La redondance dans les data centres garantit une opération ininterrompue en dupliquant les composants clés tels que les alimentations électriques, les serveurs et les systèmes de refroidissement. Des configurations telles que N, N+1, 2N ou encore 3N2 offrent différents niveaux de redondance et un niveau de sécurité et de stabilité optimisé. À travers cette redondance, les data centres peuvent opérer en toute tranquillité, sachant que leur infrastructure est protégée contre les potentielles pannes.
Maintenir le temps de fonctionnement (uptime) grâce à la redondance
Dans le domaine des infrastructures électriques, la redondance (data center redundancy) a toujours été la méthode la plus efficace pour augmenter la disponibilité de l'énergie et par conséquence des services. Selon les théories de la fiabilité, ainsi que l'expérience, ajouter un composant redondant rend le système plus fiable.
L'idée est simple : dans un système redondant, si un composant tombe en panne, l'autre continue d'assurer le bon fonctionnement de l'installation.
La redondance dans un data center consiste à dupliquer les composants critiques pour prévenir les interruptions de service. Elle se décline en plusieurs formes :
- Redondance matérielle : duplication des serveurs, disques durs et autres matériels.
- Redondance des chemins d'alimentation : multiples circuits électriques pour garantir l'alimentation continue.
- Redondance réseau : plusieurs liaisons réseau.
Ces stratégies permettent de garantir une haute disponibilité des services.
L'Uptime Institute classe les data centers en quatre niveaux (Tier I à IV), chacun offrant un degré croissant de redondance et de fiabilité. Découvrons les différents niveaux de redondance.
Les niveaux de redondance : Tier 1, Tier 2, Tier 3 et Tier 4
Les niveaux de redondance des data centers varient en fonction de leur classification Tier.
Tier 1 est le niveau le plus basique, avec une seule alimentation électrique et un seul circuit de refroidissement. Aucune redondance n'est prévue, ce qui implique environ 28 à 29 heures de temps d'arrêt par an.
Tier 2 est une redondance partielle qui inclut des composants redondants comme des générateurs de secours et des équipements de refroidissement de secours. La disponibilité est améliorée.
Tier 3 offre une redondance complète. Chaque composant critique, qu'il s'agisse de l'alimentation électrique ou du refroidissement, dispose d'une redondance N+1. Cela signifie qu'un composant supplémentaire est disponible pour chaque composant essentiel. Cette configuration permet une alimentation sans interruption, avec un taux de disponibilité de 99,982 %, soit environ 1,6 heure de temps d'arrêt par an.
Les centres de données de Tier 4 représentent offrent une disponibilité de 99,995 %, soit environ 26 minutes d'arrêt par an. Cette redondance assure une tolérance aux pannes exceptionnelle. Chaque composant critique est entièrement redondé avec une configuration 2N+1.
La redondance de l'alimentation électrique dans les data centers
Les composants d'une bonne alimentation électrique
Pour assurer une alimentation électrique fiable dans un data center, plusieurs composants sont essentiels.
Les groupes électrogènes sont indispensables. Ils prennent le relais en cas de coupure électrique. Ces générateurs sont souvent alimentés par des moteurs diesel et doivent être régulièrement testés pour garantir leur fonctionnement en cas d'urgence.
Les alimentation sans interruption (ASI), encore appelés onduleurs et UPS, jouent un rôle crucial en garantissant une alimentation de secours lors des coupures de courant.
Les systèmes de transfert statique (STS) pour gérer le transfert d'une source d'alimentation vers une autre sans interruption. Ils permettent de basculer instantanément sur une source de secours en cas de défaillance de la source principale.
Les unités de distribution d'alimentation (PDU) qui distribuent le courant électrique aux divers équipements du data center.
L'UPS : Un élément clé de la redondance d'alimentation
Les systèmes UPS (Uninterruptible Power Supplies) interviennent dès qu'une coupure de courant survient, assurant ainsi le fonctionnement sans interruption des équipements critiques.
Les configurations N+1 et N+X sont couramment utilisées pour améliorer la redondance. Dans une configuration N+1, un onduleur supplémentaire est ajouté pour chaque groupe d'onduleurs, tandis que N+X permet d'ajouter plusieurs onduleurs redondants.
Les UPS fonctionnent généralement en mode double conversion, transformant le courant alternatif en courant continu et vice versa, stabilisant ainsi la tension fournie aux serveurs pour protéger les charges.
Delphys XL est une solution ASI hautement performante, spécialement conçue pour sécuriser les applications les plus critiques. Elle offre :
- une protection intrinsèque exceptionnelle
- un concept de briques unique qui élimine tout point unique de défaillance
- une solution adaptée à toutes les architectures de centres de données, chaque brique de puissance fonctionne de manière indépendante, assurant un contrôle distribué.
Cette ASI dispose d'un mode de fonctionnement innovant : le mode Smart Conversion mode.
Le mode Smart Conversion s’appuie sur un algorithme avancé qui surveille en
permanence la qualité du réseau et sélectionne en temps réel le mode de fonctionnement optimal entre Double Conversion (VFI) et Line Interactive.
En cas de perturbation sur le réseau, l'onduleur passe instantanément en mode double conversion avec un temps de transfert de 0ms conformément aux exigences Classe 1 de la norme IEC 62040-3.
Ce mode permet de diviser les pertes par 5 et d'économiser 350 MWh d'énergie par an sans risque pour la continuité d'alimentation.
Redondance 2N, 3N2 et Catcher : Qu'est-ce que c'est ?
2N : Définition et avantages
La redondance 2N signifie qu'un centre de données dispose de deux fois la quantité nécessaire de chaque composant critique. Cette configuration garantit qu'aucun point de défaillance unique ne peut perturber le fonctionnement global.
Les avantages de cette architecture sont nombreux. Tout d'abord, elle assure une fiabilité exceptionnelle. Même en cas de défaillance d'un composant, le système continue de fonctionner sans interruption.
En revanche, pour tenir ses promesses, ce design électrique nécessite de doubler tous les équipements électriques (générateurs, onduleurs, UPS, commutateurs…) et ainsi d'investir dans le double d’équipements.
3N2 : Définition et avantages
Les architectures distribuées, tel que le « 4N3 » ou « 3N2 », ont pour but d’optimiser la redondance d’énergie en la partageant entre différents systèmes. Dans cette configuration, sur un ensemble quatre systèmes seul trois sont nécessaires pour alimenter la charge. Cela signifie qu'il existe toujours un composant de secours pour chaque paire d'unités en fonctionnement.
Les avantages sont clairs : Elle permet d’optimiser la mise en place d’UPS et de limiter les investissements. Malheureusement, pour le prix de la complexité. Cette architecture nécessite l'installation préalable de tous les UPS, ce qui impose des contraintes de câblage et limite sa compatibilité avec les exigences de modularité des data centers.
Catcher : Définition et avantages
L'architecture Catcher crée en réalité une architecture N+1 ou N+2 au sein de l'UPS, tout en maintenant la tolérance aux pannes et la possibilité de maintenance simultanée grâce à l'utilisation de systèmes de transfert statique (STS) qui sont placés entre l'UPS et la charge. Les STS trouvent leur place dans cette configuration pour :
- Pour transférer la charge critique du système principal ou actif vers le Catcher,
- Pour isoler en cas de court-circuit.
En aval des unités STS, le système de distribution électrique peut être conçu de manière similaire à celui d'une architecture 2N.
Grâce à cette configuration, un UPS peut fonctionner à une charge de 75 % ou plus, tandis que le Catcher reste sans charge en temps normal.
L'architecture Catcher est actuellement utilisée par les data centres de grande et moyenne taille, y compris les installations d'hébergement cloud et de colocation, comme une alternative à l'architecture traditionnelle 2N. Cette approche offre un niveau de disponibilité similaire tout en étant plus efficiente et moins coûteuse en termes de capital.
Le modèle Catcher se distingue par sa capacité à optimiser la redondance tout en limitant les coûts d'investissement. Contrairement aux configurations 2N et 3N2, le modèle Catcher utilise une approche flexible, permettant une adaptation plus facile aux besoins spécifiques des data centers. Cette flexibilité est particulièrement avantageuse pour les infrastructures en expansion.
Les avantages du modèle Catcher sont nombreux :
- Maîtrise des coûts : Moins de composants redondants nécessaires, ce qui diminue les dépenses initiales.
- Meilleur dimensionnement des UPS
- Maintenance simplifiée : Les modules peuvent être remplacés individuellement sans interrompre le service.
Exemple : Avec une architecture Catcher, une salle de 1MW de puissance nécessitera un UPS de 1MW en amont et un STS d’environ 1600 ampères. Ce STS, en cas de défaut de l’UPS, garantira son transfert de charge vers un UPS de réserve ou Catcher qui servira aussi d’équipement redondant à d’autres salles.
En adoptant ce modèle, les entreprises peuvent garantir une haute disponibilité de leurs services tout en maîtrisant leurs dépenses.
Le rôle clé du système de transfert statique (static transfer switch)
Les systèmes de transfert statique (STS) permettent de transférer la charge critique d'une source d'alimentation défaillante vers une source alternative, sans interruption.
Contrairement à l'ATS, le STS utilise des semi-conducteurs, tels que des thyristors, pour effectuer la commutation entre deux sources d'alimentation. Cela permet un basculement quasiment instantané, en quelques millisecondes. Cette rapidité est essentielle pour les applications critiques qui ne tolèrent aucune interruption, même très brève, de l'alimentation électrique. Par conséquent, le STS est particulièrement adapté aux secteurs où la continuité de l'alimentation est primordiale, comme la Banque, la Finance, la Santé ou les Data Centers.
En outre, les STS peuvent être intégrés directement dans les racks des data centers. Ils offrent ainsi une solution compacte et efficace pour la gestion de l'alimentation. Les entreprises peuvent ainsi garantir la fiabilité de leur infrastructure tout en optimisant l'espace disponible.
« La technologie STS permet d’atteindre des niveaux élevés de disponibilité d’énergie en maîtrisant les coûts »
Xavier Mercier – Directeur Marketing EMEA chez Socomec
Focus sur STATYS - le système de transfert statique de Socomec
Dans un contexte où la continuité de l'alimentation électrique est un enjeu pour rester compétitif, le système de transfert statique STATYS de Socomec se révèle particulièrement pertinente.
Forte de plus de 35 ans d'expertise et de millions d'heures d'utilisation, Socomec n'a cessé d'améliorer son offre. La quatrième génération de STATYS garantit ainsi une disponibilité ininterrompue de l'alimentation électrique pour des applications allant de 32 à 1800 A.
Cette gamme est spécialement conçue pour les environnements où le réseau ne tolère aucune interruption.
- Le commutateur de transfert statique STATYS garantit une résilience maximale pour une disponibilité électrique totale, en répondant à toutes les exigences d'intégration.
- Une redondance du microcontrôleur, physiquement séparé pour une sécurité accrue.
- Un pilote SCR avec des alimentations indépendantes et redondantes.
- Une redondance du refroidissement avec un système de surveillance des pannes de ventilateur,
À ce jour, plus de 8 000 unités sont déjà opérationnelles à travers le monde.
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