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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

29.10.2014



Parte 1: Panoramica sul concetto di Data Center

29.10.2014


Parte 1: Panoramica sul concetto di Data Center


“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


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Parte 2.2 - Pianificazione di un Data Center


Allo stato attuale si ha una situazione di progettazione unica ed esclusiva; solo dapoco tempo si guarda verso la direzione di una progettazione modulare


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Parte 2.2 - Pianificazione di un Data Center


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.


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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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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


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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


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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


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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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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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La Pianificazione di Progetto secondo la ISO/IEC 15288:2008 è riassunta nel seguenteDiagramma di Contesto

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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.

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