Atti del seminario - Ordine ingegneri della Provincia di Roma

Seminario
Il System Engineering
Una disciplina nata per i programmi spaziali ma applicabile a tutti i settori
dell’Ingegneria
Il System Engineering applicato ai Data Center
Ing. Francesco De Angelis - EMNE PhD Student
29.01.2014
Indice degli argomenti:
• Parte 1: Panoramica sul concetto di Data Center
• Parte 2: Stato dell’arte
• Parte 2.1: Infrastruttura del Data Center
• Parte 2.2: Pianificazione di un Data Center
• Parte 3: Tecniche di ottimizzazione per l’infrastruttura del Data Center
• Parte 4: Esperienza dal campo
• Parte 5: Il System Engineer nei Data Center
• Parte 6: Conclusioni
• Parte 7: EMNE PHD Course
• Parte 8: Bibliografia
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Il System Engineering applicato ai Data Center
29.01.2014
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Parte 1: Panoramica sul concetto di Data Center
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Il System Engineering applicato ai Data Center
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Parte 1: Panoramica sul concetto di Data Center
“Il Data Center è un luogo fisico attrezzato con tutte le infrastrutture e gli
impianti di base idonei ad alloggiare i principali elaboratori elettronici delle
informazioni di una o più organizzazioni, oltre ai componenti associati quali
sistemi di telecomunicazione e di memorizzazione.”
TIA (Telecommunications Industry Association) ha
recentemente pubblicato la normativa, denominata TIA-942
“Telecommunications Infrastructure Standard for Data
Centers”
(Normativa
per
le
infrastrutture
di
telecomunicazione dei Data Center). Questa normativa
utilizza la topologia mostrata nella Figura a lato per
descrivere il Data Center. La TIA-942 normalizza i seguenti
ambiti:
 Lo spazio riservato al DC e il suo layout
 L’infrastruttura relativa al cablaggio
 L’affidabilità e l’ambiente circostante
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Parte 2: Stato dell’Arte
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Parte 2: Stato dell’Arte
Parte 2.1 – Infrastruttura del Data Center
L’infrastruttura fisica di un data center (DCPI) è il nodo centrale su cui si basa il
mondo dell’Information Tecnology e rappresenta uno stato critico delle attività IT
affidabili. Attualmente rappresenta una zona di crescita non controllata e pianificata
Gli elementi costitutivi dell’infrastruttura del Data Center sono:
 L’ Alimentazione
 Il condizionamento
 Infrastruttura fisica e Rack
 Sistema di protezione incendio e spegnimento
 Sistema di Sicurezza
 Cablaggio
 Management:
 Building Management Systems (BMS)
 Network Management Systems (NMS)
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Parte 2: Stato dell’Arte
Parte 2.2 - Pianificazione di un Data Center
Allo stato attuale si ha una situazione di progettazione unica ed esclusiva; solo da
poco tempo si guarda verso la direzione di una progettazione modulare
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Parte 2: Stato dell’Arte
Parte 2.2 - Pianificazione di un Data Center
La tendenza, da poco sviluppata, è quella di rendere i data center sempre più
modulari introducendo i concetti di:
 Scalabilità
 Flessibilità
 Portabilità
Questo al fine di ridurre i costi di costruzione ed operativi. Intraprendere un
progetto avendo la possibilità di scegliere tra una serie di opzioni progettuali
standardizzate che semplifica notevolmente il lavoro, in quanto:
 consente di adoperare un linguaggio comune per allineare gli obiettivi
 incentivare la cooperazione e la partecipazione degli interessati e semplificare
la definizione dei giusti compromessi tra gli obiettivi progettuali.
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Parte 3: Tecniche di ottimizzazione per
l’infrastruttura del Data Center
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Parte 3: Tecniche di ottimizzazione per
l’infrastruttura del Data Center
Per un'organizzazione, il valore commerciale è in genere imperniato su tre
obiettivi principali:



Aumento delle entrate
Riduzione dei costi
Migliore sfruttamento delle risorse
Per raggiungere in modo “sistematico” questi tre obiettivi si ha la necessità di
pianificare il progetto relativo all’infrastruttura del D.C.
La Pianificazione può essere divisa in due fasi:
A) Preparazione
B) Progettazione
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Parte 3: Tecniche di ottimizzazione per
l’infrastruttura del Data Center
Fase A
Preparazione
Fase B
Progettazione
Determinazione
parametri informatici
Determinazione
delle esigenze e
richieste del
cliente
Sviluppo concetto di sistema di
infrastruttura fisica attraverso l’uso
di progetti standard
Determinazione
delle specifiche
Generare il
progetto di
dettaglio
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Parte 3: Tecniche di ottimizzazione per
l’infrastruttura del Data Center
Fase A
Preparazione
Capacità
Strategicità
Piano di
crescita
Parametri Informatici
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Parte 3: Tecniche di ottimizzazione per
l’infrastruttura del Data Center
Fase A
Preparazione
Scelta
del
Progetto
Standard
Congruenza
con i
parametri
informatici
Aspetti legati all’affidabilità,
disponibilità e manutenibilità
Scelta
del
Layout
Fisico
Sviluppo del concetto di sistema di infrastruttura
fisica
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Parte 3: Tecniche di ottimizzazione per
l’infrastruttura del Data Center
FaseB
Progettazione
Preferenze
Limitazioni
Aspetti che l’utente
desidera, ma che può
mutare a valle di
nuove informazioni
Aspetti
legati
alle
normative, ai costi ,alle
strutture
Determinazione delle esigenze e richieste del
cliente
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Parte 3: Tecniche di ottimizzazione per
l’infrastruttura del Data Center
FaseB
Dettagli specifici del
Cliente
Progettazione
Specifiche
Standard
•
•
Specifiche
Cliente
Conformità alle
Normative
Competenze Tecniche
•
•
Progetto dettagliato
•
Elenchi dettagliati dei
componenti
Planimetria
con
la
disposizione esatta dei
Rack
Istruzioni dettagliate di
installazione
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Parte 3: Tecniche di ottimizzazione per
l’infrastruttura del Data Center
I concetti fin qui presentati si riassumono nel Modello di Crescita di un Data Center. Questo
modello permette l’analisi del TCO-Total Cost of Ownership
Installazione graduale
con risparmi sul costo
di esercizio TCO
Carico Finale Massimo
Carico Previsto Media
tra CF e CI
Carico Iniziale Minimo
I punti 1-2-3 definiscono i parametri informatici
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Parte 3: Tecniche di ottimizzazione per
l’infrastruttura del Data Center
Il Modello di Crescita di un Data Center viene affiancato dal seguente grafico a torta che
definisce le singole voci che compongono il TCO.
Analisi del costo di
esercizio TCO per
una DCPI Tier 4
Le scelte legate all’affidabilità ( TIER I-IV) influenzano il costo di esercizio (TCO) di un Data Center
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Parte 3: Tecniche di ottimizzazione per
l’infrastruttura del Data Center
Efficienza:
P.U.E.(Power Usage Effectivness)= Fattore di efficienza energetica
′
Potenza Elettrica Assorbita dall intero impianto
P.U.E.= Potenza Elettrica impegnata dalle apparecchiature informatiche
Valore
1,2
1,5
2
2,5
3
Livello
Molto
efficiente
Efficiente
In
Media
Inefficiente
Molto
Inefficiente
Efficacia:
TIER:Fattore di Classificazione di disponibilità di servizio (Uptime
Institute,Inc-USA)
Livello
TIER I
TIER II
TIER III
TIER IV
Disponibilità
99,671%
99,749%
99,982%
99,995%
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Parte 4: Esperienze dal campo
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Parte 4: Esperienze dal campo
Quanto finora presentato è ciò che si sta sviluppando negli ultimi anni nell’ambito
della progettazione dei Data Center.
Ad oggi l’esperienza del campo porta alle seguenti considerazioni:
 Mancanza di pianificazione
 Assenza di un piano di crescita
 Mancanza e/o Assenza del flusso di informazioni relative agli assorbimenti elettrici e
di raffreddamento
 Mancanza di sinergia tra i segmenti che compongono l’infrastruttura del Data Center
 Pressione crescente sui tempi di realizzazione dell’installazione degli apparati
Tutto ciò si traduce in :
 Aumento dei costi di gestione dell’infrastruttura
 Crescita caotica
 Gestione non ottimizzata della manutenzione con conseguente aumento del
rischio del fermo operativo del Data Center con perdite economiche rilevanti
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Parte 4: Esperienze dal campo
Esempi di situazioni di Data Center «caotici»
 Allestimenti interni ai Rack con cablaggi non organizzati e multicolore-(Random
wire organization)
 Mancanza di organizzazione sotto la pavimentazione flottante
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Parte 4: Esperienze dal campo
Esempi di situazioni di Data Center «organizzati»
 Cablaggi aerei ordinati sia nei percorsi che nei colori
 Cablaggi interni ai rack consistenti in colorazione ed organizzazione
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Parte 5: Il System Engineer nei Data Center
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• Parte 5: Il System Engineer nei Data Center
L’applicazione del concetto di System Engineer secondo la norma MIL-STD-499-B è
espresso come nello schema in figura:
Processi del System Engineer:
 Determinazione Input
 Acquisizione/Elaborazione
 Output
Fase di Acquisizione Dati:
 Requirements Analysis
 Functional Analysis
 Synthesis
 System Analysis
E’ una fase iterativa e denota il
grado di maturità di un processo
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• Parte 5: Il System Engineer nei Data Center
La Pianificazione di Progetto secondo la ISO/IEC 15288:2008 è riassunta nel seguente
Diagramma di Contesto
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• Parte 5: Il System Engineer nei Data Center
La Pianificazione di Progetto di un Data Center può essere riassunta, in questo modo:
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Parte 6: Conclusioni
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Parte 6: Conclusioni
Nella progettazione di un Data Center si ha la necessità di sviluppare una corretta strategia,
di tipo olistico, per il conseguimento della massima efficienza ed efficacia.
I campi su cui si opera riguardano:




Continuità operativa
Sistemi di raffreddamento
Monitoraggio e Controllo dei Consumi
Analisi Costi
Al fine di ottenere lo scopo prefissato si ha la necessità fornire tutte le informazioni
necessarie per prendere le decisioni efficaci ed efficienti al fine di ottimizzare i consumi e
gestire le risorse.
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Parte 6: Conclusioni
Tabella relativa all’analisi dei costi di una soluzione convenzionale rispetto a una soluzione
integrata SmartAisle in un’implementazione IT da 160 kW
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Parte 7: ELECTRICAL, MATERIALS AND NANOTECHNOLOGY ENGINEERING
(EMNE) Course - Università «Sapienza» di Roma
Il Dottorato EMNE è di nuova attivazione e si costituisce con l'obbiettivo di definire un terzo
livello di formazione di tipo fortemente multidisciplinare, mirato all'approfondimento di
tematiche di ricerca in settori dell'ingegneria industriale che spaziano dall'ingegneria delle
materie prime e dei materiali, alle tecnologie avanzate, all'ingegneria elettrica.
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Parte 8: Bibliografia
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Uptime Institute:Tier Classifications Define Site Infrastructure-1
White Paper TIA-942 Data Center Standards overview
White Paper 142-Progetti di Data Center: Pianificazione del Sistema- APC by Schneider Electric
White Paper 143: Progettazione dei Data Center Modello di Crescita-APC by Schneider Electric
INCOSE Systems Engineering Handbook v. 3.2.2
MIL-STD-499B: Military Standard System Engineer
CSC_Paper_1_2013- www.EmersonNetworkPower.eu.
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