Existe una tendencia secular en la industria de los centros de datos hacia la construcción de más instalaciones fuera del sitio de construcción, utilizando un enfoque de construcción modular. Un impulsor clave de esta tendencia de construcción prefabricada es la computación en la nube, donde operadores como Amazon Web Services (AWS) deben construir grandes centros de datos a hiperescala de manera rápida y rentable para respaldar la creciente demanda de sus aplicaciones en la nube. Al mismo tiempo, se están implementando rápidamente centros de datos de contenedores en ubicaciones de borde distribuido para admitir nuevas aplicaciones definidas por software y comunicaciones 5G, con el objetivo de reducir la latencia y el uso de ancho de banda.
Los centros de datos modulares son edificios prediseñados, prefabricados y estandarizados, equipados con energía y refrigeración, que albergan servidores y equipos de red. Los tipos de centros de datos modulares incluyen centros de datos de contenedores, salas de datos prefabricadas y módulos prefabricados de energía y refrigeración.
Centro Infra proporciona una descripción detallada de los centros de datos modulares, incluido su propósito, en qué se diferencian de un centro de datos tradicional y sus diferentes tipos. Es importante destacar que los proveedores de servicios en la nube (CSP) y las grandes empresas de Internet, conocidos colectivamente como hiperescaladores, están utilizando enfoques modulares para construir sus centros de datos a hiperescala. Estos operadores de centros de datos a hiperescala están aprovechando los diseños modulares para lograr: reducciones de tiempo de construcción, ahorros de costos, entrega justo a tiempo, escalabilidad, un proceso repetible y flexibilidad.
¿Qué es un centro de datos modular?
Los centros de datos modulares son edificios prediseñados, prefabricados y estandarizados, equipados con infraestructura de energía y refrigeración, diseñados para albergar servidores informáticos y equipos de red. Normalmente, un centro de datos modular es sinónimo de un centro de datos contenedor o en contenedores, que combina módulos prefabricados de TI, energía y refrigeración en gabinetes estandarizados. A veces, un centro de datos modular puede denominarse alternativamente centro de datos portátil, móvil, modular o montado sobre patines.
Centro de datos modular de Microsoft Azure. Fuente: Microsoft.
Para ampliar aún más el término, los principios de diseño y los métodos de construcción de los centros de datos modulares también se aplican a la construcción de centros de datos tradicionales en diferentes niveles, que van desde componentes y salas de servidores hasta edificios y campus.
En general, un centro de datos modular se puede implementar en exteriores como un edificio independiente o en interiores como parte de una instalación más grande. Como tal, algunos centros de datos modulares son simplemente subsistemas de una estructura más grande, que requieren que módulos de TI, energía y/o refrigeración estén conectados entre sí. Por ejemplo, los servidores y los equipos de red pueden residir en una estructura, infraestructura eléctrica en otra y sistemas de refrigeración en un recinto separado adicional.
¿Cuál es el propósito de un centro de datos modular?
Los centros de datos modulares tienen dos propósitos clave: permiten ahorros potenciales de tiempo y costo durante la construcción e implementación de un centro de datos.
- Tiempo: Los fabricantes de centros de datos modulares, Schneider Electric y Vertiv, han declarado que las instalaciones modulares pueden reducir los tiempos de construcción e implementación entre un 40% y un 50%, en comparación con los métodos tradicionales de construcción de centros de datos.
- Costo: Los centros de datos modulares ofrecen ahorros de costos a través de diseños y componentes estandarizados, lo que permite una gestión eficiente de la cadena de suministro. Además, reducen la mano de obra en la obra al transformar los métodos de construcción tradicionales en un proceso de ensamblaje.
¿Qué es un centro de datos modular frente a un centro de datos tradicional?
Un centro de datos modular es una alternativa al centro de datos tradicional. En un proceso tradicional de construcción de centro de datos, algunos o todos los componentes del centro de datos se construyen en el sitio a partir de una colección de piezas. Por el contrario, la construcción de centros de datos modulares utiliza componentes que se fabrican fuera del sitio y se entregan como módulos prediseñados, prefabricados y probados previamente.
Los enfoques tradicionales de construcción de centros de datos implican la construcción de instalaciones en el sitio en grandes fases, a menudo con espacio adicional para adaptarse al crecimiento futuro. Debido a que lleva tiempo llenar estos centros de datos con equipos de TI y/o inquilinos, un enfoque de construcción tradicional resulta en una subutilización del activo. Por el contrario, un enfoque modular escala la construcción y la capacidad del centro de datos junto con las necesidades informáticas del operador, lo que limita el aprovisionamiento excesivo de recursos.
Tamaño del mercado de centros de datos modulares
Se estima que el tamaño del mercado mundial de centros de datos modulares comprenderá unos ingresos totales de 35.000 millones de dólares para finales de 2024 y se prevé que crezca a una tasa de crecimiento anual compuesta (CAGR) del 19% hasta 2030, alcanzando casi 100.000 millones de dólares de ingresos totales.
¿Cuáles son los tipos de centros de datos modulares?
Hay tres tipos de centros de datos que generalmente se consideran modulares: centros de datos en contenedores, salas de datos prefabricadas y módulos prefabricados de energía y refrigeración. Según Schneider Electric, aproximadamente el 20% de la capacidad total del centro de datos se está implementando a través de estos diferentes tipos de centros de datos modulares prefabricados.
1. Centros de datos de contenedores
Los centros de datos de contenedores, también conocidos como centros de datos en contenedores, son salas de datos prefabricadas “todo en uno” construidas en unidades estandarizadas. Estas unidades combinan la estructura de las instalaciones, los equipos de TI, la infraestructura eléctrica y los sistemas de refrigeración en un solo recinto cohesivo. Por ejemplo, los componentes prefabricados dentro de estos recintos de centros de datos en contenedores incluyen:
- Equipos TI: Unidades de Distribución de Energía (PDU), separación de pasillos fríos y calientes, bandejas de cables, iluminación, electroductos, así como sistemas de detección y extinción de incendios. El espacio de TI en los centros de datos en contenedores está diseñado para admitir racks de servidores estándar de la industria, junto con equipos de almacenamiento y redes.
- Alimentación: Sistema de Alimentación Ininterrumpida (UPS) con baterías, aparamenta/cuadro, transformador, tablero e Interruptor de Transferencia Automática (ATS). Los centros de datos en contenedores no incluyen generadores eléctricos de respaldo, que deben integrarse por separado.
- Refrigeración: Enfriadores, bombas, variadores, válvulas y un tanque de almacenamiento enfriados por aire o agua. Los centros de datos en contenedores pueden potencialmente incorporar economizadores del lado del aire, que utilizan aire exterior para enfriamiento gratuito.
Fuente: Schneider Electric.
En general, un centro de datos de contenedor único puede admitir una variedad de diseños, que generalmente van desde 20 kilovatios (kW) a 250 kW de capacidad de TI y de 4 a 20 racks. En promedio, esto implica densidades de potencia de 5 kW a 15 kW por rack.
Características físicas
Cada “unidad” de centro de datos en contenedores es un recinto, que generalmente tiene las mismas dimensiones que un contenedor de envío ISO de 20 o 40 pies, como se muestra a continuación:
- Contenedor de 20’: 20 pies de largo por 8 pies de ancho por 8,5 pies de alto
- Contenedor de 40’: 40 pies de largo por 8 pies de ancho por 8.5 pies de alto
Este diseño estandarizado está diseñado para garantizar que los centros de datos de contenedores puedan transportarse de manera eficiente utilizando las cadenas de suministro logísticas existentes. Además, los diseños de contenedores de envío son fáciles de conseguir y ya se ha probado su integridad estructural.
Por otro lado, también se están fabricando centros de datos de contenedores personalizados, con dimensiones no ISO, para satisfacer las necesidades específicas de espacio y tecnología de los clientes. Por ejemplo, una empresa podría necesitar un centro de datos con dimensiones específicas para caber en un área designada de sus instalaciones, donde no cabría un contenedor ISO estándar.
Implementación
Los centros de datos de contenedores se prefabrican en una instalación de fabricación y luego se transportan al sitio del usuario final. Luego, estos recintos se levantan del camión con una grúa y se colocan sobre una plataforma de concreto. La instalación solo requiere una conexión a una entrada de energía, tuberías de agua fría y equipo de red.
Los centros de datos de contenedores están diseñados para ser accesibles, totalmente integrados y resistentes a la intemperie, lo que les permite implementarse en entornos al aire libre. Normalmente, los centros de datos en contenedores se utilizan para nuevas implementaciones, incluidos grandes centros de datos independientes y [instalaciones perimetrales] más pequeñas(/articulos/what-is-an-edge-data-center/).
2. Salas de datos prefabricadas
Los grandes centros de datos mayoristas y de hiperescala a menudo comprenden múltiples salones de datos, que son salas seguras y completamente amuralladas alojadas dentro de un centro de datos que contienen servidores y equipos de red. Las salas de datos a menudo se alquilan a un solo cliente, que puede tener requisitos de confiabilidad o densidad de energía diferentes a los de otros inquilinos dentro del edificio del centro de datos más amplio. Para los centros de datos mayoristas y de hiperescala que utilizan un enfoque de construcción por fases, se pueden incorporar salones de datos prefabricados al edificio con el tiempo, respondiendo a las necesidades internas o a la demanda de los clientes.
Fuente: Schneider Electric.
Las salas de datos prefabricadas son un tipo de implementación de centro de datos modular que puede agregar rápidamente “espacio en blanco” a una instalación de centro de datos existente, utilizando componentes fabricados. Estas salas de datos prefabricadas representan un enfoque híbrido o semiprefabricado, porque aprovechan una combinación de métodos de construcción de centros de datos tradicionales y modulares.
Las salas de datos prefabricadas, que comprenden varios miles de pies cuadrados de espacio y entre 50 y más de 200 racks, permiten construir grandes centros de datos mayoristas y de hiperescala a partir de subsistemas más pequeños.
Las salas de datos prefabricadas implican un “híbrido” de trabajo interno y externo en paralelo:
- En el sitio: La estructura eléctrica y el núcleo del edificio se construyen en el sitio, de modo que puedan acomodar espacio para una futura expansión del centro de datos.
- Fuera del sitio: Las fábricas se utilizan para fabricar salas de datos prefabricadas, que luego se transportan a un centro de datos particular para su instalación.
Posteriormente, la carcasa y el núcleo in situ se equipan con salas de datos prefabricadas externas, que contienen la infraestructura de TI. Estas salas de datos prefabricadas se instalan de forma individual en partes del espacio del edificio. A su vez, el proceso de construcción de un centro de datos se convierte más en un proceso de montaje que de construcción.
Salas de datos prefabricadas del mundo real
Según NTT Global Data Centers, la capacidad incremental de la sala de datos prefabricada se puede poner en línea en 4 meses, lo que equivale a ~17 semanas. Mientras que CyrusOne, otra importante empresa de centros de datos, afirma que “la construcción de su sala de centro de datos modular normalmente se puede completar en 12 a 16 semanas”.
3. Módulos prefabricados de energía y refrigeración
Los módulos prefabricados de energía y enfriamiento constan de un sistema completo de energía o enfriamiento que ha sido diseñado, integrado y probado previamente fuera del sitio. Estos módulos de alimentación y refrigeración se envían a un centro de datos y llegan listos para su instalación.
Módulos de potencia
Los módulos de energía comprenden el sistema de alimentación ininterrumpida (UPS) con baterías, aparamenta/cuadro de distribución, transformador, tablero e interruptor de transferencia automática (ATS). Los generadores eléctricos de respaldo no están incluidos y deben integrarse por separado.
Los módulos de energía se pueden entregar como una sala de energía completa o como un sistema abierto montado sobre patines:
- Sala de energía: Sistema completamente cerrado que puede montarse externamente y quedar completamente expuesto a los elementos exteriores. Las salas de energía pueden ser transitables, donde el personal puede entrar o, alternativamente, acceder solo a través de paneles en el exterior del recinto.
Fuente: Schneider Electric.
- Montado sobre patines: Colocado en un marco o sobre rieles y equipado dentro de un edificio existente. Especialmente adecuado para implementaciones grandes en interiores, ya que los componentes no están protegidos de los elementos exteriores.
Fuente: Schneider Electric.
Los módulos de energía prefabricados atienden cargas de TI más grandes con un diseño del sistema de energía que garantiza la redundancia a través de una arquitectura distribuida. Estos módulos vienen en diferentes formatos. Los módulos de potencia cerrados ofrecen capacidades que van desde 250 kilovatios (kW) hasta 500 kW. Por el contrario, los diseños montados sobre patines son capaces de soportar capacidades aún mayores, que van desde 1 megavatio (MW) a 2 MW.
Módulos de refrigeración
Los módulos de refrigeración, también conocidos como módulos hidrónicos, son sistemas de agua enfriada que comprenden enfriadores, bombas, variadores, válvulas y tanques de almacenamiento enfriados por aire o agua. Estos módulos de enfriamiento se pueden entregar con o sin economizadores del lado del aire, que utilizan aire exterior para enfriamiento gratuito.
Fuente: Schneider Electric.
Los centros de datos modulares se benefician de la eficiencia de enfriamiento porque es más fácil enfriar un recinto confinado que una sala grande, en el caso de un centro de datos tradicional.
A continuación se muestra un ejemplo de unidades de refrigeración modulares en el centro de datos de Google en el condado de Mayes, Oklahoma:
Fuente: Google.
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¿Cuáles son las ventajas y desventajas de los centros de datos modulares?
Ventajas de los centros de datos modulares
Las ventajas de los centros de datos modulares son la reducción del tiempo de construcción, el ahorro de costos, la entrega justo a tiempo, la escalabilidad, un proceso repetible y la flexibilidad.
1) Reducción de tiempo para la construcción
Los centros de datos modulares pueden reducir los tiempos de construcción e implementación entre un 40% y un 50%, en comparación con los métodos tradicionales de construcción de centros de datos. Esto se logra principalmente trasladando las tareas de construcción convencionales en el sitio a instalaciones de fabricación fuera del sitio.
La siguiente es una comparación realizada por Digital Realty, una empresa de centros de datos, de los cronogramas de construcción de los centros de datos modulares versus los tradicionales:
Digital Realty utiliza una arquitectura de diseño modular para ofrecer un centro de datos de diseño estándar completamente operativo en menos de 30 semanas, equivalente a ~7 meses. En comparación, el proceso de diseño y construcción de un centro de datos tradicional puede tardar entre 18 y 24 meses o más.
Los componentes del centro de datos modular están prediseñados, preensamblados y probados previamente en una instalación de fabricación fuera del sitio. A su vez, esto elimina las tareas de construcción tradicionales in situ, como el abastecimiento de materias primas y componentes, la coordinación de la entrega, la integración y las pruebas, y la contratación de mano de obra calificada. No tener que planificar previamente y gestionar estos cronogramas interdependientes permite ahorrar tiempo. En lugar de ello, llega al sitio un sistema prediseñado, prefabricado y probado previamente, listo para su conexión y utilización.
Además, los centros de datos modulares permiten el trabajo dentro y fuera del sitio en paralelo, lo que reduce el tiempo en comparación con un proceso de construcción lineal y completamente in situ. En particular, esto es relevante para salas de datos prefabricadas, módulos de energía prefabricados y módulos de refrigeración prefabricados.
2) Ahorro de costos
Los centros de datos modulares ofrecen ahorros de costos mediante el uso de la estandarización y la reducción de la mano de obra en el sitio:
- Estandarización: Se pueden lograr economías de escala mediante el uso de diseños y componentes estandarizados, que permiten costos más predecibles y manejables. Específicamente, a través de la gestión de la cadena de suministro, las materias primas y los componentes se pueden adquirir al por mayor, en lugar de proyecto por proyecto y en función del tiempo, como suele ser el caso con los centros de datos tradicionales.
- Mano de obra: La fabricación de módulos de centros de datos en una fábrica utiliza menos personal que los enfoques de construcción tradicionales, lo que a menudo puede requerir más de 1000 trabajadores de la construcción temporalmente en el sitio en el pico de la construcción de un centro de datos a hiperescala. Además, los centros de datos modulares requieren menos arquitectos, ingenieros y técnicos especializados en el sitio, dado que los módulos ya han sido probados previamente en un entorno de fábrica para control de calidad.
En general, los sistemas de energía (eléctricos) y los sistemas de refrigeración de un centro de datos son dos de las categorías más caras al construir un centro de datos tradicional, y representan del 40% al 45% y del 15% al 20% de los costos totales de construcción, respectivamente. La estandarización, en particular, ayuda a reducir estos costos de sistemas de energía y refrigeración.
3) Entrega justo a tiempo
La construcción de centros de datos modulares – particularmente para salas de datos prefabricadas, módulos de energía prefabricados y módulos de enfriamiento prefabricados – implica un powered shell en el sitio y un núcleo que se equipa de manera incremental con infraestructura de TI, energía y enfriamiento, según la demanda de los clientes. Este enfoque permite la construcción gradual de infraestructura para satisfacer los requisitos específicos de un cliente, lo que podría ser un compromiso en forma de prearrendamiento de la capacidad del centro de datos.
Al entregar capacidad de manera incremental, justo a tiempo, los gastos de capital se pueden reducir significativamente y la inversión se puede diferir hasta lo más tarde posible, mejorando el retorno de la inversión (ROI). Al mismo tiempo, los proveedores de centros de datos pueden minimizar el riesgo asegurándose de que solo comiencen la construcción de un centro de datos una vez que tengan un prearrendamiento vigente para una cantidad específica de capacidad.
4) Escalabilidad
Los centros de datos modulares se pueden escalar agregando más unidades o módulos estandarizados a medida que crece la demanda de capacidad. De hecho, la única limitación a la escalabilidad de una instalación informática modular es la infraestructura de soporte en el sitio (por ejemplo, subestaciones eléctricas) y el terreno disponible.
Como ejemplo, los módulos de energía permiten una forma sencilla de escalar la energía en relación con las necesidades de capacidad reales, simplemente implementando módulos adicionales fuera del espacio en blanco de un centro de datos. Con este fin, los operadores de centros de datos a hiperescala, como Meta Platforms (Facebook), están utilizando módulos prefabricados de energía y refrigeración para construir gradualmente sus campus de centros de datos, que a menudo pueden abarcar más de 10 edificios, más de 100 megavatios y más de 1 millón de pies cuadrados.
5) Proceso repetible
Los centros de datos modulares ofrecen diseños simplificados y estandarizados, lo que permite a los hyperscalers agregar capacidad bajo demanda en bloques de construcción predefinidos. Este enfoque es repetible porque los bloques de construcción predefinidos eliminan la necesidad de que los hiperescaladores diseñan un nuevo centro de datos cada vez y en cada ubicación donde construyen.
Como tal, empresas como Amazon Web Services (AWS), que tienen operaciones de centros de datos globales, pueden implementar instalaciones estandarizadas independientemente de la ubicación de su proyecto.
6) Flexibilidad
Los centros de datos modulares, en particular los centros de datos de contenedores, ofrecen flexibilidad porque pueden entregarse en un sitio para satisfacer una necesidad inmediata y/o temporal, así como implementarse en una ubicación donde no es fácil construir un centro de datos tradicional. Por ejemplo, la tecnología IoT requiere el despliegue de centros de datos en entornos más cercanos a los usuarios finales, como ciudades urbanas densas en el borde de la red.
La flexibilidad en los centros de datos modulares también es evidente porque los módulos más antiguos pueden reemplazarse fácilmente cuando se vuelven obsoletos o si se necesita tecnología más nueva. Este enfoque garantiza que los centros de datos modulares se mantengan actualizados y sean eficientes al permitir la fácil sustitución de componentes obsoletos por tecnología más nueva y avanzada.
Además, los sistemas de centros de datos modulares permiten a los operadores agregar infraestructura incremental de TI, energía y enfriamiento, acomodando así densidades de energía cada vez mayores dentro de sus instalaciones. A medida que aumentan las necesidades de densidad de energía del usuario final, para aplicaciones como inteligencia artificial (IA), las instalaciones modulares ofrecen la flexibilidad para satisfacer estas demandas de TI.
Desventajas de los centros de datos modulares
Las desventajas de los centros de datos modulares son el riesgo de transporte, el riesgo de los proveedores, la durabilidad y la seguridad física.
1) Riesgo de transporte
Los centros de datos modulares generalmente se prefabrican en una fábrica fuera del sitio, a menudo ubicada a cientos de millas de donde se construyen la carcasa eléctrica y el núcleo del edificio en el sitio. En consecuencia, estos módulos de centro de datos deben transportarse a un sitio específico para su instalación.
Los transportistas y montadores deben tener mucho cuidado con cada módulo del centro de datos, ya que un accidente durante el transporte podría hacer que todo el módulo necesite reparaciones o reemplazos importantes. Como resultado de un percance, toda la secuencia de instalación podría retrasarse.
2) Riesgo del proveedor
Los fabricantes de centros de datos modulares, como Schneider Electric y Vertiv, tienen opciones limitadas, en comparación con los contratistas generales con experiencia en la construcción de centros de datos tradicionales. Esta base concentrada de proveedores crea un riesgo de ejecución si un fabricante de centros de datos modulares en particular no cumple.
3) Durabilidad
Los centros de datos modulares, especialmente los centros de datos de contenedores situados al aire libre, pueden ser menos resistentes a los elementos naturales en comparación con los centros de datos tradicionales. Por ejemplo, estas instalaciones son susceptibles a daños causados por diversas fuentes, como la lluvia, el viento, el vandalismo, los animales y los insectos. Como tal, el cerramiento del edificio y el equipo interno están más expuestos a elementos corrosivos como el óxido, en comparación con los centros de datos tradicionales.
4) Seguridad física
Los centros de datos modulares generalmente no están construidos con las capas de seguridad físicas sólidas que ofrecen los centros de datos tradicionales. Por lo tanto, es responsabilidad del usuario final de una instalación modular proporcionar sus propias medidas de seguridad física, como cercas anti-escalada, una puerta de entrada principal, guardias de seguridad, identificación biométrica y más.
Fabricantes de centros de datos modulares
Los principales fabricantes de centros de datos modulares son Schneider Electric (incluido APC), Vertiv, Huawei y Eaton. Mientras que otros proveedores de soluciones de centros de datos modulares de terceros incluyen Cisco, Dell, Hewlett Packard Enterprise (HPE), IBM y Johnson Controls. Estas empresas se especializan en la fabricación de productos y soluciones de infraestructura modular, como módulos de energía y refrigeración, utilizados en centros de datos.
