Məlumat Mərkəzinin Səmərəliliyinin Optimallaşdırılması: Sərbəst Soyutma Texnikalarına Dərin Bir Dalış

Əvvəlki məqalədə biz data mərkəzi infrastrukturunun sürətlə genişlənməsini və bunun nəticəsində elektrik enerjisi istehlakının artımını müzakirə etdik. Serverlər istismar zamanı elektrik enerjisini istiliyə çevirdikcə, yüksək temperaturun idarə edilməsi və həm məlumat mərkəzinin obyektlərinin, həm də avadanlıqlarının soyudulması 1 nömrəli problemə çevrilir. DC komandaları üçün.

Kondisionerlər və soyuducular da daxil olmaqla ənənəvi soyutma üsulları məlumat mərkəzinin binalarını və serverlərini effektiv şəkildə sərinləsə də, onların bahalılığı əhəmiyyətli çatışmazlıq olaraq qalır. Ənənəvi üsullardan fərqli olaraq pulsuz soyutma əhəmiyyətli investisiyalar tələb etmir, lakin eyni səviyyədə səmərəlilik və etibarlılıq təklif edir. Bu yazıda mən pulsuz soyutma texnologiyası haqqında ətraflı məlumat verəcəyəm, onun üstünlüklərini, məhdudiyyətlərini və müvəffəqiyyətlə həyata keçirilməsi üçün tələbləri qeyd edəcəyəm.

Sərbəst soyutma fizikası

Sərbəst soyutmanın fizikasını başa düşmək üçün istilik enerjisi düsturuna yenidən baxmalıyıq:

Q = mcΔT

Burada 'Q' alınan və ya itirilən istilik miqdarını, 'm' nümunənin kütləsini ifadə edir (bizim vəziyyətimizdə məlumat mərkəzindəki havanın kütləsi), 'c' havanın xüsusi istilik tutumunu, və ΔT temperatur fərqini bildirir.

Məlumat mərkəzində əsas istilik mənbəyi CPU-dur. Tipik olaraq, hər biri təxminən 200 vatt gücündə işləyən 2-dən 4-ə qədər CPU var. Daha əvvəl müzakirə edildiyi kimi, CPU-lar tərəfindən istehlak edilən bütün elektrik enerjisi istiliyə çevrilir. Buna görə də, məsələn, 2 CPU ilə biz 400 vatt istilik istehsal edirik ki, bunun da yayılması lazımdır. İndi bizim məqsədimiz bunun üçün lazım olan havanın miqdarını müəyyən etməkdir.

ΔT parametri və ya temperatur fərqi, xarici havanın temperaturu nə qədər aşağı olarsa, CPU-ları soyutmaq üçün daha az hava kütləsi tələb olunduğunu göstərir. Məsələn, əgər giriş havasının temperaturu 0°C və çıxış temperaturu 35°C-dirsə, ΔT yalnız 35 olacaq, bu da hava kütləsi üçün kifayət qədər aşağı tələbi bildirir. Bununla belə, yay mövsümündə ətraf mühitin temperaturunun artması səbəbindən soyutma daha çətinləşir. Xarici temperatur nə qədər yüksək olarsa, serverləri soyutmaq üçün bir o qədər çox hava tələb olunacaq.

Server və Şəbəkə Komponentlərinin Temperatur Məhdudiyyətləri

Sərbəst soyutma mülayim və soyuq iqlimlər üçün effektiv ola bilsə də, server komponentlərindəki temperatur məhdudiyyətləri səbəbindən hələ də məhdudiyyətlərə malikdir. Prosessorlar, RAM, HDD-lər, SSD-lər və NVMe diskləri kimi İT və şəbəkə avadanlıqlarında kritik komponentlər əməliyyat temperaturu tələblərinə malikdir:

• Prosessorlar: maksimum 89°C
• RAM: maksimum 75°C
• HDD-lər: maksimum 50°C
• SSD və NVMe sürücüləri: maksimum 47-48°C

Bu məhdudiyyətlər birbaşa xarici hava temperaturunun soyutma üçün uyğunluğuna təsir göstərir. Sərbəst soyutma xarici temperaturun bu hədləri aşdığı və ya hətta onlara yaxınlaşdığı bölgələrdə mümkün olmayacaq, çünki həddindən artıq istiləşmə səbəbindən sistemi zədələyə bilər. Regional Məhdudiyyətlər

Artıq izah etdiyimiz kimi, sərbəst soyutmanın effektiv olması üçün açıq hava temperaturları ardıcıl olaraq İT avadanlığının maksimum işləmə temperaturlarından aşağı qalmalıdır. Bu, DC yerinin iqlim şəraitinin diqqətlə nəzərdən keçirilməsini tələb edir. Təşkilatlar hətta müəyyən günlərdə və ya saatlarda temperaturun tələb olunan hədləri aşmamasını təmin etmək üçün uzunmüddətli hava proqnozlarını təhlil etməlidirlər. Əlavə olaraq, məlumat mərkəzlərinin uzun ömür müddətini (adətən 10-15 il) nəzərə alaraq, yerləşmə qərarlarında qlobal istiləşmənin təsirləri də nəzərə alınmalıdır.

Server Node Arxitektura Tələbləri

Fizika kontekstində serverlərdə səmərəli soyutmaya nail olmaq sistem vasitəsilə geniş hava axınının təmin edilməsindən asılıdır. Bu prosesdə serverin arxitekturası mühüm rol oynayır.

Əksinə, perforasiya və ya deşiklər kimi uyğun dizayn xüsusiyyətləri olmayan serverlər hava axınına mane ola bilər və bu, sərbəst soyutma mexanizminin ümumi səmərəliliyinə potensial təhlükə yarada bilər.

Rütubətə Nəzarət

Sərbəst soyutma zamanı rütubət səviyyəsi başqa bir kritik məsələdir. Xarici rütubət şəraitinə nəzarət etmədiyimiz üçün iki müvafiq sorğu ortaya çıxır: birincisi, məlumat mərkəzində (DC) 100%-ə yaxın və ya ondan çox olan rütubət səviyyələrinə müraciət etmək; ikincisi, çox aşağı hava rütubəti ssenariləri, məsələn, açıq havanın temperaturu -30°C və nisbi rütubətin 2%-dən 5%-ə qədər olduğu şaxtalı fevral günü kimi. Gəlin bu halları sistemli şəkildə araşdıraq.

Yüksək rütubət şəraitində kondensasiyanın potensial baş verməsi və onun avadanlığın funksionallığına mənfi təsirləri ilə bağlı ümumi narahatlıq var. Bu narahatlığın əksinə olaraq, soyutma prosesinin baş verdiyi DC-nin yenidən soyutma zonaları daxilində kondensasiya qarşısını alır. Bu, isti, nəmli hava soyuq səthlərlə təmasda olduqda kondensasiyanın baş verməsi prinsipi ilə bağlıdır. Bununla belə, DC-nin sərbəst soyutma sistemi daxilində heç bir element ətrafdakı havadan daha soyuq deyil. Nəticə etibarilə, kondensasiya təbii olaraq maneə törədir, bu da qabaqlayıcı tədbirlərə ehtiyacı aradan qaldırır.

Əksinə, aşağı rütubətlə məşğul olduqda, narahatlıq avadanlığın sabitliyinə təhlükə yaradaraq statik elektrik istehsalına doğru dəyişir. Bu problem kondensasiya ilə əlaqəli deyil, lakin fərqli bir həll tələb edir. Zərərlərin yumşaldılması torpaqlama prosedurlarını və xüsusi döşəmə örtüyünün tətbiqini əhatə edir. Bu tədbirlər daxili avadanlığı statik elektrikdən qorumaq üçün müəyyən edilmiş metodlara uyğundur. Tikinti elementlərini, dayaqları və İT avadanlıqlarını topraklamaqla statik yük zərərsiz şəkildə yerə yayılır və avadanlıqların bütövlüyü qorunur.

Təbii iqlimdə həddindən artıq yüksək və ya aşağı rütubət halları nadir hallarda olur. İyul ayında 100% rütubətə çatan tufan və ya çox aşağı rütubətə səbəb olan şiddətli şaxta kimi nadir hadisələr diqqətəlayiq istisnalara daxildir. Bununla belə, əksər hallarda rütubət səviyyələri, hətta aktiv müdaxilələr olmasa belə, avadanlıqlara heç bir zərər verməyən məqbul hədlər daxilində yaxşı qalır.

Havanın miqdarı və sürəti

Artıq müzakirə etdiyimiz kimi, effektiv soyutmanı asanlaşdırmaq üçün bizə böyük həcmdə xarici hava lazımdır. Eyni zamanda, zahirən əks-intuitiv tələb ortaya çıxır - bina daxilində aşağı hava axınının saxlanması. Bu görünən paradoksun kökündə yüksək sürətli hava cərəyanlarının daxildə dolanan çətinlikləri dayanır.

Sadələşdirmək üçün yüksək hava sürətini İT avadanlığı ətrafında burulğanlar və turbulentlik yaradan borudan güclü axın kimi təsəvvür edin. Bu turbulentlik potensial olaraq qeyri-müntəzəm hava hərəkətlərinə və lokal həddən artıq istiləşməyə səbəb olur. Bunu həll etmək üçün strateji olaraq kosmosda saniyədə 1-2 metr ümumi aşağı hava sürətini hədəfləyirik.

Bu idarə olunan hava sürətinin saxlanması turbulentliyi aradan qaldırmağa imkan verir. Daha yüksək sürət hava hərəkətində nizamsızlıq riski yaradar. Saniyədə 1-2 metr aralığa riayət etməklə, yerli həddindən artıq istiləşmənin qarşısını alaraq hamar, vahid hava axını təmin edirik. Bu zərif tarazlıq yüksək sürətli hava axınları ilə bağlı tələlərin qarşısını almaqla İT avadanlıqlarının optimal soyumasını təmin edir.

Göründüyü kimi, sərbəst soyutma yanaşması idarə olunan aşağı daxili hava sürətinə üstünlük verərkən xarici havanın səmərəli istifadəsi ətrafında fırlanır. Bu düşünülmüş strategiya laminar və vahid hava axınının saxlanmasına kömək edir, İT avadanlıqlarının soyudulmasının effektivliyini təmin edir.

Bina Konsepsiyası

Sərbəst soyutma paradiqmasında ənənəvi hava kanalları binanın strukturunda istifadə edilmir. Divarlarda, tavanlarda və ya xüsusi ərazilərdə təyin olunmuş hava kanalları olan adi qurğulardan fərqli olaraq, məlumat emal mərkəzləri qeyri-ənənəvi yanaşma tətbiq edirlər. Binanın özü ənənəvi kondisioner qurğularını köhnəlmiş hava kanalı kimi düşünülmüşdür. Bu hava kanallarının şəffaf miqyası onları otaqların və mərtəbələrin ayrılmaz komponentlərinə çevirir.

Hava axını prosesi xarici havanın iki növ filtrdən - qaba filtrlərdən və incə filtrlərdən keçərək binaya daxil olması ilə başlayır. Hava təmizlənmə prosesindən keçdikdən sonra o, ventilyatorlar tərəfindən təxminən dörd mərtəbə hündürlüyünə bərabər olan geniş bina həcmlərinə doğru hərəkət edir. Bu əhəmiyyətli həcm öz məqsədinə xidmət edir: hava axınının sürətini saniyədə 1-2 metr tələb olunan diapazona endirərək yavaşlatmaq. Daha sonra hava maşın otağına enir.

Maşın otağını keçdikdən sonra hava IT rəfləri vasitəsilə səyahətinə davam edərək isti koridorda irəliləyir. Oradan, egzoz fanatları vasitəsilə xaricə atılmadan əvvəl isti hava kollektoruna daxil olur. Bu strukturlaşdırılmış hava axını yolu idarə olunan hava sürətini qoruyarkən səmərəli soyutma prosesini təmin edir.

Hava sürəti və həcmi

Geniş tikinti həcmlərindən istifadə etməklə düşünülmüş dizayn seçimi ikili məqsədə xidmət edir. İlk növbədə, o, hava axınının saniyədə 1-2 metr istənilən sürətə çatmasını təmin edərək, hava sürətini tədricən azaltmağa imkan verir. Bu idarə olunan hava sürəti turbulentliyin qarşısını almaq və laminar axını saxlamaq üçün vacibdir, xüsusilə də hava həssas İT avadanlıqları vasitəsilə irəlilədikcə vacibdir. İkincisi, əhəmiyyətli həcm, yaranan istiliyi səmərəli şəkildə dağıtmaq üçün lazımi hava həcmini özündə cəmləşdirir. Hava sürəti və həcminin sinxron qarşılıqlı əlaqəsi sistemin ümumi uğuruna kömək edir.

Yeganə İdarəetmə Sürücüsü kimi Diferensial Təzyiq

Pulsuz soyutma quraşdırmasında biz xarici hava istiliyinə nəzarət etmirik, bu da Data Mərkəzinə (DC) daxil olan havanın temperaturunda dəyişikliklərə səbəb olur. Buna baxmayaraq, avadanlıqların soyudulması üçün tələb olunan hava axınının qiymətləndirilməsi vacibdir. Bunu həll etmək üçün biz diferensial təzyiq metoduna etibar edirik.

Hər bir İT rəfinin içərisində daxili fanatları olan serverlər müxtəlif sürətlərdə işləyir və kollektiv olaraq rəfin ön və arxası arasında diferensial təzyiq yaradır. Hər biri ümumi hava axınına töhfə verən çoxsaylı serverlərlə bu təzyiq fərqi tədricən soyuq və isti keçidlər arasında yaranır. Həm koridorlarda, həm də DC binasının xaricində təzyiq sensorlarından istifadə edərək, bu diferensial təzyiqi ölçə bilərik.

Hesablama isti keçiddəki təzyiq sensoru məlumatlarını atmosfer təzyiqindən və soyuq keçiddəki təzyiq sensoru məlumatlarını atmosfer təzyiqindən çıxarmağı əhatə edir. Beləliklə, aşağıdakı nümunədə olduğu kimi:

Real Dünya Nümunəsi

Nəticədə alınan dəyərlər DC-yə lazımi hava təchizatını və server fanatlarının işini kompensasiya etmək üçün tələb olunan egzozu müəyyən etməkdə bizə rəhbərlik edir. Daha sadə dillə desək, biz hava axını ehtiyaclarımızı təzyiq fərqləri əsasında ölçürük və bu, DC daxilində soyutma prosesini səmərəli şəkildə idarə etməyə imkan verir.

Qızdırma və qarışdırma kamerası

Ənənəvi istilik sistemləri adətən pulsuz soyutma ilə Data Mərkəzlərində tətbiq edilmir. Suyun istifadəsi xərc və avadanlıq üçün potensial risklərə görə səmərəsiz hesab olunur. Bu, həddindən artıq soyuqdəymə zamanı problem yaradır, çöldə -20-30 dərəcəyə çatır. Avadanlıq onu yaxşı idarə edərkən, mühəndislər daha yumşaq bir yanaşma axtarırlar. Burada ən zərif və məntiqli həll İT avadanlıqları tərəfindən yaradılan isti havanın təkrar istifadəsidir. Serverlərdən gələn isti havanı qarışdırma kamerasına yönəldən və onun bir hissəsini əsas hava cərəyanına qaytaran sistem qışda binaları isti saxlayır və istilik xərclərinə qənaət etməyə imkan verir.

Sadəlik və Etibarlılıq

Etibarlılıq nəzəriyyəsindəki əsas tezis, sadəliyin etibarlılığı doğurduğunu iddia edir. Bu, olduqca sadə bir konsepsiya kimi dayanan pulsuz soyutma sisteminə aiddir. Sistem barrikada funksiyasını yerinə yetirir, havanı filtrlər vasitəsilə xaricdən ötürür, İT avadanlığından keçir və sonra onu xaric edir.

Mürəkkəb sistemlərin olmaması etibarlılığı artırır, isti havalarda yalnız fanatlar zəiflik yaradır. Sərbəst soyutma yanaşması elementlərin sayını azaltmaqla etibarlılığı əhəmiyyətli dərəcədə yaxşılaşdıran radikal sistemin sadələşdirilməsini nümunə göstərir.

DC Fans vs Server Fans

Azarkeşlərin iyerarxik səlahiyyəti DC-lərdə hava axınının dinamikasında başqa bir əsas sualdır. Müzakirə etdiyimiz kimi, DC səviyyəsində və server səviyyəsində geniş miqyaslı fanatlar var. Sual budur: məlumat mərkəzinin fanatları sadəcə havanı təmin edir və server pərəstişkarlarını lazım olduğu qədər istehlak etməyə buraxırlar? Yoxsa tələb server pərəstişkarlarından qaynaqlanır və DC azarkeşlərini tələblərini yerinə yetirməyə məcbur edir?

Mexanizm belədir: server pərəstişkarları bu prosesdə dominant rola malikdirlər, lazımi hava axınını təyin edirlər. Sonradan DC fanatları lazımi həcmdə havanı çatdırmaqla cavab verir. Aydın olur ki, bütün serverlərin məcmu tələbi DC ventilyatorunun tədarük qabiliyyətini üstələyirsə, bu, potensial həddindən artıq istiləşməyə səbəb ola bilər.

Beləliklə, cavab budur ki, server pərəstişkarları bu dinamikada üstünlüyə sahibdirlər. Onlar lazım olan hava miqdarını təyin edərək hava axınını təşkil edirlər.

Səmərəlilik və PUE hesablanması

Bir DC layihəsinin səmərəliliyini qiymətləndirmək üçün ənənəvi olaraq Enerji İstifadə Effektivliyinin (PUE) hesablanması istifadə olunur. PUE üçün düstur Ümumi Obyekt Gücünün İT Avadanlığının Gücünə nisbətidir:

PUE = Ümumi Obyekt Gücü / İT Avadanlıq Gücü

İdeal olaraq, 1-ə bərabərdir, bu, bütün enerjinin heç bir israf etmədən İT avadanlıqlarına yönəldildiyini bildirir. Bununla belə, real dünya layihələrində bu mükəmməl ssenariyə nail olmaq nadirdir.

Güc İstifadə Effektivliyini (PUE) hesablamaq üçün aydın metodologiya yaratmağa çalışdığımız zaman başqa bir problem yaranır. Beləliklə, məsələn, sistemimizdə real vaxt rejimində PUE-ni hesablamağa imkan verən vatlarda ani enerji istehlakını göstərən bir metrikaya sahibik.

Bundan əlavə, biz illik dövr ərzində orta PUE əldə edə bilərik ki, bu da mövsümi dalğalanmaları nəzərə alaraq daha əhatəli qiymətləndirmə təklif edir. Mövsümlər arasında enerji istifadəsində fərq nəzərə alınmaqla bu, xüsusilə aktualdır; məsələn, yay və qış ayları arasında soyutma tələblərinin uyğunsuzluğu. Bu o deməkdir ki, daha etibarlı qiymətləndirməyə sahib olmaq istəyiriksə, daha balanslı və əhatəli qiymətləndirməni təmin edən illik orta göstəriciyə üstünlük verməliyik.

PUE-ni təkcə enerji baxımından deyil, həm də pul vahidləri baxımından araşdırmaq və bununla da elektrik enerjisi qiymətlərinin mövsümi dəyişmələrini nəzərə almaq vacibdir. PUE-nin pul baxımından qiymətləndirilməsi əməliyyat səmərəliliyinə daha bütöv bir perspektiv verir.

Bundan əlavə, bu yanaşma dollarla ölçüldükdə 1-dən az bir PUE dəyərinə nail olmaq imkanlarını açır. Məsələn, tullantı istilikdən suyun isidilməsi üçün istifadə etdikdə və onu daha da yaxınlıqdakı şəhərlərə satdıqda bu mümkün olur. ABŞ-da Google-un məlumat mərkəzi və Yandex-in Finlandiyadakı obyekti kimi diqqətəlayiq nümunələr, xüsusilə yüksək enerji xərcləri ilə xarakterizə olunan bölgələrdə bu cür təcrübələrin həyat qabiliyyətini nümayiş etdirir.

Effektivlik və Etibarlılıq

Xərclərin azaldılması və səmərəliliyin artırılması ilə bağlı narahatlıqlar tez-tez etibarlılığa potensial mənfi təsirlərlə bağlı suallar doğurur. Bununla belə, vurğulamaq istərdim ki, sərbəst soyutmada səmərəlilik axtarışı etibarlılığa xələl gətirmir. Əksinə, onun texnoloji yan təsirləri hətta səmərəliliyi artıra bilər. Məsələn, artıq müzakirə etdiyimiz kimi, yaxınlıqdakı şəhərlər üçün isti su yaratmaq kimi əlavə faydalar üçün artıq istiliyin istilik nasoslarına yönləndirilməsi etibarlılığı itirmədən maliyyə baxımından sərfəli təcrübəyə çevrilir.

Pulsuz Soyutmanın Gələcəyi

Pulsuz soyutmanın təklif etdiyi bütün üstünlüklərə baxmayaraq, məlumat mərkəzi sənayesi hələ də mühafizəkar yanaşma ilə idarə olunur və innovativ həllərə müqavimət göstərmək meyli ilə sübut edilmiş etibarlılıq tələb edir. kimi orqanların sertifikatlarına güvənmək İş vaxtı İnstitutu marketinq üçün pulsuz soyutma həlləri üçün başqa bir maneə yaradır, müəyyən edilmiş sertifikatın olmaması, kommersiya provayderlərinin onlara şübhə ilə baxmasına səbəb olur.

Bununla belə, korporativ hiper-miqyaslayıcılar arasında öz DC-ləri üçün əsas həll yolu kimi pulsuz soyutma qəbul etmək tendensiyası var. Bu texnologiyanın iqtisadi səmərəliliyini və əməliyyat faydalarını qəbul edən şirkətlərin sayının artması ilə biz növbəti 10-20 il ərzində daha çox korporativ soyutma məlumat mərkəzlərinin meydana çıxacağını gözləyirik.