topics:03:modularity []

Эта страница только для чтения. Вы можете посмотреть её исходный текст, но не можете его изменить. Сообщите администратору, если считаете, что это неправильно.
====== Модульные подходы в проектировании ======

===== Контекст и цели =====
Модульный подход формирует архитектуру ЦОД как набор стандартизированных блоков («модулей») ИТ-пространства, питания и охлаждения, которые можно поэтапно вводить, перестраивать и выводить из эксплуатации без остановки сервиса. Цель — обеспечить:
  * согласование темпов ввода мощностей с реальным спросом;
  * высокую энергоэффективность при неполной загрузке;
  * управляемую надёжность и ремонтопригодность;
  * сокращение сроков проектирования/ввода (design-to-commission).

<WRAP info>
* Модульность — это не только контейнеры. Это принцип построения **white space**, **power blocks** и **cooling blocks** с унифицированными интерфейсами (электро, гидравлика, автоматика).
</WRAP>

===== Классы модульных решений =====

==== Контейнерные (prefab/plug-and-play) ====
  * Заводская готовность, быстрый монтаж, предсказуемое качество.
  * Типовые кейсы: быстрый прирост мощности, периферийные площадки, временные кластеры для пиковых нагрузок.

==== Индустриализированные (гибридные) ====
  * Традиционное здание + модульные **MEP-skid** (UPS/БЩП, чиллерные модули, насосные группы, CDU).
  * Баланс капитальности и гибкости; поэтапное наращивание без остановки ИТ.

==== Традиционные сооружения с модульной разбивкой ====
  * Здание спроектировано под «очереди» строительства: **зал-1 → зал-2 → зал-3**.
  * Инфраструктура подводится по мере роста, исключается избыточная начальная мощность.

^ Тип решения                         ^ Время ввода ^ Масштабируемость ^ Энергоэффективность при 25–50% загрузки ^ Ограничения ^
| Контейнерный                        | Минимальное | Высокая          | Выше, за счёт включения модулей «по требованию» | Ограничения по площади/шуму/городским регламентам |
| Индустриализированный (гибридный)   | Среднее     | Очень высокая    | Выше, за счёт модульных UPS/чиллеров           | Требует продуманной стыковки инженерных интерфейсов |
| Традиционный с модульной разбивкой  | Среднее     | Средне-высокая   | Средняя/выше (зависит от дисциплины поэтапного ввода) | Риск «застрявшей» избыточной мощности при отклонении спроса |

===== Энергетическая логика модульности =====

==== Потери при неполной загрузке (качественно) ====
  * **UPS/распределение:** КПД растёт с загрузкой; крупные монолитные системы на 25–40% загрузки теряют больше.
  * **Охлаждение:** чиллеры/насосы/вентиляторы эффективнее в модульной схеме (включение меньших блоков, VSD, ступенчатая работа).
  * **White space:** секции с изоляцией горячих/холодных коридоров позволяют держать высокую уставку и выключать неиспользуемые ряды.

<WRAP center>
$$
P_{\text{инфр}}(L)\;\approx\;\sum_m P_{m}^{\text{min}}\cdot I(L\!>\!L_m)\;+\;\sum_m f_m(L)\,,
$$
</WRAP>

где \(L\) — текущая доля ИТ-нагрузки, \(P_{m}^{\text{min}}\) — базовая мощность включённого модуля \(m\), \(f_m(L)\) — переменная часть потребления. Цель модульной стратегии — минимизировать сумму базовых мощностей, держать систему в зоне высоких КПД и включать только нужные модули.

==== Триггер расширения мощности ====
<WRAP center>
$$
t_{k+1}=\min\{\,t:\; D(t)\ge S_k\cdot \alpha\,\}\,,
$$
</WRAP>

где \(D(t)\) — прогноз спроса, \(S_k\) — установленная мощность очереди \(k\), \(\alpha\) — порог расширения (напр., 0.75–0.85). Такой триггер удерживает инфраструктуру в «эффективной зоне» без рисков дефицита.

===== Архитектурные паттерны модульности =====

==== Power-pods (электроснабжение) ====
  * **UPS-pod** с собственными ББП/АКБ/распределением; независимое обслуживание, схемы N+1/2N.
  * **Шинопроводы/busway** с секционированием для гибкого переназначения линий.
  * **Правило загрузки:** стремиться к 60–80% для максимального КПД, перераспределять стоечные группы между подами.

==== Cooling-pods (охлаждение) ====
  * Чиллерные/адъабатические/сухие градирни модульно, с VSD и поэтапным наращиванием.
  * **Экономайзеры** (air-/water-side) как базовый режим в благоприятном климате; испарительное охлаждение — для «сухих» регионов.
  * **CDU/TCS** для жидкостного охлаждения высокоплотных ИИ-кластеров; параллельная эксплуатация с воздушным контуром.

==== White-space pods (ИТ-залы) ====
  * По 1–2 «крыла» с полной изоляцией горячих/холодных коридоров.
  * Локальные датчики (температура/влажность/ΔP), автоматика уставок на уровне ряда/зоны.
  * Возможность временной консервации (отключение вентиляторов/ПДУ в пустых рядах).

<WRAP important>
* Критичные ошибки: ранний «перевыпуск» мощности, отсутствие секционирования, общий крупный UPS/чиллер без модулей, жёсткие уставки по «старым» стандартам, неучтённая плотность ИИ-кластеров.
</WRAP>

===== Проектирование и ввод по очередям (staged build) =====

==== План-график влияния на энергоэффективность (качественно) ====
  * **ИТ-стратегия** и **стратегия ЦОД** (ранняя стадия): максимальное влияние — выбор модульной архитектуры, целевых PUE/COP, классов ASHRAE, границ влажности.
  * **Подбор ИТ-оборудования, охлаждение, электрика:** выбор VSD, экономайзеров, схем резервирования.
  * **Внедрение/пусконаладка/комиссионирование:** правило «меряй и настраивай» — верификация под нагрузкой очередей 25/50/75/100%.
  * **Эксплуатация:** поддержание модульного режима, регулярный ребаланс.

==== Check-list ввода очереди ====
  * Подтверждённый прогноз и триггер расширения \(\alpha\).
  * Баланс мощностей ИТ:инфраструктура ≈ требуемый для целевого PUE.
  * VSD на вентиляторах/насосах; кривые КПД UPS при планируемых загрузках.
  * Наличие изоляции коридоров, готовность к повышенным уставкам (по ASHRAE 2015/2025).
  * Тесты экономайзеров и сценарии отказа (fail-over между модулями).
  * Схемы N+1/N+N/2N описаны на уровне **подов**, а не одного «общего» блока.

===== Экономика и риски =====

^ Аспект                     ^ Модульный подход                                   ^ Монолитный подход                      ^
| CAPEX                      | Поэтапный, «плати по мере роста»                   | Высокий upfront, риск избыточности     |
| OPEX при неполной загрузке | Ниже (модули в зоне лучшего КПД)                   | Выше (базовые потери крупной системы)  |
| Надёжность/ремонт          | Секционирование, локальная изоляция отказов        | Общие точки отказа                      |
| Скорость расширения        | Высокая (готовые модули/под-подключение)           | Средняя/низкая                          |
| Инженерная сложность       | Требует продуманной стыковки интерфейсов и автоматики | Ниже, но менее гибко                    |

===== Управление режимами (операционный уровень) =====

==== Воздух/вентиляция ====
  * Полная изоляция коридоров; таргетирование ΔT по верхним уставкам ASHRAE.
  * Оптимизация расхода по законам подобия вентиляторов:
<WRAP center>
$$P_{\text{fan}}\propto Q^3,\qquad P_{\text{pump}}\propto \dot V^3$$
</WRAP>
  * Практика: снижение расхода на 10% даёт экономию мощности вентиляторов/насосов порядка 25–30%.

==== Охлаждение ====
  * **Set-point strategy:** целевая уставка подачи ≥ 24–27 °C (при соблюдении классов ASHRAE), приоритет free-cooling.
  * **Экономайзеры:** air-side — для умеренного/холодного климата; water-side — там, где доступна низкотемпературная вода.
  * **Жидкостное охлаждение для высоких плотностей:** CDU/rach-CDU, горячая петля > 30–45 °C для утилизации тепла.

==== Электропитание ====
  * Держать загрузку модульных UPS в зоне макс. КПД (обычно 60–80%).
  * Гибкий роуминг линий питания между подами; использование шинопровода вместо кабельных магистралей.

<WRAP important>
* Наибольшая часть выигрышей достигается **на этапе стратегии и дизайна**; в эксплуатации важно дисциплинированно отключать лишние модули и поднимать уставки, опираясь на мониторинг.
</WRAP>

===== Карта выбора охлаждения по климату (ориентир) =====

^ Климат/ресурсы           ^ Режим по умолчанию                   ^ Добавки/акценты                          ^
| Холодный/умеренный       | Air-side economizer + изоляция коридоров | Увлажнение по расширенным конвертам ASHRAE; контроль ESD |
| Сухой жаркий             | Испарительное/адъабатическое + water-side | Повышенные уставки подачи; усиленный контроль воды       |
| Влажный жаркий           | Water-side economizer + чиллеры с VSD    | Осушение, агрессивная изоляция коридоров                 |
| Высокая плотность (ИИ)   | Жидкостные контуры (CDU/TCS)             | Тёплые петли для утилизации тепла; резерв по мощности    |

===== Ключевые метрики и контроль =====
  * **PUE по модулям** и общий PUE.
  * **КПД UPS** на фактической загрузке каждого пода.
  * **COP/кВт/тонна** для каждого холодильного модуля; доля работы в free-cooling.
  * **Уставки/диапазоны ASHRAE** (температура/влажность) и доля времени в «зелёной зоне».
  * **Плотность стоек** и доля высокоплотных кластеров с жидкостным охлаждением.
  * **Степень задействования мощностей** (installed vs. utilized) по каждому поду.

===== Ключевые идеи =====
<WRAP tip>
* Модульность — стратегический принцип: проектируй **под-уровень** для ИТ, питания и охлаждения, вводи по очередям по триггеру загрузки.  
* Энергоэффективность достигается снижением базовых потерь и удержанием модулей в зоне оптимального КПД (UPS/чиллеры/VSD).  
* Комбинируй изоляцию коридоров, экономайзеры и повышенные уставки по ASHRAE; для ИИ-кластеров — сразу закладывай жидкостные контуры.  
* Монолит оправдан только при гарантированной высокой загрузке и предсказуемом росте; во всех прочих сценариях выигрывает модульный/гибридный подход.  
* Дисциплина измерений (PUE по подам, COP, загрузка UPS, время в free-cooling) — основа устойчивой экономии OPEX.  
</WRAP>