Məlumat Mərkəzinin Soyutmasının Təkamülü: Hava Əsaslı Metodlardan Sərbəst Soyutmaya

Problemin Tərifi

Məlumat mərkəzi infrastrukturunda artan artım və İT avadanlıqlarından istifadənin eyni vaxtda artması elektrik enerjisi istehlakının artmasına səbəb olmuşdur.

Məlumat mərkəzlərinin ayrılmaz komponentləri olan serverlər işləyərkən elektrik enerjisini istiliyə çevirdiyi üçün biz yüksək temperatur və sərin məlumat mərkəzi binaları və avadanlıqları ilə məşğul olmaq problemi ilə üzləşirik.

Məktəb fizikasının əsaslarını sürətlə xatırlayaq: termodinamikanın əsas prinsiplərinə əməl edərək, enerji yox olmur, əksinə çevrilir. Beləliklə, məlumat mərkəzi 1 MVt elektrik enerjisi istehlak edərsə, bütün bu enerji kvantı ekvivalent istilik miqdarına çevrilir. Nəticə etibarı ilə, elektrik enerjisi nə qədər çox istehlak edilərsə, məlumat mərkəzində yaranan istiliyi idarə etmək bir o qədər çətinləşir.

Vəziyyət daha da mürəkkəbləşir, çünki İT avadanlığı fərqli fiziki ölçülərə malik olmaqla yanaşı, müxtəlif enerji istehlak səviyyələrinə malik ola bilər. Məsələn, yüksək enerji istehlakı olan avadanlıq kiçik ölçülərə malik ola bilər, bu da konsentrasiya edilmiş istiliyin səmərəli şəkildə soyudulmasında problemlər yaradır. Digər tərəfdən, nisbətən orta elektrik istehlakı dərəcəsinə malik daha böyük İT avadanlığının daha böyük səth sahəsinə görə soyuması daha asandır. Məlumat mərkəzləri adətən avadanlıq ölçüləri və istehlak səviyyələrinin qarışığına malikdir və bu, təkcə müxtəlif İT avadanlığının soyudulması deyil, həm də hər bir avadanlıq növünün temperatur tələbləri ilə diktə edilən müxtəlif sürətlərdə bunu etmək problemini təqdim edir. Sözsüz ki, DC-ni soyutmaq üçün bizə xeyli miqdarda elektrik enerjisi lazımdır ki, bu da əməliyyat xərclərini artırır.

Məlumat mərkəzlərində enerjidən səmərəli istifadə problemi elektrik enerjisinin qiymətlərinin qlobal artması ilə xüsusilə kəskinləşir. görə Statistikanın hesabatı dünya elektrik enerjisinin qiymətləri 2021-2022-ci illər arasında bütün zamanların maksimum səviyyəsinə yüksəldi. 2021-ci ilin ikinci yarısında COVID-19 sağlamlıq böhranı səngidikdə, enerji tələbatı artdı və elektrik enerjisi qiymətləri ilk rekord həddə çatdı. 2022-ci ilin əvvəlində enerji bazarı yenidən sərtləşdi və enerji böhranı gücləndi.

Performans səmərəliliyinin artmasına baxmayaraq, məlumat mərkəzinin elektrik istehlakı artır.

Başqa sözlə, hər vatt üçün performans yaxşılaşsa da, resurslara tələbat daha da sürətlə artır, buna görə də ümumi istehlak istər-istəməz xərclər kimi artır. Bununla belə, soyutma sistemlərini optimallaşdırmaqla əhəmiyyətli xərclərə qənaət etmək olar. Bu, məni ümumilikdə səmərəli soyutma üsullarına və xüsusən də pulsuz soyutmaya daha dərindən nəzər salmaq istəyini yaratdı.

Məlumat mərkəzlərində enerji istehlakı səviyyələrinin qiymətləndirilməsi adətən Enerji İstifadə Effektivliyi (PUE) metrikasına əsaslanır. PUE ümumi enerji istehlakını eksklüziv olaraq İT avadanlıqları üçün istifadə olunana qarşı qiymətləndirərək məlumat mərkəzinin səmərəliliyini ölçür. Bu barədə bir az sonra daha ətraflı danışacağıq. İndi bilməli olduğumuz şey odur ki, daha aşağı PUE daha səmərəli məlumat mərkəzini ifadə edir və qeyri-hesablama gücündən asılılığın azaldığını göstərir. Artan infrastruktur və artan elektrik istehlakı şəraitində PUE-nin daha səmərəli soyutma sistemləri ilə optimallaşdırılması maliyyə ehtiyatlılığı və davamlı əməliyyatları təmin edir.

Bu yazıda biz ənənəvi və innovativ soyutma üsullarını araşdıracaq və onlardan hansının maksimum səmərəlilik təklif etdiyini kəşf edəcəyik.

Soyutma Metodlarına Baxış

Hava və qeyri-hava

Sadələşdirilmiş təsnifatda soyutma üsulları iki əsas kateqoriyaya bölünə bilər: hava əsaslı və hava əsaslı olmayan üsullar. Ətraflı desək, havanın soyudulması adi yanaşmaları əhatə edir, qeyri-hava kateqoriyasına isə su, yağ və ya bərk materiallar kimi maddələrdən istifadə edən müxtəlif üsullar daxildir. Maraqlıdır ki, soyutma üsullarının 99%-ni təşkil edən böyük əksəriyyəti hava soyutma çətirinin altına düşür.

Kondisionerlər

Kondisioner sistemləri peşəkar məlumat mərkəzi quraşdırmalarında havanın soyudulmasının ən geniş yayılmış vasitəsidir. Onların əsas prinsipi yaşayış kondisionerlərini əks etdirir: serverlərdən axan hava kondisioner vasitəsilə dövr edir, radiator barmaqlığı vasitəsilə soyudulur və sonra yenidən serverlərə qaytarılır. Bu tsiklik proses davamlı soyutma mexanizmini təmin edir.

Soyuducular

Kondisionerlərdən sonra soyuducular ən çox qəbul edilən ikinci soyutma sistemidir. Kondisionerlərdən fərqli olaraq, soyuducular sudan (və ya su əsaslı məhluldan) istiliyi iqlim nəzarəti tələb olunan yerlərdən uzaqlaşdırmaq üçün istifadə edirlər. Kondisionerin daha sadə və ümumiyyətlə daha sərfəli olmasına baxmayaraq, onun yüksək enerji xərcləri bəzən biznes üçün maneə ola bilər. Digər tərəfdən, soyudulmuş su sistemləri daha çox enerji qənaətlidir, lakin onların quraşdırılması və saxlanmasında daha çox komponent və mürəkkəblik tələb olunur.

Adiabatik kameralar və ayaqaltılar

Adiabatik soyutma suyun töküldüyü və buxarlandığı kameraların və ya həsirlərin istifadəsini nəzərdə tutur. Su buxarlandıqca kameralar və həsirlər içəridəki hava ilə birlikdə soyuyur. Adiabatik soyutma üçüncü uyğun variantı təmsil etsə də, o, bir qədər ekzotik hesab olunur və kondisionerlər və soyuducularla müqayisədə məlumat mərkəzinin soyutmasında o qədər də istifadə edilmir.

Su Soyutma

Su soyutma sistemlərində istiliyin yayılması üçün su və ya su tərkibli mayelərdən istifadə olunur. Su boruları strateji olaraq server otaqlarında yerləşdirilir, hər bir server iki boruya birləşdirilir - biri isti suyun çıxışı, digəri isə soyuq suyun daxil olması üçün. CPU, GPU və digər avadanlıqlardakı radiatorlar birbaşa bu su təchizatı sisteminə bağlıdır. Bu yanaşma məlumat mərkəzinin avadanlıqlarını və binalarını soyutmaqla yanaşı, əlavə istifadə üçün isti su təchizatı yaradır.

İstilik dəyişdiriciləri

Bu üsul xarici soyuq mühitlərdən istifadə etməklə soyutma səmərəliliyini artırır.

Göl, dəniz və ya soyuq yer kimi yaxınlıqdakı soyuq mənbə mövcud olduqda, İT avadanlıqlarından böyük miqdarda istilik ötürmək üçün su boruları birbaşa onun içinə yerləşdirilə bilər.

Ekzotiklər

Qeyri-ənənəvi üsullar da var. Onlardan biri Peltier elementlərinə və ya termoelektrik soyuduculara (TEC) əsaslanır. Bu yanaşma yarımkeçirici təsirlərə əsaslanır və bir tərəfdən qızdırılan və digər tərəfdən soyudulan xüsusi boşqabın elektrik enerjisi ilə təmin edilməsini nəzərdə tutur.

Digər avanqard yanaşma sualtı məlumat mərkəzlərinin yerləşdirilməsidir. In Microsoft-un Layihə Natick məsələn, məlumat mərkəzi 2018-ci ilin yazında Şimal Adalarında 117 fut dərinlikdə batdı. Sonrakı iki il ərzində komanda məlumat mərkəzinin serverlərində ciddi sınaq və monitorinq keçirdi. Təsdiq edildi ki, okeanın dibinə möhürlənmiş konteyner yerləşdirmək adətən quruda baş verən korroziya, temperatur dalğalanmaları və fiziki narahatlıqlar kimi məsələləri yumşaltmaqla ümumi məlumat mərkəzinin etibarlılığını artıra bilər.

Pulsuz soyutma

Bu texnika xüsusilə soyutma səmərəliliyini maksimuma çatdırmaq məqsədi daşıyır. Pulsuz soyutma ənənəvi soyutma sistemlərinə etibar etmədən məlumat mərkəzindəki havanı təzələyir. Təbii xarici havadan olduğu kimi istifadə edir. Tipik olaraq, xarici hava yalnız rütubətə nəzarətə məruz qalır və sonra təbii termodinamik proseslər məlumat otaqlarında temperaturu tənzimləyir.

Bu üsul enerji istehlakını əhəmiyyətli dərəcədə azaldır (digər CRAH sistemləri ilə müqayisədə 75% -dən 92% az), karbon qazı emissiyalarını azaldır və soyutma sistemində suya ehtiyacı aradan qaldırır.

Pulsuz soyutma daha az enerji tələb edən ekoloji cəhətdən təmiz seçimlərdən biridir. Bundan əlavə, məlumat mərkəzləri tərəfindən istifadə edilən gücün 40% -i soyutmaya getdiyi üçün xərclərə qənaət etməyə kömək edə bilər. Bu sistem hətta çətin şəraitdə belə bütün hava ilə soyudulan avadanlıqların işini artırır. Sərbəst soyutma prosesinin sadə vizual təsviri:

Gördüyünüz kimi sistem çox sadə bir şəkildə işləyir, filtrlər, İT avadanlıqları vasitəsilə kənar havanı kanalizasiya edir və onu xaric edir. Mürəkkəbliyin bu azaldılması, potensial zəifliklər kimi yalnız fanatlarla, pulsuz soyutma zamanı DC-nin ümumi etibarlılığını gücləndirir.

Mürəkkəb avadanlığı olan sistemlərdən fərqli olaraq, mürəkkəb komponentlərin olmaması həm ilkin quraşdırma xərclərini, həm də davamlı texniki xidmət xərclərini azaldır. Beləliklə, maliyyə üstünlükləri artıq tikinti mərhələsində başlayır, burada pulsuz soyutmanın sadələşdirilmiş dizaynı maddi qənaətə çevrilir.

Seçim əzabı

Konfranslar və görüşlər zamanı mən tez-tez paradoks ətrafında fırlanan çoxsaylı suallar alıram: əgər pulsuz soyutma xərclərə qənaət və sadəlik baxımından faydalıdırsa, niyə sənayedə universal olaraq qəbul edilmir?

Bu, üstünlüklərinə baxmayaraq, niyə yalnız məhdud sayda şirkətlərin pulsuz soyutma tətbiq etdiyi, digərlərinin isə ənənəvi üsullarla davam etməsi ilə bağlı daha geniş sual yaradır. Bunun cavabı üstünlük təşkil edən sənaye dinamikasının çoxşaxəli araşdırılmasındadır.

Sənaye diktaturası

Etibarlılığın əsas əhəmiyyət kəsb etdiyi məlumat mərkəzi sənayesində innovativ həllərin qəbulu çox vaxt müqavimətlə üzləşir. Mən bunu ilk növbədə DC sənayesinin mühafizəkar təbiəti ilə əlaqələndirirəm ki, burada qərar qəbul edənlər innovativ həllər üzərində sübut edilmiş konsepsiyaları üstün tuturlar.

Pulsuz soyutma kimi yeni texnologiyalar sərfəli və səmərəlilik vəd etsə də, sənaye nümayəndələri serverlərin fasiləsiz işləməsini təmin etmək üçün ənənəvi, lakin etibarlı yanaşmalara üstünlük verirlər.

Marketinq maneələri

Burada başqa bir məqam odur ki, sənayenin təxminən 80%-ni təşkil edən kommersiya DC təminatçıları müstəqil qurumların sertifikatlarına etibar edirlər. İş vaxtı İnstitutu onların etibarlılığını bazara çıxarmaq. Bununla belə, bu, pulsuz soyutma həlləri üçün problem yaradır, çünki onlar üçün hələ müəyyən edilmiş sertifikat yoxdur. Bu vəziyyət kommersiya provayderlərini etibarlılıqları ətrafında qeyri-müəyyənlikləri və sertifikatlaşdırma presedentinin olmadığını əsas gətirərək alternativ soyutma üsullarına müqavimət göstərməyə vadar edir.

Qlobal İstiləşmə Narahatlığı

Tənqidçilər tez-tez qlobal istiləşmənin sərbəst soyutma qabiliyyətinə təsiri ilə bağlı narahatlıqlarını artırırlar. Bununla belə, arqument qlobal istiləşmənin tədricən xarakterini qəbul etməklə, on il ərzində təxminən 1,5 dərəcə artımla rədd edilir. Bu təvazökar temperatur dəyişikliyinin yaxın müddətdə sərbəst soyutma məhlullarının sabitliyinə xələl gətirməsi ehtimalı azdır.

"Yalnız halda" Arqumenti

DC soyutma üsulunu seçən şirkətlər üçün daha çox yayılmış təcrübə sərbəst soyutmaya əlavə olaraq ehtiyat tədbiri kimi ehtiyat kondisioner qurğularının daxil edilməsidir. Bu "yalnız halda" arqumenti lazımsız mürəkkəbliyi təqdim edərək, maliyyə və əməliyyat səmərəliliyini pozaraq, pulsuz soyutmanın əsas konsepsiyasını pozur.

Kiçik bir kondisioner üçün belə, freon, məftillər, mayelər, sistemlər və idarəetmə kimi müxtəlif komponentlərin təmin edilməsi zərurəti yaranır. Ehtiyat kondisionerə sahib olmaq fikrini qəbul etmək əvəzinə, sənaye boş ümidlərə arxalanmadan sərbəst soyutma sistemini geniş şərtlərə uyğunlaşdırmağa diqqət yetirməlidir.

Real Risklər və Mülahizələr

Sərbəst soyutma həllini düşünərkən bəzi nəzərəçarpacaq risklər və mülahizələr diqqət tələb edir. Əsas məsələ coğrafi bölgədir, çünki Ərəb Əmirliyi kimi bir bölgədə pulsuz soyutma tətbiq etmək əsaslı olmaya bilər.

Əlçatanlıq nəzərə alınmalı başqa bir aspektdir. Seçilmiş bölgə lazımi infrastruktura malik olmalı və məlumat mərkəzinə texniki xidmət göstərən ixtisaslaşmış personal tərəfindən asanlıqla əlçatan olmalıdır. Bağlantı, o cümlədən optik xətlərin mövcudluğu da vacibdir. Məsələn, Arktika Dairəsindən kənarda sərbəst soyuducu məlumat mərkəzinin yaradılması kommunikasiya xətlərinin olmaması və ixtisaslı işçi qüvvəsinin saxlanması çətinliyi səbəbindən praktiki olaraq mümkünsüz olur.

Bu logistik mülahizələrdən əlavə, pulsuz soyutma üçün yeganə məhdudiyyətlər regionun maksimum temperaturu (təxminən 38-40 dərəcə) və havanın keyfiyyətinə aiddir. Həddindən artıq çirklənmə olan ərazilər, məsələn, sıx magistral yolların yaxınlığında olanlar və ya intensiv kənd təsərrüfatı fəaliyyətləri problem yarada bilər. Birbaşa qadağa olmasa da, belə yerlərdə filtrlərin tez-tez dəyişdirilməsi tələb olunacaq. Daxili havanı dövr edən adi kondisionerli məlumat mərkəzlərindən fərqli olaraq, sərbəst soyutma mərkəzləri daha çox səylə filtrə qulluq tələb edərək kənar havanı çəkir. Digər yer parametrləri ənənəvi məlumat mərkəzlərinə uyğun olanlarla uyğun gəlir.

Pionerlər və Gələcək Trendlər

Sənayenin mühafizəkar təbiətinə baxmayaraq, bəzi qabaqcıl korporativ şirkətlər alternativlərin maddi faydalarını qiymətləndirirlər. Rəqəmsal analiz vasitəsilə pulsuz soyutmanın səmərəliliyini hesablayaraq, onun təklif etdiyi potensial qənaəti həyata keçirirlər.

Facebook (indiki Meta), Google, Amazon, Yandex və Wildberries kimi bir neçə tanınmış şirkət pulsuz soyutma texnologiyasını mənimsəməkdə qabaqcıldır. Onların qabaqcıl statusu riskləri qiymətləndirmək və bu texnologiyaya xas olan maliyyə üstünlüklərini tanımaq istəyindən irəli gəlir. Bu şirkətlər üçün seçim aydın idi – ya ənənəvi sxemlərə keçin və daha yüksək xərclərə məruz qalın, ya da məlumat mərkəzi soyutmasında qabaqcıl olmağın risk və faydalarını götürün.

Sənayenin inkişaf edən mənzərəsi korporativ hiper-miqyaslılar arasında pulsuz soyutma həllərinin tətbiqinə doğru artan tendensiyanın olduğunu göstərir. Daha çox şirkət bu texnologiyanın qənaətcilliyini və əməliyyat üstünlüklərini tanıdıqca, gələcəkdə korporativ soyutma məlumat mərkəzlərinin sayının artacağı gözlənilir.

Sərbəst soyutmanın fizikası haqqında daha çox öyrənmək istəyirsinizsə, yeni məqaləmdə mövzunu araşdırın Pulsuz Soyutma: Texnologiya Dərin Dalış.