Os gémeos digitais: uma mais-valia para a gestão dos centros de dados
Os centros de dados tornaram-se elementos essenciais da infraestrutura informática moderna, permitindo armazenar, gerir e tratar grandes quantidades de dados. Mas a sua gestão pode ser complexa.
As problemáticas de gestão
- Complexidade da gestão — milhares de equipamentos interligados (servidores, armazenamento, refrigeração, alimentação) que exigem competência técnica considerável.
- Custos elevados — aquisição, infraestrutura, exploração; os custos de energia para alimentar e refrigerar são significativos.
- Manutenção — essencial ao bom funcionamento; as paragens planeadas podem interromper temporariamente os serviços.
- Escalabilidade — as necessidades evoluem depressa; a infraestrutura deve adaptar-se, por vezes ao custo de investimentos adicionais.
- Segurança — informação sensível e confidencial, alvo potencial de ciberataques.
É aqui que entram os gémeos digitais. Estas réplicas virtuais dos equipamentos e sistemas físicos oferecem aos gestores uma visão completa e precisa da sua infraestrutura: vigilância permanente, previsão das avarias potenciais, melhoria da eficiência energética e planeamento das atualizações e reparações.
Neste dossiê, exploramos como os gémeos digitais podem ser utilizados nos centros de dados para melhorar a gestão dos equipamentos, reduzir os custos de exploração e melhorar a sustentabilidade, bem como os desafios potenciais associados à sua implementação.
Centro de dados e gémeo digital: de que falamos?
No interior de um centro de dados
Um centro de dados é um data center que contém um grande número de equipamentos informáticos essenciais ao armazenamento, ao tratamento, à gestão e à difusão de milhares de milhões de dados. Estes dados são armazenados em sistemas de armazenamento (matrizes de discos rígidos, armazenamento em rede ou na cloud) e tratados em milhares de servidores. A potência de um centro de dados pode atingir 100 megawatts (MW).
Os centros de dados são locais particularmente seguros, pois contêm muita informação confidencial. São também locais climatizados: numerosos sistemas de refrigeração mantêm a temperatura num valor ótimo. Estão por fim equipados com sistemas de alimentação redundantes (geradores de emergência, UPS) para garantir a disponibilidade contínua dos serviços em caso de falha de material ou de corte de energia.
Estes centros de dados desempenham um papel fundamental na infraestrutura da internet e da informática moderna, contribuindo para a gestão e a disponibilidade dos serviços em linha utilizados diariamente.
O gémeo digital: uma representação virtual do mundo físico
Um gémeo digital (digital twin) é uma representação visual completa e fiel de um objeto físico ao longo de todo o seu ciclo de vida. Utiliza os dados em tempo real dos sensores do objeto a fim de simular o seu comportamento em permanência, vigiar as suas operações e desempenhos, antecipar as falhas e tomar decisões.
O gémeo digital assenta na transmissão de informação a débito muito elevado (fibra ótica, 5G — e 6G a prazo). É desenvolvido em torno da Internet das Coisas (IoT) e da inteligência artificial (IA), em particular do machine learning e do deep learning: faz previsões, observa o desvio face à realidade, depois aprende e afina as suas previsões.
O gémeo digital assemelha-se a uma simulação complexa, mas uma grande diferença os separa: uma simulação apenas dá uma indicação sobre o comportamento real, enquanto o gémeo digital modela o rapport exato do produto ou sistema à realidade, bem como todo o seu ciclo de vida, graças aos seus dados adquiridos em tempo real.
Os diferentes tipos de gémeo digital
A tecnologia mantém-se globalmente a mesma; distinguem-se os gémeos digitais pelo seu tipo de aplicação.
Gémeo digital de produto
- Reproduz integralmente os componentes de um produto físico num ambiente virtual.
- Análise sob diferentes condições, ajustes virtuais, decisões de conceção e produção esclarecidas.
- Melhora o produto, evita a multiplicação de protótipos, minimiza os riscos.
Gémeo digital de processo
- Verifica a eficácia de um processo de fabrico ou de uma cadeia de produção antes da entrada em produção.
- Visão completa de cada produto que sai; prevê as necessidades de manutenção preventiva.
- Mais rapidez, eficiência e fiabilidade.
Gémeo digital de sistemas
- Trata numericamente sistemas inteiros para compreender processos ou cadeias de produção.
- Verifica a sincronização entre todos os sistemas.
- Melhora a eficiência de todo o sistema e do produto.
O gémeo digital dá os seus primeiros passos no edifício
A tecnologia do gémeo digital é semelhante à associação entre a GTB (Gestão Técnica do Edifício) e o BIM (Building Information Modeling).
BIM — Building Information Modeling
O BIM cria um modelo digital do edifício que visa centralizar todos os dados de um projeto de construção num modelo 3D inteligente e interativo. Este modelo contém um modelo 3D complexo mas também características não geométricas (materiais, custos, prazos, desempenhos energéticos, dados de exploração e de manutenção). As partes interessadas interagem em tempo real sobre um mesmo modelo: uma forma de simular e visualizar um projeto antes mesmo do seu arranque para detetar defeitos de eficiência e falhas de custo. O BIM tem um caráter supervisor que permite corrigir os erros antes da realização, e atualiza-se ao longo de todo o ciclo de vida.
GTB — Gestão Técnica do Edifício
A GTB gere eficazmente as funções técnicas, equipamentos e recursos, permitindo reduzir o consumo energético do edifício (então qualificado de «smart building») em exploração: aquecimento, ventilação, climatização, iluminação, segurança. A sua gestão tem um impacto direto no desempenho energético e no conforto dos ocupantes.
Complementaridade
Estas duas tecnologias são complementares: o BIM está centrado na criação e na gestão de um modelo digital colaborativo ao longo de todo o projeto; a GTB concentra-se na gestão dos sistemas técnicos em exploração. A sua utilização conjunta melhora o planeamento, a conceção, a construção, a exploração e a manutenção dos edifícios.
O gémeo digital de centro de dados é semelhante à fusão do BIM e da GTB: está dotado de todas as funções destas duas tecnologias, o que o torna particularmente completo e rico em informação.
Supervisão e papel do gémeo digital num centro de dados
Com ou sem gémeo digital?
Uma supervisão dos centros de dados é possível sem gémeo digital, graças a sistemas de gestão e de vigilância clássicos: os dados de temperatura, de humidade, de consumo de energia e de desempenho dos sensores são recolhidos e analisados para vigiar o estado do centro.
Esta supervisão é, contudo, menos eficaz do que com um gémeo digital. Este último é uma representação virtual em tempo real de todos os dados físicos e operacionais do centro de dados, permitindo uma vigilância completa e detalhada. As suas vantagens:
Precisão
- Visão exaustiva e precisa dos dados operacionais e das interações complexas entre equipamentos; sem ele, a vigilância permanece parcial e alguns problemas escapam à deteção.
Reatividade
- A deteção dos problemas é mais lenta fora do tempo real, atrasando intervenções e resoluções.
Otimização
- A previsão de cenários a partir dos dados presentes e anteriores é própria do gémeo digital; sem ela, a otimização é mais limitada.
O gémeo digital é uma tecnologia revolucionária dos centros de dados: otimiza a sua eficiência, a sua gestão de recursos, a sua segurança e as tomadas de decisão.
Prevenir as manutenções
A recolha e a análise dos dados dos equipamentos permitem vigiar as condições ambientais (humidade, temperatura, consumo de energia) e conhecer em permanência o estado dos equipamentos, logo detetar sinais precursores de falhas. Uma manutenção torna-se possível antes de um problema grave surgir. O gémeo determina também as necessidades futuras de consumo dos sistemas (aquecimento, ventilação, climatização, iluminação, segurança), oferecendo um meio de gerir a capacidade do centro de dados (expansão ou consolidação).
Otimização de energia
O consumo energético do centro de dados resulta do de todos os seus equipamentos. O gémeo digital analisa este consumo e determina as zonas menos eficientes, ajudando a implementar estratégias de otimização energética para reduzir os custos e a pegada ambiental.
Uma ferramenta de previsão e de planeamento
Graças à sua faculdade de previsão, o gémeo digital realiza testes para prever situações de mudança antes mesmo de as novas configurações materiais ou de software serem feitas (novas máquinas, reorganização da cablagem, ajuste da climatização…). As suas previsões sobre os riscos de erros e de disfunção permitem validar ou não certas mudanças antes da sua realização física.
Estudos CFD interno e externo dos centros de dados
Simulação de avarias: preparar o imprevisto
O gémeo digital realiza estudos termo-aeráulicos de centro de dados. Tal como a simulação CFD, procura os pontos quentes e propõe dimensionamentos climáticos otimizados bem como otimizações energéticas: pode determinar a temperatura ideal de insuflação através da simulação de diferentes cenários de carga e de refrigeração; reduzir esta temperatura diminui a energia necessária e os custos.
Um dos papéis-chave do gémeo digital é a sua análise crítica: simular vários cenários de avaria (paragem de um ou de vários sistemas) e observar o que acontece. Em caso de falha, a temperatura sobe muito rapidamente; é, por isso, importante ter previsto de antemão sistemas adequados para a diminuir.
Estudos dos focos de incêndio e segurança contra incêndios
Os gémeos digitais permitem também analisar o tempo de deteção dos incêndios, a taxa de propagação do fumo, a temperatura, a visibilidade e outros parâmetros essenciais. Utilizando modelos detalhados baseados nas leis da física e dados específicos sobre os materiais, equipamentos e sistemas de segurança contra incêndios, os engenheiros obtêm previsões precisas sobre o comportamento dos incêndios e avaliam a eficácia das medidas de segurança.
A importância dos estudos CFD externos
Os estudos termo-aeráulicos externos, conduzidos por CFD, consistem em estudar o deslocamento do ar e os ventos no exterior do centro de dados. As condições exteriores têm impacto no desempenho dos equipamentos; a EOLIOS realiza estes estudos para garantir um funcionamento ótimo mesmo nas circunstâncias mais extremas.
Vários cenários são realizados em diferentes modos operacionais e condições meteorológicas. Estes estudos externos permitem completar a avaliação dos riscos, otimizar a conceção e reduzir o consumo energético do centro.
Desafios potenciais, software 6SigmaRoom e balanço
Desafios a não negligenciar
Embora os gémeos digitais ofereçam numerosas vantagens, a sua utilização apresenta também desafios potenciais:
Pontos de vigilância
- Custo inicial elevado — criação dispendiosa, que exige investimentos em equipamentos e software de simulação sofisticados, em particular em mecânica dos fluidos e CFD.
- Complexidade — ambientes complexos, numerosos equipamentos interligados; um gémeo preciso exige uma compreensão aprofundada da infraestrutura.
- Necessidade de dados precisos — alimentação por dados precisos e atualizados, logo vigilância constante e recolha automatizada.
- Integração com o existente — pode exigir modificações importantes dos processos e ferramentas em vigor.
- Confidencialidade e segurança — os dados recolhidos são sensíveis e devem ser protegidos contra os acessos não autorizados.
O software 6SigmaRoom
A EOLIOS utiliza a simulação CFD para calcular e visualizar em 3D os fluxos de ar num espaço, e fornece índices de desempenho para otimizar a eficiência da refrigeração da sala. Ao evitar os pontos quentes e ao fornecer a quantidade de ar adequada à refrigeração da eletrónica, o software garante um bom funcionamento. O modelo completo realizado pelo 6SigmaRoom gere também a cablagem de rede e a cadeia de distribuição elétrica.
O 6SigmaRoom é a ferramenta mais utilizada para a CFD de centro de dados de qualquer dimensão — um software completo para o gémeo digital. Este solver CFD realiza uma representação 3D digital do centro físico, suporta a conceção e a exploração, e permite simular o impacto de uma ou de várias mudanças na capacidade física e na eficiência de refrigeração — logo simular avarias. O seu objetivo: conceber infraestruturas fiáveis, resilientes e capazes de funcionar à sua capacidade máxima ao mesmo tempo que melhoram a eficiência energética.
Em resumo
Os gémeos digitais oferecem um enorme potencial para melhorar o desempenho e a gestão dos centros de dados. Ao explorar os dados dos sensores e do sistema real, ajudam a prevenir as avarias e a melhorar a eficiência energética. Os centros de dados que adotam esta tecnologia beneficiam de uma vigilância mais precisa, de custos de exploração reduzidos e de uma melhor sustentabilidade a longo prazo.
Supervisão, manutenção preditiva, análise crítica de avarias, estudos CFD interno e externo: vamos conversar.
