать узким местом. Также необходимо дублировать точку управления, а в случае короткого замыкания в одном из модулей приходится проверять и даже заменять и соседние. Фактически, если попытаться достичь абсолютной надежности, то, скорее всего, система с резервированием, реализованная на «классических» ИБП, теоретически может иметь большее время наработки на отказ. Однако это уже такие запредельные величины, что в реальной жизни не нужны.
Использование модульных решений становится все шире в связи с легкостью их масштабирования, что очень важно для растущего бизнеса. В ситуации, когда перспективность развития направления ЦОДов очевидна, разумнее использовать модульные наращиваемые системы. В сегментах самых больших мощностей модульные ИБП пока еще за редким исключением действительно не «играют», но в сегментах средних, и особенно, малых мощностей они уже очень и очень конкурентны. Но стоит заметить, что есть у них и достаточно серьезный недостаток: они в целом дороже своих «классических визави», и стоимость решения может различаться в разы. Для многих заказчиков это может быть главным аргументом против. Кроме того, появился еще один момент, важность которого последнее время все увеличивается: это требование максимального КПД, в чем большие системы очень и очень преуспели, обеспечивая до 96% эффективность в онлайн-режиме и до 99% — на байпасе. Модульные системы в основной массе близки к таким показателям, но пока еще только близки. Так что квинтэссенцией вышеизложенного будет следующий вывод: выбор модульной системы носит компенсаторный характер. Они несколько проигрывают «классическим» ИБП по ряду параметров, но если заказчиком во главу угла ставится масштабируемость решения или есть проблемы с доставкой и размещением ИБП, то недостатки модульных систем уже не принимаются во внимание.
Критерием отбора оборудования и его классификации в качестве модульных ИБП — наличие «вертикальной» модульности в пределах одного шкафа-стойки. Естественно, данные шкафы в дальнейшем по функционалу ничем не отличаются от «классических» ИБП. В частности, их так же удобно подключать в параллель, существенно наращивая суммарную мощность системы и делая ее пригодной для защиты не только небольших и средних, но и самых больших ЦОДов.
Если же речь все-таки идет о самых крупных монолитных ЦОДах, то действительно, еще относительно недавно общепринятым подходом было использование «классических» ИБП со шкафами по 200 кВА и более. Но последняя практика показывает, что это уже не так: в целом стойки, «под завязку набитые» силовыми модулями, дают вполне достойные суммарные мощности: от 80 до 250 кВА. То есть в соревновании между классическими и модульными ИБП для данного целевого рынка фактор мощности уже не является определяющим. И пожалуй, наиболее экстремальными модульными системами на данный момент можно считать Chloride Trinergy и APC Symmetra MW, у которых фактически нет пределов по построению самых мощных СБЭП для самых крупных ЦОДов.
Стоит отметить, что недавно вышедшая на рынок система Chloride Trinergy стоит несколько особняком, поскольку у нее реализована модульность другого типа. Производитель позиционирует данное решение как модульную систему, что несколько спорно, поскольку, с одной стороны, нарушается основополагающий принцип модульных массивов: несколько силовых блоков один над другим в одном шкафу. С другой стороны, соблюдается «модульный» принцип сбора конечного устройства на месте из нескольких относительно малогабаритных «кубиков», что решает извечные проблемы с обслуживанием и масштабируемостью. Мощность фрейма может достигать 1,2 МВА, а, поставив в параллель 8 систем Trinergy, можно выйти на уровень 9,6 МВт, что должно хватить даже для самых больших ЦОД.
Конкурентное решение у зачинательницы сегмента, компании APC by Schneider Electric — Symmetra MW — на рынке уже несколько лет, и при той же мощности стойки организовано несколько иначе. У данной системы мощность модуля составляет 66,7 кВА, и их можно поместить по 3 в одну стойку. Но при этом стандартный фрейм имеет мощность 400 кВА, а всего в пределах одного фрейма предусмотрено наращивание по модулям до 1,6 МВТ (а с параллелизацией — и до рекордных 12,8 МВА). Конечно же, данные фреймы можно параллелить, наращивая мощность СБЭП практически до бесконечности.
После того как был сделан выбор в пользу масштабируемости, т. е. модульных систем, первым и самым главным шагом в процессе подбора является констатация того, что модульные системы ИБП в инфраструктуре ЦОДов могут применяться в двух различных ипостасях, конкурируя в каждой с различными типами «классических» ИБП. То есть сначала заказчику необходимо принять решение в пользу той или иной концепции, и уже только затем выбирать конкретное устройство из представленных на рынке.
Первый вариант использования — это помещение модульных ИБП прямо в стандартную
Второй, более распространенный вариант использования модульных систем — это построение традиционного «удаленного» решения в виде нескольких обособленных шкафов с силовыми блоками ИБП и батареями. Здесь совсем иной масштаб мощностей, и силовые блоки модульных ИБП начинают измеряться десятками кВА, и чем больше, тем лучше. Вот здесь масштабируемость как раз выходит на первое место, причем как ее возможность, так и легкость ее реализации (вес модулей): если модули будут тяжелей того уровня, когда два человека могут их поменять вручную без применения подъемника, то принципиальная конкурентоспособность модульных систем вообще теряется.
Таким несложным образом мы сразу расщепили все продуктовое предложение модульных ИБП на две группы: маломощные, размещаемые в стандартные
Примером одной из наиболее компактных систем является Tripp Lite SmartOnline SU80KX, где суммарный комплекс из четырех модулей имеет высоту всего лишь 117 см. при ширине 52 и глубине 86 см. Вес SU80KX составляет менее 250 кг, а размещен он на колесиках, что делает его очень мобильным. Такой «малыш» однако параллелизуется до внушительной суммарной мощности в 320 кВА. Коэффициент нелинейных искажений (THDi) у Tripp Lite SmartOnline SU80KX составляет менее 3%, благодаря чему подключаемый ДГУ (что является фактически обязательным условием в ЦОДах) меньше нагревается и работает дольше, что позволяет добиться меньшей стоимости установки путем выбора генератора с мощностью, равной нагрузке (соотношение 1:1,2). Кроме того, стоит отметить высокий КПД системы (94%), и до 97% — в экорежиме.
Компания Socomec UPS недавно отказалась от производства маломощных систем семейства Modulys, которых у нее было рекордное количество — целых пять, различных типов и назначения. Но при этом их мощность не превышала 90 кВА, что ограничивало их применение в дата-центрах, обычно требующих более высоких мощностей. Новое решение Modulys Green Power также состоит из модулей по 20 кВА и может наращиваться вплоть до 240 кВА, что уже может быть интересно для средних ЦОДов. Название Green Power означает, что помимо всего прочего данное решение продолжает линейку устройств Socomec под таким общим «концептом», характерным для всех его новинок. Объединяет их всех очень высокий КПД, а также реализация систем, продляющих жизнь аккумуляторных батарей.
Чрезвычайно активна в этом сегменте компания Delta Electronics, для которой это направление бизнеса очевидно является стратегическим. В данном сегменте вендор продвигает сразу две модульные системы — NH и NH plus. Обе линейки также реализованы на основе
Покажем, какие из десятка ключевых атрибутов критичны в данном случае, и по каким атрибутам модульные ИБП нужно сравнивать, а по каким нет.
- Технология (башня/модульность) влияет на масштабируемость и резервирование, причем чем мощнее система, тем чаще используются «классические» ИБП. В нашем случае все устройства модульные, так что этот пункт спокойно отбрасываем. Если клиент уж решил, что ему нужно модульное решение, значит (с 90% вероятностью) ему нужна масштабируемость, соответственно, это слово стоит употреблять пореже, чтобы лишний раз его не раздражать трюизмом.
- Мощность силового блока и количество блоков в стойкезадает возможную итоговую мощность системы. Фактически здесь есть три группы устройств (стойка до 100 кВА,
120-160 кВА, 200 кВА и более), имеющие различные итоговые мощности СБЭП. После выбора мощности системы конкурентная группа ИБП резко сокращается, так что параметр переходит в статус граничного условия. - Наличие/отсутствие трансформатора. Модульные устройства реализованы на IGBT-транзисторах, так что пункт пропускаем.
- Физические габариты — тут имеют значение не только размеры, но и вес, поскольку увеличивается нагрузка на перекрытия и фальшполы. Для модульного «мейнстрима» (до 120 кВА на стойку) данным пунктом можно смело пренебречь, потому что все они примерно равных габаритов и плюс-минус пару десятков сантиметров или килограмм погоду не делают. Для систем большей мощности нужно смотреть.
- КПД в различных режимах. Важный атрибут, который реально может повлиять на выбор, ведь высокий КПД может превысить все остальные резоны. По данному пункту между «модульками» есть определенное различие, так что этот атрибут обязательно должен включаться в сравнение. При этом вес данного атрибута может заметно меняться. Чаще всего он не столь уж высокий, поскольку у большинства современных модульных систем значение КПД очень близко, соответственно, различие в 1% вряд ли способно переломить чашу весов в ту или иную сторону. Но если «дельта» превысит
2-3%, тогда клиенту действительно стоит задуматься, и это фактор может стать определяющим. - Повышение надежности путем резервирования — это конек модульных систем по определению, поскольку именно на этом основана их концепция. Вместе с тем, именно здесь заложена и возможность поиска ключевого конкурентного преимущества у различных модульных ИБП. Дело в том, что это все же относительно молодая концепция, в которой еще очень много находится на этапе инженерных разработок. Архитектуры основных конкурирующих трендов в развитии модульных систем (их примерно
5–6) реально различаются. В отличие от остального консервативного рынка ИБП здесь постоянно появляется что-то новое. Другой вопрос, приносят ли эти дополнительные ухищрения реальную отдачу в виде повышения надежности, но по крайней мере все это звучит весьма интересно и вполне способно привлечь внимание заказчика. В целом анализ данного фактора наиболее сложен и его лучше всего доверять профессионалам, но нужно также помнить, что здесь много умных слов, многие из которых являются характерными для абсолютно всех без исключения систем, а значит, не могут быть источником конкурентного преимущества. - Развитость средств мониторинга и управления — встроенная поддержка SNMP, Web/XML, сигнальные контакты, Modbus, совместимость с различными средами управления (HP OpenView...), интеграция средств мониторинга ИБП с системами сетевого управления (NMS). В основном у всех представленных в таблице устройств с этим достаточно хорошо, но могут быть нюансы, связанные со спецификой проекта.
- Удобство технического обслуживания. В модульных систем этот параметр возведен в абсолют, ведь именно по этому фактору они существенно опережают «классические» системы. Учитывая, что модули могут меняться даже в горячем режиме одним, максимум двумя сотрудниками, то можно считать, что этот атрибут не может служить для сравнения. И даже если есть различия, все сводится к навыкам, которые быстро нарабатываются.
- Соответствие требованиям стандартов безопасности и электромагнитной совместимости с другим оборудованием. Это особо важно в случае систем, когда ИБП находится непосредственно в стойках с защищаемым оборудованием. Но сейчас мы не рассматриваем такие системы, так что на данном факторе также можно не останавливаться.
- Работа с ДГУ. Дизель-генераторы в связке с ИБП в больших ЦОДах используются практически по умолчанию, поэтому желательно, чтобы у ИБП был низкий коэффициент нелинейных искажений (THD) и близкий к единице коэффициент мощности, что позволяет использовать ДГУ с меньшим запасом по мощности. Модульные системы практически все такие, так что данный атрибут сравнения также в подавляющем числе случаев не учитываем.
Итак, теперь можно сформулировать краткую рекомендацию по выбору (и предложению) модульных систем. Первое: нужно определиться, нужны ли те преимущества, которые предоставляет модульный ИБП при построении ЦОДа. Это очень зависит от заказчика. Например, операторы, строящие ЦОД для предоставления аренды стоек под оборудование сторонних клиентов, скорее всего будут склонны выбирать масштабируемые решения, для того чтобы гибко наращивать систему по ходу подписания договоров.
После выбора в пользу модульных ИБП и суммарной мощности системы, подбирается та группа устройств, у которых суммарная мощность стойки и количество их в параллели дают оптимальную конфигурацию по занимаемой площади и нагрузке на стойку (влияет на КПД). Это наиболее сложный и концептуальный момент, после которого остается решить только несколько «технических» моментов.
После этого ключевого этапа реально нужно только сравнить КПД, дополнительное резервирование систем (включая АКБ), а также мониторинг и управление. Все остальные атрибуты в данном случае у различных систем мало отличаются, а значит, на них можно не тратить особого времени. Поскольку группа оставшихся атрибутов невелика, при необходимости достаточно просто их отранжировать по важности и проставить соответствующие весовые коэффициенты. Затем для каждого устройства заполняем рабочую табличку, где проставляем паспортные значения для каждого устройства. Лучшие характеристики получают высокие баллы, худшие соответственно низкие. Перемножив баллы на вес соответствующих атрибутов и сложив их, можно получить итоговую оценку конкурентоспособности различных модульных ИБП для данного проекта.
Последними (но не по важности) моментами являются итоговая стоимость решения и условия финансирования, вопросы логистики и сервиса, а также личные отношения. Учитывая характер вышеизложенного и то, что модульные ИБП, как мы показали, в основной массе очень достойное оборудование для ЦОДов различного масштаба, скорее всего, именно здесь будет решаться судьба проекта.
Василий Мочар, зам. директора ITResearch
Полная электронная версия этой статьи доступна только для подписчиков. Для получения полной электронной версии статьи сейчас Вы можете оформить запрос.
