Seminario Il System Engineering Una disciplina nata per i programmi spaziali ma applicabile a tutti i settori dell Ingegneria

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1 Seminario Il System Engineering Una disciplina nata per i programmi spaziali ma applicabile a tutti i settori dell Ingegneria Ing. Francesco De Angelis - EMNE PhD Student

2 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 pag. 2

3 Parte 1: Panoramica sul concetto di Data Center pag. 3

4 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 pag. 4

5 Parte 2: Stato dell Arte pag. 5

6 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) pag. 6

7 Parte 2: Stato dell Arte Parte 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 pag. 7

8 Parte 2: Stato dell Arte Parte 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. pag. 8

9 Parte 3: Tecniche di ottimizzazione per l infrastruttura del Data Center pag. 9

10 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 pag. 10

11 Parte 3: Tecniche di ottimizzazione per l infrastruttura del Data Center Fase A Preparazione Determinazione parametri informatici Sviluppo concetto di sistema di infrastruttura fisica attraverso l uso di progetti standard Fase B Progettazione Determinazione delle esigenze e richieste del cliente Determinazione delle specifiche Generare il progetto di dettaglio pag. 11

12 Parte 3: Tecniche di ottimizzazione per l infrastruttura del Data Center Fase A Preparazione Strategicità Capacità Piano di crescita Parametri Informatici pag. 12

13 Parte 3: Tecniche di ottimizzazione per l infrastruttura del Data Center Fase A Preparazione Congruenza con i parametri informatici Scelta del Progetto Standard Aspetti legati all affidabilità, disponibilità e manutenibilità Scelta del Layout Fisico Sviluppo del concetto di sistema di infrastruttura fisica pag. 13

14 Parte 3: Tecniche di ottimizzazione per l infrastruttura del Data Center FaseB Progettazione Preferenze Aspetti che l utente desidera, ma che può mutare a valle di nuove informazioni Limitazioni Aspetti legati alle normative, ai costi,alle strutture Determinazione delle esigenze e richieste del cliente pag. 14

15 Parte 3: Tecniche di ottimizzazione per l infrastruttura del Data Center FaseB Progettazione Dettagli specifici del Cliente Specifiche Standard Conformità alle Normative Competenze Tecniche Specifiche Cliente Progetto dettagliato Elenchi dettagliati dei componenti Planimetria con la disposizione esatta dei Rack Istruzioni dettagliate di installazione pag. 15

16 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 definiscono i parametri informatici pag. 16

17 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 pag. 17

18 Parte 3: Tecniche di ottimizzazione per l infrastruttura del Data Center Efficienza: P.U.E.(Power Usage Effectivness)= Fattore di efficienza energetica P.U.E.= Valore 1,2 1,5 2 2,5 3 Livello Potenza Elettrica Assorbita dall intero impianto Potenza Elettrica impegnata dalle apparecchiature informatiche 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% pag. 18

19 Parte 4: Esperienze dal campo pag. 19

20 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 pag. 20

21 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 pag. 21

22 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 pag. 22

23 Parte 5: Il System Engineer nei Data Center pag. 23

24 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 pag. 24

25 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 pag. 25

26 Parte 5: Il System Engineer nei Data Center La Pianificazione di Progetto di un Data Center può essere riassunta, in questo modo: pag. 26

27 Parte 6: Conclusioni pag. 27

28 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. pag. 28

29 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 pag. 29

30 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. pag. 30

31 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 MIL-STD-499B: Military Standard System Engineer CSC_Paper_1_ pag. 31