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SeminarioIl 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 Student29.01.2014
29.01.2014
Indice degli argomenti:
Il System Engineering applicato ai Data Centerpag. 2
• 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
Ing.Francesco De Angelis
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Il System Engineering applicato ai Data Centerpag. 3
Parte 1: Panoramica sul concetto di Data Center
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Parte 1: Panoramica sul concetto di Data Center
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“Il Data Center è un luogo fisico attrezzato con tutte le infrastrutture e gliimpianti di base idonei ad alloggiare i principali elaboratori elettronici delleinformazioni di una o più organizzazioni, oltre ai componenti associati qualisistemi di telecomunicazione e di memorizzazione.”
TIA (Telecommunications Industry Association) harecentemente pubblicato la normativa, denominata TIA-942“Telecommunications Infrastructure Standard for DataCenters” (Normativa per le infrastrutture ditelecomunicazione dei Data Center). Questa normativautilizza la topologia mostrata nella Figura a lato perdescrivere il Data Center. La TIA-942 normalizza i seguentiambiti: 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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L’infrastruttura fisica di un data center (DCPI) è il nodo centrale su cui si basa ilmondo dell’Information Tecnology e rappresenta uno stato critico delle attività ITaffidabili. 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)
Parte 2.1 – Infrastruttura del Data Center
Parte 2: Stato dell’Arte
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Parte 2.2 - Pianificazione di un Data Center
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Allo stato attuale si ha una situazione di progettazione unica ed esclusiva; solo dapoco tempo si guarda verso la direzione di una progettazione modulare
Parte 2: Stato dell’Arte
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Parte 2.2 - Pianificazione di un Data Center
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La tendenza, da poco sviluppata, è quella di rendere i data center sempre piùmodulari introducendo i concetti di:
Scalabilità Flessibilità Portabilità
Questo al fine di ridurre i costi di costruzione ed operativi. Intraprendere unprogetto avendo la possibilità di scegliere tra una serie di opzioni progettualistandardizzate 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.
Parte 2: Stato dell’Arte
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Parte 3: Tecniche di ottimizzazione per l’infrastruttura del Data Center
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Per un'organizzazione, il valore commerciale è in genere imperniato su treobiettivi principali:
Aumento delle entrate Riduzione dei costi Migliore sfruttamento delle risorse
Per raggiungere in modo “sistematico” questi tre obiettivi si ha la necessità dipianificare il progetto relativo all’infrastruttura del D.C.
La Pianificazione può essere divisa in due fasi:
A) PreparazioneB) Progettazione
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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
Fase APreparazione
Determinazioneparametri informatici
Sviluppo concetto di sistema di infrastruttura fisica attraverso l’uso
di progetti standard
Fase BProgettazione
Determinazionedelle esigenze e
richieste del cliente
Determinazione delle specifiche
Generare il progetto di dettaglio
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Parametri Informatici
Piano di crescita
StrategicitàCapacità
Fase APreparazione
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Sviluppo del concetto di sistema di infrastrutturafisica
Scelta del
Layout Fisico
Congruenza con i
parametri informatici
Scelta del
ProgettoStandard
Fase APreparazione
Aspetti legati all’affidabilità, disponibilità e manutenibilità
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Determinazione delle esigenze e richieste del cliente
Limitazioni
Preferenze
FaseBProgettazione
Aspetti che l’utentedesidera, ma che puòmutare a valle dinuove informazioni Aspetti legati alle
normative, ai costi ,allestrutture
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Progetto dettagliato
Specifiche Cliente
Specifiche Standard
FaseBProgettazione
• Elenchi dettagliati deicomponenti
• Planimetria con ladisposizione esatta deiRack
• Istruzioni dettagliate diinstallazione
• Conformità alle Normative
• Competenze Tecniche
Dettagli specifici delCliente
Parte 3: Tecniche di ottimizzazione per l’infrastruttura del Data Center
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I concetti fin qui presentati si riassumono nel Modello di Crescita di un Data Center. Questomodello permette l’analisi del TCO-Total Cost of Ownership
Installazione gradualecon risparmi sul costodi esercizio TCO
Carico Finale Massimo
Carico Iniziale Minimo
Carico Previsto Media tra CF e CI
I punti 1-2-3 definiscono i parametri informatici
Parte 3: Tecniche di ottimizzazione per l’infrastruttura del Data Center
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Il Modello di Crescita di un Data Center viene affiancato dal seguente grafico a torta chedefinisce le singole voci che compongono il TCO.
Analisi del costo diesercizio TCO peruna DCPI Tier 4
Le scelte legate all’affidabilità ( TIER I-IV) influenzano il costo di esercizio (TCO) di un Data Center
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
Livello TIER I TIER II TIER III TIER IV
Disponibilità 99,671% 99,749% 99,982% 99,995%
Valore 1,2 1,5 2 2,5 3Livello Molto
efficienteEfficiente In
MediaInefficiente Molto
Inefficiente
Efficienza:P.U.E.(Power Usage Effectivness)= Fattore di efficienza energetica
P.U.E.= Potenza Elettrica Assorbita dall′intero impiantoPotenza Elettrica impegnata dalle apparecchiature informatiche
Efficacia:TIER:Fattore di Classificazione di disponibilità di servizio (UptimeInstitute,Inc-USA)
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Parte 4: Esperienze dal campo
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Parte 4: Esperienze dal campoQuanto finora presentato è ciò che si sta sviluppando negli ultimi anni nell’ambitodella 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 campoEsempi di situazioni di Data Center «caotici»
Allestimenti interni ai Rack con cablaggi non organizzati e multicolore-(Randomwire organization)
Mancanza di organizzazione sotto la pavimentazione flottante
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Parte 4: Esperienze dal campoEsempi 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
Fase di Acquisizione Dati: Requirements Analysis Functional Analysis Synthesis System Analysis
E’ una fase iterativa e denota ilgrado di maturità di un processo
L’applicazione del concetto di System Engineer secondo la norma MIL-STD-499-B èespresso come nello schema in figura:
Processi del System Engineer: Determinazione Input Acquisizione/Elaborazione Output
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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 seguenteDiagramma 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: ConclusioniNella 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 informazioninecessarie per prendere le decisioni efficaci ed efficienti al fine di ottimizzare i consumi egestire le risorse.
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Parte 6: ConclusioniTabella 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 terzolivello di formazione di tipo fortemente multidisciplinare, mirato all'approfondimento ditematiche di ricerca in settori dell'ingegneria industriale che spaziano dall'ingegneria dellematerie prime e dei materiali, alle tecnologie avanzate, all'ingegneria elettrica.
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Parte 8: Bibliografia
• 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.