Los gemelos digitales: una baza para la gestión de los centros de datos
Los centros de datos se han convertido en elementos esenciales de la infraestructura informática moderna, permitiendo almacenar, gestionar y tratar grandes cantidades de datos. Pero su gestión puede ser compleja.
Las problemáticas de gestión
- Complejidad de la gestión — miles de equipos interconectados (servidores, almacenamiento, refrigeración, alimentación) que exigen una pericia técnica importante.
- Costes elevados — adquisición, infraestructura, explotación; los costes de energía para alimentar y refrigerar son significativos.
- Mantenimiento — esencial para el buen funcionamiento; las paradas planificadas pueden interrumpir temporalmente los servicios.
- Escalabilidad — las necesidades evolucionan rápido; la infraestructura debe adaptarse, a veces a costa de inversiones adicionales.
- Seguridad — información sensible y confidencial, objetivo potencial de ciberataques.
Ahí es donde intervienen los gemelos digitales. Estas réplicas virtuales de los equipos y sistemas físicos ofrecen a los gestores una visión completa y precisa de su infraestructura: vigilancia permanente, predicción de las averías potenciales, mejora de la eficiencia energética y planificación de las actualizaciones y reparaciones.
En este dosier, exploramos cómo los gemelos digitales pueden utilizarse en los centros de datos para mejorar la gestión de los equipos, reducir los costes de explotación y mejorar la sostenibilidad, así como los retos potenciales asociados a su implementación.
Data center y gemelo digital: ¿de qué hablamos?
Dentro de un centro de datos
Un data center es un centro de datos que contiene un gran número de equipos informáticos esenciales para el almacenamiento, el tratamiento, la gestión y la difusión de miles de millones de datos. Estos datos se almacenan en sistemas de almacenamiento (cabinas de discos duros, almacenamiento en red o en la nube) y se tratan en miles de servidores. La potencia de un centro de datos puede alcanzar los 100 megavatios (MW).
Los centros de datos son lugares particularmente seguros porque contienen mucha información confidencial. Son también lugares climatizados: numerosos sistemas de refrigeración mantienen la temperatura en un valor óptimo. Por último, están equipados con sistemas de alimentación redundantes (generadores de emergencia, onduladores) para garantizar la disponibilidad continua de los servicios en caso de fallo material o de corte de corriente.
Estos centros de datos desempeñan un papel fundamental en la infraestructura de internet y de la informática moderna, contribuyendo a la gestión y a la disponibilidad de los servicios en línea utilizados a diario.
El gemelo digital: una representación virtual del mundo físico
Un gemelo digital (digital twin) es una representación visual completa y fiel de un objeto físico a lo largo de todo su ciclo de vida. Utiliza los datos en tiempo real de los sensores del objeto para simular su comportamiento de forma permanente, vigilar sus operaciones y rendimiento, anticipar los fallos y tomar decisiones.
El gemelo digital se basa en la transmisión de información de muy alta velocidad (fibra óptica, 5G — y 6G a plazo). Se desarrolla en torno al Internet de las cosas (IoT) y a la inteligencia artificial (IA), en particular al machine learning y al deep learning: hace predicciones, observa la diferencia con la realidad, y luego aprende y afina sus previsiones.
El gemelo digital se parece a una simulación compleja, pero una gran diferencia los separa: una simulación solo da una indicación sobre el comportamiento real, mientras que el gemelo digital modeliza la correspondencia exacta del producto o sistema con la realidad, así como todo su ciclo de vida, gracias a sus datos adquiridos en tiempo real.
Los distintos tipos de gemelo digital
La tecnología es globalmente la misma; se distinguen los gemelos digitales por su tipo de aplicación.
Gemelo digital de producto
- Reproduce íntegramente los componentes de un producto físico en un entorno virtual.
- Análisis bajo distintas condiciones, ajustes virtuales, decisiones de diseño y producción fundamentadas.
- Mejora el producto, evita la multiplicación de prototipos, minimiza los riesgos.
Gemelo digital de proceso
- Verifica la eficacia de un proceso de fabricación o de una cadena de producción antes de la puesta en producción.
- Visión completa de cada producto saliente; predice las necesidades de mantenimiento preventivo.
- Más rapidez, eficacia y fiabilidad.
Gemelo digital de sistemas
- Trata numéricamente sistemas enteros para comprender procesos o cadenas de producción.
- Verifica la sincronización entre todos los sistemas.
- Mejora la eficacia del conjunto del sistema y del producto.
El gemelo digital debuta en el edificio
La tecnología del gemelo digital es similar a la asociación entre la GTB (Gestión Técnica del Edificio) y el BIM (Building Information Modeling).
BIM — Building Information Modeling
El BIM crea un modelo digital del edificio orientado a centralizar todos los datos de un proyecto de construcción en un modelo 3D inteligente e interactivo. Este modelo contiene un modelo 3D complejo pero también características no geométricas (materiales, costes, plazos, rendimiento energético, datos de explotación y de mantenimiento). Las partes interesadas interactúan en tiempo real sobre un mismo modelo: una manera de simular y visualizar un proyecto antes incluso de su inicio para detectar defectos de eficiencia y fallos de coste. El BIM tiene un carácter supervisor que permite rectificar los errores antes de la ejecución, y se actualiza a lo largo de todo el ciclo de vida.
GTB — Gestión Técnica del Edificio
La GTB gestiona eficazmente las funciones técnicas, equipos y recursos, permitiendo reducir el consumo energético del edificio (entonces calificado de «smart building») en explotación: calefacción, ventilación, climatización, iluminación, seguridad. Su gestión tiene un impacto directo sobre el rendimiento energético y el confort de los ocupantes.
Complementariedad
Estas dos tecnologías son complementarias: el BIM se centra en la creación y la gestión de un modelo digital colaborativo a lo largo de todo el proyecto; la GTB se concentra en la gestión de los sistemas técnicos en explotación. Su uso conjunto mejora la planificación, el diseño, la construcción, la explotación y el mantenimiento de los edificios.
El gemelo digital de centro de datos es similar a la fusión del BIM y de la GTB: está dotado de todas las funciones de estas dos tecnologías, lo que lo hace particularmente completo y rico en información.
Supervisión y papel del gemelo digital en un centro de datos
¿Con o sin gemelo digital?
Una supervisión de los centros de datos es posible sin gemelo digital, gracias a sistemas de gestión y de vigilancia clásicos: los datos de temperatura, de humedad, de consumo de energía y de rendimiento de los sensores se recopilan y analizan para vigilar el estado del centro.
Sin embargo, esta supervisión es menos eficaz que con un gemelo digital. Este último es una representación virtual en tiempo real de todos los datos físicos y operativos del centro de datos, permitiendo una vigilancia completa y detallada. Sus ventajas:
Precisión
- Visión exhaustiva y precisa de los datos operativos y de las interacciones complejas entre equipos; sin él, la vigilancia sigue siendo parcial y algunos problemas escapan a la detección.
Reactividad
- La detección de los problemas es más lenta fuera de tiempo real, retrasando intervenciones y resoluciones.
Optimización
- La predicción de escenarios a partir de los datos presentes y anteriores es propia del gemelo digital; sin ella, la optimización es más limitada.
El gemelo digital es una tecnología revolucionaria de los centros de datos: optimiza su eficiencia, su gestión de los recursos, su seguridad y la toma de decisiones.
Anticipar los mantenimientos
La recopilación y el análisis de los datos de los equipos permiten vigilar las condiciones ambientales (humedad, temperatura, consumo de energía) y conocer permanentemente el estado de los equipos, y por tanto detectar señales precursoras de fallos. Un mantenimiento resulta posible antes de que aparezca un problema mayor. El gemelo determina también las necesidades futuras de consumo de los sistemas (calefacción, ventilación, climatización, iluminación, seguridad), ofreciendo un medio de gestionar la capacidad del centro de datos (expansión o consolidación).
Optimización de la energía
El consumo energético del centro de datos resulta del de todos sus equipos. El gemelo digital analiza este consumo y determina las zonas menos eficientes, ayudando a implementar estrategias de optimización energética para reducir los costes y la huella ambiental.
Una herramienta de previsión y de planificación
Gracias a su facultad de predicción, el gemelo digital realiza pruebas para predecir situaciones de cambio antes incluso de que se hagan las nuevas configuraciones materiales o de software (nuevas máquinas, reorganización del cableado, ajuste de la climatización…). Sus predicciones sobre los riesgos de errores y de disfunción permiten validar o no ciertos cambios antes de su ejecución física.
Estudios CFD interna y externa de los centros de datos
Simulación de averías: preparar lo imprevisto
El gemelo digital realiza estudios termo-aeráulicos de centro de datos. Como la simulación CFD, busca los puntos calientes y propone dimensionamientos climáticos optimizados así como optimizaciones energéticas: puede determinar la temperatura ideal de impulsión mediante la simulación de distintos escenarios de carga y de refrigeración; reducir esta temperatura disminuye la energía necesaria y los costes.
Uno de los papeles clave del gemelo digital es su análisis crítico: simular varios escenarios de averías (parada de uno o varios sistemas) y observar lo que ocurre. En caso de fallo, la temperatura sube muy rápidamente; por tanto, es importante haber previsto de antemano sistemas adecuados para reducirla.
Estudios de los inicios de fuego y seguridad contra incendios
Los gemelos digitales permiten también analizar el tiempo de detección de los incendios, la tasa de propagación del humo, la temperatura, la visibilidad y otros parámetros esenciales. Utilizando modelos detallados basados en las leyes de la física y datos específicos sobre los materiales, equipos y sistemas de seguridad contra incendios, los ingenieros obtienen predicciones precisas sobre el comportamiento de los incendios y evalúan la eficacia de las medidas de seguridad.
La importancia de los estudios CFD externos
Los estudios termo-aeráulicos externos, realizados por CFD, consisten en estudiar el desplazamiento del aire y los vientos en el exterior del centro de datos. Las condiciones exteriores tienen un impacto sobre el rendimiento de los equipos; EOLIOS realiza estos estudios para asegurar un funcionamiento óptimo incluso en las circunstancias más extremas.
Se realizan varios escenarios en distintos modos operativos y condiciones meteorológicas. Estos estudios externos permiten completar la evaluación de riesgos, optimizar el diseño y reducir el consumo energético del centro.
Retos potenciales, software 6SigmaRoom y balance
Retos que no hay que descuidar
Aunque los gemelos digitales ofrecen numerosas ventajas, su uso presenta también retos potenciales:
Puntos de vigilancia
- Coste inicial elevado — creación costosa, que requiere inversiones en equipos y software de simulación sofisticados, en particular en mecánica de fluidos y CFD.
- Complejidad — entornos complejos, numerosos equipos interconectados; un gemelo preciso exige una comprensión profunda de la infraestructura.
- Necesidad de datos precisos — alimentación con datos precisos y actualizados, y por tanto vigilancia constante y recopilación automatizada.
- Integración con lo existente — puede requerir modificaciones importantes de los procesos y herramientas vigentes.
- Confidencialidad y seguridad — los datos recopilados son sensibles y deben protegerse contra los accesos no autorizados.
El software 6SigmaRoom
EOLIOS utiliza la simulación CFD para calcular y visualizar en 3D los flujos de aire en un espacio, y proporciona índices de rendimiento para optimizar la eficiencia de la refrigeración de la sala. Al evitar los puntos calientes y proporcionar la cantidad de aire adecuada a la refrigeración de la electrónica, el software garantiza un buen funcionamiento. El modelo completo realizado por 6SigmaRoom gestiona también el cableado de red y la cadena de distribución eléctrica.
6SigmaRoom es la herramienta más utilizada para la CFD de centro de datos de cualquier tamaño — un software completo para el gemelo digital. Este solver CFD realiza una representación 3D digital del centro físico, soporta el diseño y la explotación, y permite simular el impacto de uno o varios cambios sobre la capacidad física y la eficiencia de refrigeración — y por tanto simular averías. Su objetivo: diseñar infraestructuras fiables, resilientes y capaces de funcionar a su capacidad máxima mejorando al mismo tiempo la eficiencia energética.
En resumen
Los gemelos digitales ofrecen un enorme potencial para mejorar el rendimiento y la gestión de los centros de datos. Al explotar los datos de los sensores y del sistema real, ayudan a prevenir las averías y a mejorar la eficiencia energética. Los centros de datos que adoptan esta tecnología se benefician de una vigilancia más precisa, de costes de explotación reducidos y de una mejor sostenibilidad a largo plazo.
Supervisión, mantenimiento predictivo, análisis crítico de averías, estudios CFD interna y externa: hablemos de ello.
