Analyse CFD du centre de données pour l'atténuation des risques

Par Edward Keyrouz


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Dans le monde d'aujourd'hui riche en données, les centres de données sont la pierre angulaire de l'infrastructure essentielle à la mission de grande valeur.

Un centre de données est un grand espace chargé de serveurs informatiques. La grande quantité de chaleur produite entraîne des exigences élevées de refroidissement des locaux. Cette charge thermique à haute densité signifie également que les bonnes quantités de flux d'air de refroidissement doivent atteindre tout l’équipement informatique. Toute limitation de l'alimentation en air de refroidissement de l'équipement risque de défaillance en raison d'une surchauffe ou, dans des cas extrêmes, pourrait même conduire à un incendie. Tout cela signifie qu'une distribution efficace de l'air de refroidissement est essentielle pour un fonctionnement sûr et efficace du centre de données.

La meilleure façon d'analyser et de prévoir le risque de conception du flux d'air consiste à effectuer une simulation de Computational Fluid Dynamics (CFD) du flux d'air à l'intérieur d'un centre de données. La simulation CFD de centre de données peut modéliser tous les aspects de l'agencement d’équipements, notamment :

  • Carreaux de sol/plafond perforés
  • Confinement des allées chaudes/froides
  • Diversité de la répartition de la charge thermique sur chaque serveur
  • Plénum sous le plancher/supérieur
  • Hall d'entrée d'air froid

Afin d'atténuer les risques, une gamme de simulations d'analyse CFD doit être effectuée pour couvrir l’éventail des modes de fonctionnement prévus du centre de données, y compris les quatre principaux types d'analyse suivants :

A. Analyse de conception de flux d'air

Cette analyse de base du flux d'air de la salle de données comprend la conception des gains de chaleur dans chaque serveur de la salle de données avec l'équipement de refroidissement fonctionnant à son niveau optimal. Ce type d'analyse CFD donne un aperçu des conditions opérationnelles typiques attendues et a le potentiel d'identifier une gamme de problèmes potentiels, notamment :

  • Commande de registre pour les grilles de soufflage : Lorsque toutes les grilles du plénum de soufflage sont réglées à ouverture constante, la répartition de l'air peut devenir inégale en raison de la répartition de pression dans le plénum de soufflage. L'analyse CFD du centre de données peut aider à identifier la bonne zone d'ouverture/commande pour chaque grille afin d'assurer l'approche la plus efficace pour obtenir un flux d'air égal/requis dans chaque grille.
  • Configuration du serveur : identifier les serveurs à haute puissance dans la salle de données et quantifier l'endroit où un débit d'air froid élevé est fourni.
  • Hot Spots : Empêcher l'air froid de capter la chaleur avant d'entrer dans les serveurs.


Figure 1 : Analyse de conception de flux d'air

B. Analyse du Premier Jour

De nombreux centres de données construits aujourd'hui sont multi-locataires. Par conséquent, le centre de données peut être conçu pour répondre à une certaine demande de charge thermique, mais n'atteindra ce niveau qu'après plusieurs jours, semaines ou mois de fonctionnement réel. Une analyse plus approfondie peut donc être effectuée lorsque plusieurs unités peuvent être définies comme "vides", l'analyse identifiant le moyen le plus économique de refroidir les unités qui sont opérationnelles. Cela permet de prévoir les coûts de fonctionnement au cours des premières étapes de l'exploitation.


Figure 2 : Analyse du premier jour

C. Simulation de Basculement d'équipement

Les centres de données sont conçus avec des systèmes redondants afin que les opérations puissent se poursuivre sans entrave dans toutes les conditions prévisibles. L'une des nombreuses pannes potentielles qui pourraient se produire concerne les unités de refroidissement fournissant de l'air froid dans la salle de données. Une panne de l'unité de refroidissement entraînerait une accumulation de chaleur due à des serveurs à haute puissance et, dans certains cas, un risque potentiel d'incendie. Ce risque peut même exister dans le temps qu'il faut à l'unité de refroidissement secondaire ‘redondante’ pour entrer en service et commencer à fournir de l'air frais. L'analyse CFD établira les résultats de ces scénarios de défaillance. L'analyse peut désigner quelle unité de refroidissement doit être redondante de sorte qu’en cas de défaillance, un point chaud susceptible d’endommager l’équipement ne se produise pas.

Figure 3 : Analyse de basculement d’équipements

D. Analyse des fuites

Comme pour l'Analyse du Premier Jour, les centres de données multi-locataires sont également confrontés au défi de l'utilisation différente des serveurs, comme le rack complet de serveurs peut parfois rester inutilisé. Des plaques d'obturation sont généralement utilisées pour bloquer le flux d'air au niveau des emplacements vides du rack. Une simulation CFD de centre de données peut être effectuée pour déterminer les emplacements de racks à laisser vides. Cela aiderait à déterminer l'effet des fuites d'air froid dans l'allée chaude ou d'air chaud dans l'allée froide lorsque des fonctions de confinement sont utilisées.


Figure 4 : Analyse des fuites

L'analyse CFD est un moyen relativement peu coûteux d'aider à planifier une gamme d'éventualités différentes grâce à laquelle les équipes de conception peuvent effectuer autant d'analyses de scénarios différentes qu'elles le souhaitent avant la construction ou à un stade ultérieur afin de minimiser les risques et d'atténuer les défaillances potentielles dans un environnement aussi critique pour la mission.

Les experts CFD d'IES Consulting utilisent une combinaison d'IESVE et de notre progiciel partenaire CFD dérivé des bibliothèques OpenFOAM®. Ceux-ci nous permettent d'effectuer une vaste gamme d'analyses complexes dans les conditions environnementales les plus difficiles concernant les centres de données, l’entreposage à froid, les salles blanches, la dispersion des polluants externes et le confort des piétons dans toute zone climatique.

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