La nuova generazione di processori, in particolare  Cortex A53 e A57,  sta lentamente entrando in scena e permette una rivoluzione copernicana della tradizionale sala server.

Con le nuove tecnologie stiamo già sperimentando la costruzione, che si avvia con una sostanziale conversione,  di un nuovo tipo di CED completamente integrato ad IoT.

Il primo cambiamento radicale è costituito dalla fonte primaria d’energia che adotta la tensione nominale 12 Volt in corrente continua, e non più la f.e.m.  220 V AC della rete elettrica. La principale sorgente d’energia è solare accumulata in batterie ricaricabili.

La distribuzione dell’energia segue uno schema secondo una matrice  che prevede nelle colonne linee di produzione od erogazione di energia e nelle righe le linee di consumo.

In questa prima versione ogni linea prevede un flusso massimo di 10A di corrente a 12V DC, ovvero 120 W DC.

Le sorgenti d’energia ed i carichi sono disaccopiati da diodi di potenza e prevedono la possibilità di cambiare manualmente, mediante connettori, la connessione alla matrice d’erogazione d’energia. Ogni sorgente prevede cinque diversi collegamenti alla matrice d’erogazione d’energia gestiti da microcontroller con relè e disaccopiati da diodi di potenza. Ogni carico prevede due possibili alimentazioni gestite da microcontroller con relè e disaccopiate da diodi di potenza. Con questo schema si intende prevedere due alimentazioni indipendenti per ogni carico e quindi la gestione del caso che una sorgente di energia cada in fuori uso. La commutazione, manuale od automatica tramite microcontroller, di ogni collegamento viene fatta sotto tensione e quindi senza dover spegnere alcun carico.

La griglia di distribuzione dell’energia così costruita permette di cambiare di sorgente i dispositivi senza spegnerli e sostituisce completamente i costosissimi gruppi di continuità con alimentazione a sola energia da batterie anche per tempi superiori a 12 o 24 o 48 ore! La manutenzione delle sorgenti diventa facilissima poichè i dispositivi essendo alimentati da due linee diverse possono temporaneamente perdere una delle due linee di alimentazioni fino al ripristino o, meglio, la linea fuori uso o in manutenzione, può essere sostituita da un’altra o manualmente o in modo automatico, secondo la gestione della commutazione a microcontroller.

E’ ovvio che molti  dispostivi, quali router e switch, possano essere alimentati a 12V,  ma per alcuni si deve prevedere la presenza di switching  DC 12V AC –  220 V AC.

Le sorgenti d’energia possono essere

• batterie ricaricabili 12 V DC ricaricate ad energia solare con carica di manutenzione da linea di rete 220 V AC, oppure
• alimentatori 12 V DC 10A switching ad alta efficienza da rete elettrica.

Ogni sorgente d’energia a batteria  utilizza, per abbattere i costi, un prodotto standard ad utilizzo automobilistico da 100 A/ora .  Quindi ogni sorgente a batteria  eroga 1200 W per un’ora.

Possiamo ipotizzare che un carico, costituito da un processore quad core ARM,  con controller ed eventuale memoria di massa meccanica, abbia aun consumo medio di 5 Watt e massimo di 10 W. Pertanto una linea da 120 W può alimentare al più una decina di dispositivi costituiti da processori, controller, attuatori e sensori.

I tradizionali display LCD sono sostituiti da LCD a due righe con microcontroller per il monitoraggio capillare di stato e gestione remota dalla sala di controllo. Ognuno di questi dispositivi consuma al massimo qualche watt.

Possiamo fare una stima energetica della nuova sala server. Supponiamo di utilizzare a pieno regime, come previsto dal prototipo che stiamo allestendo, circa 50 schede con CPU dual, quad od octa core  ARM 32 bit o 64 bit e relativi controller con processori tipicamente AVR , con consumo massimo di 10W, allora il consumo massimo orario è di 500 W. Pertanto prevediamo inizialmente quattro linee a batteria da 1200W/ora, per un totale di 4800 W/ora, ottenendo un’autonomia dell’intero impianto  a sole batterie che potrebbe superare le 10 ore!

L’insieme di batterie è collocato in un armadio rinforzato ad utilizzo elettrico con una bella anta in cristallo.

Il sistema quindi è equivalente ad un cluster di circa 250 core singolarmente spinti alla velocità da 1 GHz a 2 GHz. Se poniamo come unitario un core Allwinner della scheda BPi che eroga circa  2000 bogomips, allora si può ipotizzare una stima grezza di una potenza potenza complessiva di 500.000 bogomips: un supercomputer!

Per confronto si consideri che un ordinario server con due CPU quad core, dal costo che può partire da 5000 € e facilmente raggiungere qualche decina di migliaia di euro, e che può assorbire  varie centinaia di watt, ma talora superare il kW, può  sviluppare una potenza di calcolo di qualche decina di migliaia di bogomips. Quindi il sistema in costruzione potrebbe essere equivalente  ad un sistema costruito con qualche decina di server attualmente utilizzati.

L’impianto di condizionamento del locale utilizzato si riduce ad un condizionator del tipo utilizzato nelle imbarcazioni, alimentabile sia con tensione di rete 220 AC che 12 V DC. A questo dispositivo verrà associato una propria coppia di batterie con ricarica solare e mantenimento da rete elettrica e commutazione mediante microcontroller. Il funzionamento ordinario previsto è a 12 VDC di energia immagazzinata di produzione solare, 220 V AC di rete nel caso di emergenza, ovvero fuori uso del solare e batterie scariche.

La scelta dei pannelli solari sarà oggetto di un articolo dedicato.

Continuando la descrizione del sistema si consideri che lo standard di alimentazione delle schede con processore ARM è 5V DC, quindi prevediamo dei convertitori DC 12V DC 5V del tipo switching step down ad alta efficienza, nell’intorno del valore 0.9. Stiamo sperimentando dei dispositivi Recom da 2 A di altà qualità: efficienza 0.9, primario separato dal secondario, specifiche che rispettano standard industriali. Ogni scheda con processore ha il suo riduttore DC 12 – DC 5. Osserviamo come sia strategico adottare un DC – DC per disaccopiare  il processore dalla linea a 12 V DC e pulire l’alimentazione stessa.

L’interazione IoT è permessa sostanzialmente da schede a bassissimo consumo prevalentemente  con processore AVR. Queste schede in genere possono essere alimentate a 5V oppure a 12 V. Quest’ultima possibilità, che adottiamo,  sfrutta il riduttore di tensione tradizionale integrato nelle schede.

Sono previste a completamento almeno 50 schede AVR, a consumo tarscurabile, con funzioni di controller per i processori, per assolvere molti compiti, tra i quali:

1. la gestione di un LCD due righe spesso RGB per comunicare agli operatori i principali avvisi od errori relativi alle molte parti dell’impianto
2. la gestione della commutazione delle linee che erogano energie e quelle che la consumano
3. effettuare le principali misure fondamentali: tensioni e correnti di alimentazione, temperature, stato del sistema di approvvigionamento solare, stato delle batterie per l’erograzione dell’energia, stato della sorgente di integrazione d’energia di linea, presenza di gas o fumi od inizi d’incendio.
4. i parametri fondamentali dei principali device utilizzati: router, switch, connettività, ed altro
5. sensori ed attuatori di presenza ed allarme
6. sensori ed attuatori di sicurezza, in particolare PIR e badge RFID
7. gestione minima di building automation: accensione e spegnimento luci e fari, controllo
8. altro aspetti soprattutto inerenti alla costruzione IoT
9. stampa su carta termica, tipo POS, di contenuti richiesti dagli operatori autorizzati

I tradizionali armadi a rack sono sostituiti da armadi con mensole.

La distribuzione dell’energia di alimentazione parte dall’armadio con le batterie con cavi separati per ogni linea 12 V e massimo 10 A.

I processori sono suddivisi secondo i ruoli che riassumiamo:

1. servizi UTM ed networking : otto schede ARM a due core con quattro interfaccie ethernet per scheda
2. servizi autenticazione: due ARM board otto core
3. storage di rete, con esposizione samba, apache ed ssh: otto schede ARM con otto core
4. servizi RDBMS: otto schede ARM con otto core
5. servizi web: quattro schede ARM con otto core
6. servizi IoT: diecii schede ARM a due core
7. servizi ERP: dieci  schede ARM ad otto core

La connettività ad internet è realizzata mediante connessione da 100Mb in pura fibra con backup HDSL bilanciata 4/4 minimo 2/2.

Inizialmente si prevedono due connessioni in fibra che andranno a crescere con l’espansione dei servizi cloud.