Data Center Infrastructure Management

Data Center Infrastructure Management

        Operasional data center sangat  tergantung pada kehandalan operasional infrastruktur. Kegagalan operasional infrastruktur pendukung akan mengganggu operasional data center bahkan berpotensi menghentikan operasional data center. Ada tiga jenis infrastruktur pendukung data center berdasarkan hirarki kevitalannya yakni kelistrikan, pendingin udara, dan sistem pemadam api.

A. Kelistrikan

Sistem kelistrikan bagi data center merupakan kebutuhan minimal yang harus ada agar data center dapat beroperasi karena infrastruktur utama membutuhkan arus listrik agar dapat beroperasi. Arus listrik merupakan kebutuhan dasar server dan peripheralnya   untuk sekedar hidup (ON) sebelum dioperasikan secara normal.

1. UPS

          Pasokan arus listrik ke perangkat server tidak boleh terputus walaupun hanya sekedar kedip karena akan menyebabkan server atau perangkat aktif lainnya mengalami abnormally shutdown. Untuk menghindari terjadinya gangguan tersebut, pasokan arus listrik ke server serta perangkat vital lainnya harus bersumber dari UPS     (Uninterruptible Power System). UPS berfungsi  sebagai pemasok arus listrik secara kontinu tanpa terputus namun dalam tempo terbatas.  UPS merupakan perangkat listrik vital bagi data center, tidak ada data center yang beroperasi tanpa UPS walaupun pasokan arus listrik negara relative stabil. Disamping sebagai pemasok arus listrik tak terputus, UPS memiliki fungsi  lain sebagai stabilisator yakni mengatur output tegangan listrik agar tetap stabil. Dengan demikian arus listirk yang bersumber dari UPS  lebih terjamin kualitas dan kontinuitas pasokannya dibandingkan dengan yang bersumber langsung dari listrik negara atau genset. Satu hal yang  perlu dipahami bahwa UPS bukan  sebagai pemasok arus listrik dalam waktu yang lama. Sering terjadi kesalahan persepsi dimana UPS disamakan dengan genset. Kesalahan persepsi ini mengakibatkan operator tidak melakukan tindakan apapun atau tidak peduli dengan terputusnya pasokan listrik negara karena mengandalkan UPS. Ketika UPS kehilangan daya dan tidak mampu lagi memasok arus listrik, diklaim UPS tidak berfungsi. Padahal UPS sudah berfungsi dan waktu pasokan arus listrik yang disediakan cukup untuk menunggu jeda waktu masuknya pasokan arus listrik dari genset.   Dalam kondisi beban maksimum (nilai ambang), dengan dukungan battery berkapasitas standar UPS mampu memasok arus listrik selama ±7 menit, waktu yang cukup untuk genset melakukan startup secara otomatis dan segera mengambil alih sebagai pemasok arus listrik ke UPS. Run time battery tersebut akan menurun seiring dengan bertambahnya beban dan usia battery itu sendiri. Ini berarti dalam kondisi overload atau usia battery yang semakin  tua, waktu pasok UPS menjadi lebih singkat. Bahkan karena singkatnya, seolah-olah UPS tidak berfungsi. Seiring dengan pertumbuhan beban, kebutuhan daya listrik  UPS juga semakin bertambah. Namun sering terjadi penambahan hardware tanpa memperhitungkan kapasitas UPS. Akibatnya UPS tidak berfungsi optimal, UPS kehilangan pasokan daya dengan sangat cepat yang mengakibatkan abnormally shutdown pada server atau perangkat vital lainnya. Tuduhan yang paling sering muncul adalah ‘UPS tidak berfungsi’. Padahal sebenarnya UPS berfungsi namun tempo pasokannya relative lebih singkat dari waktu yang diperlukan oleh genset melakukan startup, apalagi jika start up  genset dilakukan secara manual.

Beberapa hal yang terkait dengan kinerja  UPS, antara lain :

- Kapasitas UPS

     Kapasitas UPS yang digunakan di data center tergantung pada  besarnya beban perangkat kritis yang membutuhkannya. Tidak semua perangkat yang ada di data center arus listriknya bersumber dari UPS. AC (air conditioner) walaupun peranannya cukup vital di dalam operasional data center namun AC tidak layak bersumber dari UPS karena akan memperpendek waktu pasok UPS.  Sebaliknya fire control system (FCS) walaupun sebagai perangkat optional namun arus listriknya bersumber dari UPS karena diperlukan kontinuitasnya dalam memproteksi ruang data center.

- Power Factor (pf)

        Merupakan perbandingan antara daya (watt) output UPS dengan kapasitas UPS (KVA) yang dinyatakan dalam %. Semakin besar pf semakin efisien kinerja UPS, yang berarti semakin banyak beban yang dapat dipasok oleh UPS.  pf UPS umumnya berkisar antara 60% - 80%,  jarang yang lebih besar dari itu. Informasi pf ini tersamar, namun sangat penting dalam menentukan efektifitas dan efisiensi UPS. Seringkali informasi pf ini tertutup oleh spesifikasi kapasitas (KVA) UPS. Akibatnya pada saat diimplemenasikan, UPS dengan pf < 80%  akan lebih cepat mengalami overload.

- Umur Battery

      Tidak ada masalah dengan instalasi baru UPS karena battery-nya pun baru. Perlu diketahui, usia efektif battery UPS maksimum 2 tahun. Sebenarnya ketika battery mulai dioperasikan, secara perlahan efektifitas battery akan menurun secara gradasi. Efektifitas terendah ketika usia battery mencapai 2 tahun. Penurunan efektifitas battery tidak pernah dirasakan apabila pasokan listrik negara dalam kondisi stabil dan atau genset beroperasi secara otomatis serta segera mengambil alih peran sebagai pemasok arus listrik  dalam tempo singkat. Namun sebaliknya apabila pasokan listrik negara sering terputus dan genset tidak segera mengambil alih sebagai pemasok arus listrik, niscaya peran battery sangat signifikan dalam mendukung operasional UPS. 

Konfigurasi UPS

        Ada beberapa macam variasi konfigurasi UPS yang digunakan di data center  mulai dari stand alone/ tunggal  sampai dengan redundant parallel architecture (RPA) dengan melibatkan/ menggabungkan banyak UPS untuk berbagi beban bersama.  Berikut variasi konfigurasi UPS yang umum digunakan untuk data center antara lain :

• Stand alone

      UPS beroperasi dan memasok ke beban sendiri karena kapasitas UPS cukup memenuhi  kebutuhan beban. Konfigruasi ini sangat umum digunakan pada data center berukuran kecil dimana hanya dengan satu UPS dapat memenuhi kebutuhan data center. Konsekuensinya apabila terjadi kerusakan pada system UPS, maka pasokan listrik ke perangkat data center terpaksa harus melalui system by pass yang tidak terjamin kontinuitas pasokan arus listriknya karena bersumber langsung dari travo/ genset.

• Hot standby

      Kofigurasi dua unit UPS dimana salah satunya sebagai pemasok utama, sedangkan lainnya sebagai backup pada posisi by pass UPS utama. Dalam konfigurasi ini kedua UPS baik yang utama maupun UPS backup beroperasi besama-sama namun yang berfungsi efektif hanya UPS utama seperti gambar dibawah ini.

• Parallel

        Menyusun dua unit UPS untuk berbagi beban bersama seperti tampak dalam gambar di bawah. Konfigurai parallel dikendalikan oleh controller yang bekerja secara otomatis dalam membagi beban. Di dalam konfigurasi parallel ini disyaratkan kedua UPS dari jenis atau merk dan kapasitas yang sama. Perbedaan jenis berpotensi menyebabkan kegagalan fungsi kedua UPS. Perlu diwaspadai apabila beban pada masing-masing UPS telah mencapai 50%, karena apabila salah satu UPS terganggu, maka beban UPS operasional berubah menjadi 100% bahkan berubah menjadi overload. Namun demikian konfigurasi parallel ini jauh lebih baik karena kedua UPS bekerja, tidak ada yang idle seperti pada konfigurasi hot standby dimana UPS-2 dlam posisi idle apabila UPS-1 sedang beroperasi. 

• Redundant parallel

      Menggabungkan dua atau lebih unit UPS kedalam suatu rangkaian parallel dimana setiap UPS melakukan koneksi dan saling berkomunikasi antara satu dengan lainnya. Operasional konfigurasi ini dikontrol oleh controller yang secara aktif membagi beban secara merata seperti tampak pada gambar dibawah. Konfigurasi sebenarnya tentu tidak sesederhana gambar diatas karena melibatkan rangkaian elektronik yag lebih rumit dari konfigurasi sebelumnya. Konfigurasi redundant parallel ini kini menjadi paling popular digunakan pada data center yang besar karena memiiki banyak kelebihan dibandingkan konfigurasi lainnya antara lain :

•       Fault tolerance

Sistem tetap dapat beroperasi walaupun terjadi kerusakan pada salah satu atau lebih UPS.

•       Error masking

Kemampuan system untuk menutupi kerusakan sehingga dapat mencegah gangguan terhadap fungsinya.

•        Error detection

Kemampuan sistem melakukan pengawasan untuk mengetahui adanya kerusakan.

•        Error isolation

Kemampuan untuk melepaskan bagian yang rusak sehingga tidak mengganggu unjuk kerja system

•         Error removal

Penggantian bagian yang rusak  tanpa perlu menghentikan fungsi yang rusak.

•        Fault Analysis – Part Identification

Kemampuan system untuk melakukan analisa suatu kegagalan dan menentukan bagian yang rusak.

•        Return to normal mode

Kemampuan system untuk mengembalikan ke fungsi normal tanpa menimbulkan gangguan pada beban kritis.

- Ruang UPS

     Ingat, UPS merupakan salah satu dari heat generator, dan efek samping selama operasinya berupa panas. Sedangkan komponen elektronik pengendali UPS itu sendiri sangat rentan terhadap panas. Panas berlebih di luar toleransi akan di respon oleh thermostat dengan mematikan UPS dengan tujuan menyelamatkan komponen elektroniknya. Untuk mengantisipasi kejadian dimaksud, perangkat UPS harus ditempatkan pada suatu ruang dengan temperature dibawah suhu kamar 25o celcius. Agar efisien, sering dijumpai UPS ditempatkan di ruang data center bersama dengan server dan perangkat vital lainnya. Namun ada juga yang sengaja memisahkan dan menempatkan di suatu ruang khusus UPS karena di dalam ruang tersebut terdapat pula UPS  dari kantor-kantor lainnya. 

       Arus listrik dari UPS diatur pemakaiannya melalui panel distribusi. Pada panel distribusi tersebut terdapat beberapa mini circuit breaker (mCB) sebagai pengaman aliran arus listrik ke beban. Pengamanan aliran arus listrik oleh mCB dilakukan melalui pembatasan arus listrik maksimum  yang melaluinya dimana apabila arus listrik melebihi kemampuan mCB maka secara otomatis tuas mCB akan memutuskan arus listrik ke beban. Hal ini dimaksudkan untuk menghindari panasnya kabel listrik akibat beban berlebih yang dapat mengakibatkan kebakaran.  Hubungan arus pendek merupakan kejadian overload yang sangat berbahaya karena menimbulkan percikan api. Apabila ini terjadi, secara otomatis tuas mCB akan memutuskan arus listrik yang menuju ke beban yang mengalaminya.Dengan adanya panel distribusi di dalam data center diharapkan pasokan listrik ke setiap hardware menjadi mandiri. Gangguan arus listrik yang terjadi pada suatu hardware tidak menggangu aliran listrik pada hadware lainnya. Disamping itu dengan adanya panel distribusi, pelaksanaan pemeliharaan kelistrikan data center menjadi lebih mudah.Seiring dengan penambahan hardware, bertambah pula jumlah mCB yang digunakannya. mCB dalam jumlah banyak tanpa identitas akan menyulitkan pengendalian pada saat pemeliharaan.  Karena kekeliruan dalam menurunkan tuas mCB akan fatal akibatnya. Untuk mempermudah pengendalian, sejak awal sebaiknya masing-masing mCB didata peruntukannya, dibuatkan diagram, dan ditempelkan pada bagian dalam tutup panel atau memberikan label pada setiap ujung kabel sesuai dengan tanda pada diagram guna membantu mempermudah petugas berwenang dalam menjalankan tugasnya.

   

       Panel utama memuat Main Circuit Breaker (MCB) input dan output UPS sekaligus dimana pada masing-masing MCB diberi tanda input dan output. MCB input mengendalikan pasokan arus listrik ke arah UPS, sedangkan MCB ouput mengendalikan pasokan arus listrik ke arah panel distribusi. Nilai batas arus MCB input harus lebih besar dari kebutuhan arus input UPS, sedangkan MCB ouput harus lebih besar dari kebutuhan total beban. MCB ouput UPS sifatnya sangat vital karena kegagalan operasional MCB ini mengakibatkan  pasokan arus litrik ke seluruh perangkat vital di data center terputus karena posisi MCB output berada di antara UPS dan beban. Pada kenyataannya   nilai kapasitas MCB ouput UPS ini jarang sekali diperhatikan. Hanya nilai mCB pada panel distribusi yang selalu diperhatikan ketika hendak menginstal perangkat baru. Penambahan beban yang dilakukan terus menerus tanpa diimbangi penambahan nilai kapasitas MCB, berpotensi mengakibatkan  terputusnya aliran listrik total ke data center karena tuas MCB down sementara  tuas mCB pada panel distribusi masih dalam posisi ON.

          Genset merupakan pembangkit listrik tenaga diesel. Pada setiap gedung perkantoran umumnya dilengkapi genset dengan kapasitas yang cukup besar. Keberadaan genset sangat penting dalam mendukung kontinuitas aktifitas bisnis para tenant/ pengguna jasa  gedung. Ketika aliran listrik negara terputus, operasional seluruh perangkat kritis tenant termasuk data center sangat tergantung pada operasional genset. Namun disayangkan keberadaan genset tidak menjamin kontinuitas operasional data center apabila operasional genset tidak sesuai dengan yang dikehendaki seperti misalnya kapasitas tidak cukup memasok kebutuhan beban, terlambat mengambil alih aliran listrik hingga kapasitas UPS nihil, atau kehabisan bahan bakar.  

Data center sebagi unit kritis seharusnya tidak perlu mengalami gangguan yang disebabkan  oleh ketidakhandalan genset gedung. Data center seharusnya memiliki  genset khusus yang didedikasikan hanya untuk memasok data center. Dengan memliki genset khusus,  kontinuitas operasional data center akan lebih terjamin.

Beberapa hal yang perlu diperhatikan mengenai genset antara lain :  

a. Kapasitas genset

    Seperti disebutkan diatas, kapasitas genset dapat menjadi kendala kontinuitas operasional data center. Dalam menyediakan genset khusus data center, hendaknya disusun skala prioritas terhadap seluruh perangkat yang ada di dalam data center. Ingat, selain server serta perangkat kritis lainnya, AC walaupun tidak termasuk perangkat kritis namun sangat penting peranannya dalam operasional data center. Tanpa pasokan udara dingin dalam waktu  yang lama, operasional data center berpotensi akan terhenti dengan sendirinya. Sebagai pembangkit listrik, kapasitas output genset juga memiliki power factor. Perhitungkan power factor tersebut bandingkan dengan kebutuhan beban sekarang dan rencana beban 5 – 10 tahun kedepan.

b. Metoda startup

     Sesuai fungsinya sebagai pengganti aliran listrik negara, pengambil alihan pasokan listrik  seharusnya dilakukan genset sesegera mungkin. Idealnya dalam tempo 45 detik setelah aliran listrik negara terputus, genset sudah dapat mengambil alih dan memasok arus listrik secara stabil. Kondisi seperti ini dapat dipenuhi hanya apabila metode start up genset dilakukan secara otomatis. Jangan mengambil risiko dengan melakukan start up genset dengan cara manual karena keterlibatan operator genset tak dapat diandalkan ketika diperlukan.

        AC merupakan infrastruktur pendukung vital kedua setelah UPS. Karena pada dasarnya operasional data center dapat dilaksanakan tanpa peran AC apabila temperature ruang data center dapat mencapai dibawah suhu kamar atau wilayah yang berada pada >40o lintang utara atau selatan ketika musim dingin.  Namun untuk data center yang berada di wilayah tropis seperti Indonesia, keberadaan AC di data center hukumnya wajib. Untuk menjaga agar temperature data center senantiasa berada di bawah suhu kamar, AC data center harus dioperasikan secara kontinu. Terhentinya pasokan udara dingin ke data center akan meningkatkan temperature ruang yang  berisiko terhadap aktifitas server dimana server akan melakukan automatically shutdown sebagai upaya server dalam mencegah kerusakan komponennya yang disebabkan oleh panas berlebih. Efek samping dari operasional perangkat computer dan perangkat aktif lainnya adalah panas. CPU komputer, perangkat komunikasi data,  dan UPS merupakan penghasil panas (heat generator).                  Semakin tinggi kemampuan processor, semakin tinggi temperatur CPU yang ditimbulkan dan semakin cepat pula efek panas yang ditimbulkannya. Namun di sisi lain, komponen computer tidak tahan terhadap panas. Apabila dibiarkan CPU akan menggoreng dirinya sendiri. Untuk memitigasi timbulnya panas berlebih yang berisiko merusak komponen, di dalam ruang data center harus dilengkapi dengan pendingin udara  yang mampu mengatur suhu udara dan kelembaban sekaligus dengan stabil. Kebutuhan tersebut hanya dapat dipenuhi oleh Precision Air conditioner (PAC). Suhu ruang data center sebaiknya dijaga dibawah suhu kamar atau sekitar 22 0C agar mampu menetralisir temperature yang dihasilkan oleh computer dengan kelembaban antara (40 – 60)%.

.

Jenis-jenis Pendingin Udara (AC) Data Center

Secara garis besar ada empat jenis AC yang dapat digunakan untuk mendinginkan ruang data center  yakni jensi window, split, VRV, dan water chiller. Yang membedakan diantara keempat jenis AC tersebut adalah posisi antara condensor dan evaporator dan bahan pendingin yang digunakannya. Ketiga jenis pertama menggunakan bahan pendingin berupa gas freon, sedangkan jenis terakhir menggunakan air yang didinginkan.

a. Window

Merupakan sistem pendingin udara paling sederhana, dimana antara condensor dan evaporator berada dalam satu kemasan/ box. Jenis AC ini diinstal dengan membuat lubang pada dinding seluas dimensi box AC. Walaupun jenis AC ini dapat digunakan untuk mendinginkan ruangan, namun perlu dipertimbangkan kembali pemakaiannya untuk data center karena lubang pada dinding berpotensi sebagai celah yang lemah.

b. Split

Sesuai namanya, pada jenis ini evaporator (bagian indoor) dan condensor (bagian out door) dipisahkan dengan jarak sekitar 3 meter. Koneksi diantara keduanya dilakukan  melalui pipa menembus dinding.  Jenis AC ini umum digunakan untuk mendinginkan ruang data center yang berukuran kecil sesuai dengan kapasitasnya. Pada data center yang berukuran besar,  jenis AC ini kurang sesuai karena membutuhkan unit yang banyak.

c. Water chiller

Merupakan sistem pendingin udara yang berukuran besar, sebagai AC sentral pada gedung perkantoran. Udara dingin yang dihasilkan merupakan tiupan kencang kipas besar pada evaporator, yang berisi air dingin,  yang berada di ruang AHU (Air Handling Unit).  Temperatur udara pada setiap outlet dapat berbeda tergantung pada jarak antara AHU dengan outlet. Semakin dekat semakin dingin, sebaliknya apabila semakin jauh. Udara dingin yang disalurkan melalui instalasi umum tidak dapat diandalkan untuk mendinginkan ruang data center. Apalagi bila jarak data center dengan AHU cukup jauh. Oleh karenanya pada ruang data center yang mengandalkan AC sentral sering ditambahkan AC split untuk membantu menurunkan temperatur ruang  data center. Apabila ruang data center tetap menggunakan AC sentral, sebaiknya evaporator ditempatkan di dalam ruang data center agar diperoleh udara dingin yang maksimal.    Namun demikian perlu diwaspadai, penempatan evaporator water chiller di ruang data center berisiko terhadap kebocoran pipa yang mengakibatkan genangan air di ruang data center. Sebagai tindakan early warning, sebaiknya pada lantai di bawah raised floor diinstal water leak detector.