TABLE DES MATIÈRES 1. Définition 2 2. Quantité de données stockées 2 3. La miniaturisation 3 4. Les enjeux 4 LA MINIATURISATION ET SES CONSÉQUENCES 5 1. Contrainte de climatisation 5 2. Contrainte de filtration 6 3. Contrainte de sécurité incendie 7 4. Contrainte acoustique 7 LES SOLUTIONS 8 1. La disposition des baies 8 2. La ventilation 9 MÉTHODES INNOVANTES 14 NORMES ET RÈGLEMENTATION 15 SOLUTIONS F2A 18
1. Définition Le trafic virtuel a subi une croissance exponentielle ces vingt dernières années. Des milliards de données transitent chaque jour. Du simple protocole FTP aux complexes opérations bancaires, ces échanges de données régissent nos activités quotidiennes. Afin de mutualiser les coûts et de bénéficier des dernières avancées technologiques, la plupart des entreprises choisissent de déléguer à un Datacenter la prise en charge de leurs données virtuelles, en terme de stockage, ou encore de protocoles de transfert. Les Datacenters s organisent en salles informatiques contenant de larges baies de stockage où se trouvent les serveurs. Ce sont ces serveurs qui prennent en charge les données clients. Afin d assurer la disponibilité et la sécurité des données stockées, un Datacenter doit être en fonctionnement 24h/24 et 365 jours par an. La maintenance se fait toujours par section afin de garder active la majorité des baies de stockage. 2 2. Quantité de données stockées Selon la quantité de données à stocker, les caractéristiques d un Datacenter seront différentes : Le type de serveur employé et sa capacité maximale Le système de climatisation et de ventilation La consommation énergétique globale Un Datacenter s étend de 50m² dans le cas d un petit serveur à 20 000 m² pour le Datacenter d Orange à Val de Reuil. Le plus grand Datacenter du monde se trouve au Canada et a une surface de 60 000m². La demande en hébergement est grandissante, mais elle peut aussi être ponctuelle, par exemple dans le cas d une campagne de communication. Les besoins en hébergement de données et en connectivité ont donné lieu à la création de Datacenter mobiles (cf. partie solutions). Il existe différents types de serveurs, qui varient dans leur performance de transmission et leur capacité de stockage. Les derniers en place sont les serveurs lames, possédant une capacité de stockage supérieure aux modèles précédents grâce à la mutualisation des composants logiciel dans un châssis, permettant au serveur d être plus compact. Par exemple, un serveur lame dernière génération pourra stocker 2 To de données. Dans une baie de stockage, on aura 4 ou 5 châssis (boitiers contenant entre 15 et 32 serveurs lames, selon leur taille).
2To Serveur lame 120 à 320 To Baie Dans une seul baie, on peut donc avoir jusqu à 320 To (pour comparaison, environ 480 000 films ou 1,7 milliards de photos). Un Datacenter de télécom peut contenir plusieurs dizaines de baies de stockage. La quantité et l importance de ces données rendent le fonctionnement permanent des baies obligatoire. 3. La miniaturisation 30 à 60 To Châssis 3 2008 2009 2012 Evolution de la quantité de serveur utilisé pour stocker entre 30 et 60 To Source Dell Avec l évolution des procédés technologiques, les capacités de stockage grandissent tandis que la taille des appareils diminue de façon drastique. Evolution de la quantité de serveur utilisée pour stocker entre 30 et 60To Source Dell Bien que cette miniaturisation entraine des gains de place et une simplification des câblages, le dégagement calorifique de chaque serveur est démultiplié.
Gigaoctet Evolution de la capacité de stockage moyenne Source Grx.xrd L augmentation du dégagement calorifique des serveurs est directement liée à l augmentation de la capacité de stockage des équipements informatiques. Quantité de données stockées par baie Dégagement calorifique par baie Années 90 2013 Entre 1 et 100 Go 80-120 To (soit 1 200 fois plus que dans les années 90) 0.5kW-2kW 10 à 20kW (soit 10 fois plus que dans les années 90) 4 4. Les enjeux (note : 1To = 1000Go) Une étude menée en 2011 par Emerson network a permis d estimer le coût d une panne dans un Datacenter. Elle a été réalisée sur 41 Datacenters de plus de 760m², dans différents domaines d activité (vente en ligne, télécoms, médias ) et situés dans différents pays. On a ainsi pu évaluer qu une panne dans un Datacenter coûte environ 5600$ par minute. Le coût moyen d une panne est estimé à 505 000$. Ces valeurs sont basées sur une multitude de facteurs incluant : Perte ou corruption des données Perte de productivité Dommages matériels Détection de la cause principale de la panne et actions de récupération Répercutions légales et de régulation Perte de revenus Répercutions à long terme sur la réputation et la confiance des clients
La ventilation d un Datacenter est donc bien liée à des enjeux économiques réels et au bon fonctionnement des équipements informatiques. Ainsi, afin de garantir un fonctionnement permanent du Datacenter, des groupes électrogènes sont installés en parallèle du système d alimentation classique des serveurs. Ils interviennent dans le cas d une surcharge ou d une panne du réseau d alimentation publique. LA MINIATURISATION ET SES CONSÉQUENCES 1. Contrainte de climatisation Le fonctionnement d un Datacenter doit répondre à plusieurs exigences : de précision, de fiabilité, de maintenance rapide. 5 Afin de garantir un fonctionnement efficace des machines, la température des ordinateurs et l humidité doivent être contrôlés avec minutie, les valeurs demandées sont très précises et la climatisation doit être contrôlée à +/- 1 C près : Température Hygrométrie 20 à 26 C 50 à 60% HR (Note : HR = Humidité Relative) La chaleur émise par les équipements informatique est importante et extrêmement concentrée du fait de l espace réduit de stockage, ainsi, sans ventilation efficace, on peut atteindre les 35 C dans la pièce. Or le matériel requiert une température de fonctionnement comprise entre 20 et 26 C, une hygrométrie comprise entre 50 et 60% d humidité relative et une très grande pureté de l air. La ventilation, le refroidissement et la qualité d air de ces installations sont donc primordiaux, mais à la fois coûteux à la conception, à l entretien et en énergie. Les deux enjeux du refroidissement sont : l efficacité et l économie d énergie. L humidité de l air est contrôlée, car les écarts de température entre l avant et l arrière des baies peuvent créer des surcharges d électricité statique due à l évaporation des particules de vapeur d eau.
2. Contrainte de filtration Le niveau de filtration est de type G4, suivant la mesure décrite dans le document EN 779:2012. Le taux de particules dans l air peut grandement influer sur le type de refroidissement choisi pour un Datacenter (cf. free cooling). L implantation géographique est donc un facteur important. 6 Carte des concentrations en particules en Europe Source Efficient Datacenter Les filtres sont positionnés soit en entrée d air après les grilles extérieures, soit derrière les ventilateurs soufflant l air frais dans la salle des serveurs afin d éviter toute interférence avec le matériel informatique. Une mauvaise filtration entraine un dépôt de particules sur les machines, encrassant les systèmes. Si l humidité relative est trop élevée, cette poussière se remplit d eau et devient conductrice, ce qui peut endommager le matériel informatique.
3. Contrainte de sécurité incendie L extinction d un incendie dans un Datacenter tourne autour de deux enjeux majeurs : le fonctionnement en continu des serveurs, pendant l extinction, et l utilisation d éléments anti incendie non conducteurs, afin qu ils n abîment pas les composants du serveur. Plusieurs solutions peuvent être mises en place selon la taille du Datacenter et la densité des racks. Il existe plusieurs techniques pour pallier les dommages des méthodes d extinction classiques : - La diffusion d eau à haute pression : non conductrice, cette solution préserve les équipements électroniques. - L exposition par gaz inerte : Inergen. Ce composé baisse le taux d oxygène dans la pièce, ce qui conduit à l étouffement du feu. Afin de ne pas contribuer à un apport d oxygène, le réseau de ventilation doit être étanche (Classe 3 selon l EN1751) 4. Contrainte acoustique Les Datacenters présentent une concentration de machines bruyantes (Serveurs, climatisation, générateurs de secours). Afin de garantir un cadre de travail calme et réduire les nuisances acoustiques extérieures, des mesures doivent être prises pour réduire le niveau sonore émergent des équipements informatiques. Ces objectifs sont fixés par un bureau d étude. Pour les Datacenter situés en ville, le niveau sonore émergent du bâtiment est déterminé par la réglementation du voisinage (décret 2006-1099 du 31 août 2006). 7
LES SOLUTIONS 1. La disposition des baies a. Allée chaude/froide Il existe des dispositions couloirs chauds/ couloirs froid. Au travers d un sol perforé on insuffle l air froid, qui en traversant la baie, se réchauffe et est extrait par le haut de la salle de la rangée suivante. Cette disposition peut être complétée par des séparations physiques entre les couloirs. 8 Source : VroomBlog b. Disposition en armoire La disposition la plus économique en matière d énergie reste celle consistant à enfermer deux lignes de baies à l intérieur d une armoire réfrigérante, et à extraire l air chaud sortant de l armoire par le haut de la salle. Cette méthode permet une perte minimale d énergie, car l air frais est spécifiquement orienté vers les serveurs à refroidir et seul l air chaud est extrait après passage au travers de baies. Source ANAE
c. Ancienne disposition Dans le cas de Datacenters dont la construction est ancienne, des dispositions moins efficaces et moins coûteuses existent, comme insuffler l air frais par le plafond et extraire l air chaud par un conduit parallèle, au plafond également. Cette méthode crée beaucoup de perte d énergie car l air chaud et l air froid se mélangent rapidement et sont extraits ensembles. Elle reste néanmoins moins couteuse à mettre en place. Dans ces cas-là, les baies sont placées en allées, dans un souci d économie de place, mais ne suivent pas de disposition d extraction spécifique. Type de disposition Armoires Allées chaudes/froides Efficacité de refroidissement ++ Empêche l air chaud de revenir dans la baie, concentre l air froid vers les points chauds + Concentre l air froid vers les points chauds Coûts de mise en place + Investissement plus conséquent, achat des armoirs contenant les baies ++ Pas besoin d investissement autre que le faux plancher et l unité de refroidissement, mise en place peu onéreuse 9 Coûts de fonctionnement ++ Aucune perte de charge, air chaud et air froid sont physiquement séparé + Pas de séparation physique, possibilité qu un peu d air froid soit extrait avec l air chaud : perte de charge 2. La ventilation On peut dégager plusieurs stratégies permettant de refroidir un Datacenter, appliquées selon les objectifs recherchés (éco-ventilation/ efficacité de ventilation/ coûts de maintenance/ sécurité du Datacenter); 3 méthodes de refroidissement peuvent être envisagées. a. Les méthodes dites de ventilation classique Ces stratégies sont mises en place dans la plupart des Datacenters. Elles comprennent une unité de refroidissement qui amène l air extérieur à la température idéale pour le matériel informatique et des batteries de ventilateurs qui le diffusent jusqu à la salle contenant les serveurs. Le soufflage se fait par le haut ou par le bas de la salle, et l extraction use du phénomène naturel de stratification.
Soufflage au travers d un faux plancher La station de refroidissement se trouve en dessous de la salle informatique et l air est acheminé au moyen d un plénum d une hauteur variant entre 60 et 120cm. L air est ensuite diffusé dans la salle au travers d un sol perforé au niveau des baies de stockage. L air neuf traverse les baies arrangées en allées ou enfermées dans des armoires et assure leur refroidissement, puis, une fois réchauffé, il est extrait par le plafond ou repris grâce à une série de registres, et servira à chauffer une autre partie du bâtiment, ou sera refroidi à nouveau. Source Sanity Technology 10 Soufflage d air frais par le plafond L apport d air frais se fait par le plafond de la salle. Il traverse les baies arrangées en allées ou enfermées en armoire, où il est réchauffé, puis extrait encore par le plafond, au travers d un conduit différent de celui d apport d air frais. Il est ensuite acheminé jusqu aux centrales de refroidissement, puis à nouveau insufflé dans la salle. Source Liberty Ind
Ces stratégies sont les plus utilisées car elles peuvent être facilement mises en œuvre dans les Datacenters de moyenne et grande taille, à des coûts maitrisés, autant lors d une mise à niveau d un système de refroidissement que lors de la construction du Datacenter. Méthode alternative: la ventilation basse vitesse Elle est mise en place dans des Datacenters en cours de construction, car elle nécessite un agencement spécifique. L unité de refroidissement est placée sous la salle de stockage et diffuse l air refroidi par les centrales de traitement d air, à très faible vitesse au travers d un plancher perforé (plénum). Cette méthode permet une économie d énergie considérable, car elle ne demande qu un débit de ventilation très faible. Les phénomènes de convection et de surpression facilitent l extraction par le plafond ; l air chaud est alors dirigé vers l extérieur ou repris à l intérieur du système où il sera refroidi et à nouveau diffusé dans le bâtiment. Afin de limiter les pertes de charge, les registres utilisés pour orienter le flux d air doivent être de grande taille, de manière à avoir le moins de pertes de charge possible. Vue en coupe d un Datacenter utilisant le système de ventilation à basse vitesse : 11 Reprise de l air chaud sorti des baies pour être à nouveau refroidi, ou utilisé pour le chauffage des locaux Baie de stockage Registre de type tertiaire avec une étanchéité de classe 1 à 3(selon EN 1751) selon le type d extinction d incendie Sortie d air chaud Entrée d air 60cm-120cm Ventilateurs Plénum perforé/ arrivée d air frais
b. Le Free Cooling Entrée d air Il s agit d une stratégie permettant des économies d énergie substantielles. Cette méthode utilise l air extérieur pour refroidir le Datacenter. Elle est extrêmement économique mais sont utilisation est optimum lorsque la température extérieure est inférieure à 13 C. Un programme se charge d analyser la température extérieure et lorsqu elle est suffisamment basse, la régulation adapte le système de climatisation (inverter) via un fonctionnement modulant. Cette méthode peut être couplée à une ventilation à débit constant. Afin de limiter les pertes de charges, les registres et les grilles extérieures de prise d air doivent avoir des surfaces libres suffisamment importantes. Sortie d air Principe du free cooling Source efficient Datacenter Dell a mené des expériences de refroidissement d un Datacenter avec une stratégie de free cooling uniquement. Au nouveau Mexique, où les températures sont pourtant élevées, allant de 23.3 C à 33.3 C et où l humidité est fluctuante, avec des variations de 4 à 90% d humidité relative, l expérience s est déroulée sur une durée de 10 mois sans augmentation du nombre de pannes des serveurs et sans diminution de leur rendement. 12 c. Le rack confiné Il est généralement utilisé pour des applications mobiles de Datacenter. Il est compris d une entrée d air frais haute, avec un flux descendant aspiré par le bas de l armoire. Ce flux d air passe au travers des «points chauds» du rack où il est à nouveau refroidi en haut puis réinjecté dans le circuit. Cette même stratégie de refroidissement est parfois remplacée par un système hydraulique. On constate en effet que la conductivité thermique de l eau est 500 fois supérieure à celle de l air.
Récapitulatif des différentes stratégies de refroidissement : Type de ventilation Efficacité de refroidissement Soufflage par le haut Moyenne : perte d efficacité due au mélange de l air chaud et froid Classique Soufflage par un faux plancher Bonne : suivant la disposition des racks Ventilation basse vitesse Très bonne : armoires réfrigérées Free cooling Bonne : lorsque T extérieur inférieur à 13 C Rack-confiné Très bonne : refroidissement individuel, cible les points chauds de la baie Coûts de mise en place Faibles Moyens Elevés Faibles Achat des racks Coûts de fonctionnement Elevés Moyens Faibles Très faibles Elevés Eco-viabilité (PUE) Faible Moyenne Elevée Elevée NR L efficacité d un Datacenter est mesurée au moyen d un indicateur appelé PUE (Power Usage Effectiveness). Il qualifie l efficacité énergétique d un Datacenter. C est un des éléments de l informatique éco-responsable. 13
MÉTHODES INNOVANTES La chaleur émise par les Datacenters est en quelques points du globe, récupérée au moyen d un système hydraulique et acheminée parfois dans un rayon d un kilomètre, aux bâtiments l entourant, les approvisionnant en eau chaude et en chauffage. Ces pratiques ont notamment été mises en place dans les Datacenters d Helsinki et du val d Europe. Dans le Datacenter du LPSC à Grenoble, l air chaud extrait est aussi récupéré au moyen d un ensemble de registres qui le réoriente vers des salles habitées du bâtiment. 14 Google, dans une stratégie innovante, a équipé son Datacenter du comté de Douglas (USA) d un système d épuration de l eau servant à la climatisation. Ils peuvent ainsi détourner 30% des eaux usagées de la ville avoisinante pour faire tourner leur système de ventilation, tout en la recyclant et en la rejetant dans la rivière la plus proche.
NORMES ET RÈGLEMENTATION DOSSIER DATACENTER CONTRAINTE D ÉTANCHÉITÉ : Norme EN 1751 L étanchéité à l air d un registre est définie par la norme EN 1751. Le débit de fuite est mesuré en amont et en aval au travers d un registre fermé, puis classé en 4 catégories (voir ci-dessous) 10000 Classe 4 Classe 3 Classe 2 Classe 1 Pression en Pa 1000 15 100 1 10 100 1000 Débit de fuite en l.s-1.m-2 Dans le cas de l extinction d un incendie par composé inerte, le taux de fuite doit être le plus faible possible, afin de limiter l apport d air extérieur
NORMES DE FILTRATION : Norme EN 779-2012 Elle décrit les efficacités de filtration minimale des filtres F7, F8 et F9. Elle contribue également à résoudre le problème des filtres synthétiques chargés d électricité statique en imposant une classification basée sur cette valeur. Arrêté du 25 juin 1980 - Article CH38 Il décrit les contraintes de filtration pour les centrales d air traitant plus de 10 000m³/h. Il explicite également les conditions d utilisation des filtres M4 : «Les filtres dont les matériaux sont de catégorie M 4 ou non classés peuvent toutefois être utilisés à condition que l installation comporte en aggravation des dispositions prévues au 1 ci-dessus : - soit un clapet assurant un coupe-feu de traversée de 30 minutes à la place du registre métallique ; - soit le maintien du registre métallique complété d un dispositif approprié d extinction automatique asservi au détecteur autonome.» http://www.legifrance.gouv.fr/affichtextearticle.do;jsessionid=9c7d85564e5e243e73b63e3062f6e17c.tpdjo07v_2?i darticle=legiarti000020304647&cidtexte=legitext000020303557&datetexte=20100122 EUROVENT 4/5 16 L Eurovent 4/5 est une adaptation de l ASHRAE 52-76,il classifie les pré-filtres en 4 classes, selon leur Arrestance moyenne de poussière. Les filtres sont eux classés en 5 catégories. Cette norme est à la base de la plupart des standards nationaux de filtration. http://www.eurovent-association.eu/fic_bdd/document_en_fichier_pdf/rec20%20classification%20of%20 Air%20Filters%202012_13365506490.pdf DOCUMENT D AIDE À LA CONCEPTION D UN DATACENTER ET DE SES MÉTHODES DE VENTILATION : Pacific Gas and Electric Company Ce document rassemble diverses méthodes tant dans la conception d un Datacenter, que dans les différentes dispositions optimales de refroidissement du matériel informatique. http://hightech.lbl.gov/documents/data_centers/06_datacenters-pge.pdf
Aide à la conception d une ventilation reposant sur le Free Cooling Ce document décrit les installations d un Datacenter de LPSC (Laboratoire de Physique Subatomique et de Cosmologie de Grenoble). Il explique les différentes façons de mettre en place un système reposant sur le Free cooling. http://lpsc.in2p3.fr/tests/images/support_activites_scientifiques/informatique/pdf/2011-ecoclim-francais-article. pdf NORME ACOUSTIQUE : Bruit de voisinage, décret n 2006-1099 du 31 août 2006 Ce décret régule le bruit des équipements de ventilation lorsqu ils sont à proximité d une zone habitée. La limite applicable est de 30dB(A) à l extérieur du bâtiment. Il existe deux cas d application de correctifs : L établissement est contigu à un local d habitation : les valeurs maximales d émergence ne peuvent être supérieures à 3 db dans les octaves normalisées de 125 Hz à 4000 Hz (décret de 1998) L établissement n est pas contigu à un local d habitation : l émergence globale ne doit pas dépasser 5 décibels au dessus du bruit ambiant entre 7 h et 22 h, et 3 décibels de 22 h à 7 h avec une pondération pouvant augmenter le seuil de 9 db selon la durée de la nuisance (décret de 1995 modifié) 17 http://www.legifrance.gouv.fr/affichtexte.do?cidtexte=jorftext000000459023&datetexte=&categorielien=id Bruit au travail, décret n 2006-892 du 19 juillet 2006 Cette réglementation fixe : la valeur limite d exposition des travailleurs au bruit à 87 db(a) et à 200 Pa pour la pression de crête. les valeurs d exposition supérieures déclenchant l action à 85 db(a) et 140 Pa pour la pression acoustique. En cas de dépassement, l employeur a alors l obligation de mettre en œuvre des mesures afin de réduire l exposition au bruit. les valeurs d exposition inférieures déclenchant l action à 80 db(a) et 112 Pa. S
SOLUTIONS F2A Registres tertiaires Registre d isolement tertiaire grandes dimensions PLS Grande dimension 2000x1950 mm Etanchéité amont-aval classe 3 (selon EN 1751) résistant à une pression de 2 000Pa En option, registre motorisable Registres pouvant être couplés pour des applications spécifiques : registre couplé à des grilles : pare-pluie, anti-volatile registre couplés à des plans filtrants (efficacité G4 à F7) 18 Silencieux, Baffles Les baffles SONIE BS s installent dans les réseaux aérauliques et permettent d atténuer les nuisances sonores générées par le système de ventilation Tests en laboratoire indépendant (EN 7235) Facile à installer : 35% plus léger Meilleures atténuations en basses fréquences Protection anti-érosion Classement au feu A2 Départ usine 48 72 h pour les dimensions standards
Grilles acoustique SONIE GNB Complément d atténuation en fin de réseau Composée d un isolant en laine minérale à l intérieur des lames Dispositif anti volatile Gain acoustique en mettant en série deux grilles Performances acoustiques testées en laboratoire indépendant (EN 7235) Protection anti-érosion : tôle perforée située en sous-face des lames 19 Grilles entrée/sortie d air GN/GH Pertes de charge optimisées Pare-pluie Grille anti-volatile Grandes dimensions sans renfort intermédiaire Montage possible ac un piège à son, registre ou clapet anti-retour Cadre et lames en acier galvanisé