Вызначэнне праблемы Эскалацыя росту інфраструктуры цэнтра апрацоўкі дадзеных і адначасовае павелічэнне выкарыстання ІТ-абсталявання прывялі да павелічэння спажывання электраэнергіі. Паколькі серверы, неад'емныя кампаненты дата-цэнтраў, пераўтвараюць электрычнасць у цяпло падчас працы, мы сутыкаемся з праблемай барацьбы з высокімі тэмпературамі і прахалодай у памяшканнях і абсталяванні дата-цэнтраў. Давайце жвава ўспомнім асновы школьнай фізікі: прытрымліваючыся фундаментальных прынцыпаў тэрмадынамікі, энергія не знікае, а пераўтвараецца. Такім чынам, калі дата-цэнтр спажывае 1 МВт электраэнергіі - увесь гэты квант энергіі ператвараецца ў эквівалентную колькасць цяпла. Такім чынам, чым больш электраэнергіі спажываецца, тым больш складана кіраваць атрыманым цяплом у цэнтры апрацоўкі дадзеных. Сітуацыя становіцца яшчэ больш складанай, паколькі ІТ-абсталяванне можа мець розны ўзровень энергаспажывання пры розных фізічных памерах. Напрыклад, абсталяванне з высокім спажываннем энергіі можа мець невялікія памеры, што стварае праблемы з эфектыўным астуджэннем канцэнтраванага цяпла. З іншага боку, большае ІТ-абсталяванне з адносна ўмераным спажываннем электраэнергіі лягчэй астуджаць з-за яго большай плошчы паверхні. У цэнтрах апрацоўкі дадзеных звычайна размяшчаецца абсталяванне рознага памеру і ўзроўню спажывання, што ўяўляе праблему не толькі астуджэння рознага ІТ-абсталявання, але і выканання гэтага з рознай хуткасцю, што вызначаецца тэмпературнымі патрабаваннямі кожнага тыпу абсталявання. Залішне казаць, што для астуджэння пастаяннага току нам патрэбна значная колькасць электраэнергіі, што павялічвае эксплуатацыйныя выдаткі. Праблема эфектыўнага выкарыстання энергіі ў цэнтрах апрацоўкі дадзеных становіцца асабліва вострай з сусветным ростам коштаў на электраэнергію. Згодна з Сусветныя цэны на электраэнергію рэзка ўзляцелі да гістарычнага максімуму ў перыяд з 2021 па 2022 год. Калі ў другой палове 2021 года крызіс у галіне аховы здароўя COVID-19 сціх, попыт на энергію павялічыўся, і цэны на электраэнергію дасягнулі першага рэкорднага ўзроўню. У пачатку 2022 года энергетычны рынак зноў абвастрыўся, і энергетычны крызіс узмацніўся. Пра гэта паведамляе Statista Спажыванне электраэнергіі цэнтрам апрацоўкі дадзеных расце, нягледзячы на павышэнне эфектыўнасці прадукцыйнасці. Іншымі словамі, хоць прадукцыйнасць на ват паляпшаецца, попыт на рэсурсы расце яшчэ хутчэй, таму агульнае спажыванне непазбежна павялічваецца, а таксама выдаткі. Аднак значная эканомія сродкаў можа быць дасягнута шляхам аптымізацыі сістэм астуджэння. Гэта выклікала ў мяне жаданне глыбей вывучыць эфектыўныя метады астуджэння ў цэлым і свабоднае астуджэнне ў прыватнасці. Ацэнка ўзроўню спажывання энергіі ў цэнтрах апрацоўкі дадзеных звычайна абапіраецца на паказчык эфектыўнасці выкарыстання энергіі (PUE). PUE вымярае эфектыўнасць цэнтра апрацоўкі дадзеных, ацэньваючы агульнае спажыванне энергіі ў параўнанні з тым, што выкарыстоўваецца выключна для ІТ-абсталявання. Больш падрабязна пра гэта мы пагаворым крыху пазней. Цяпер нам трэба ведаць, што ніжэйшы PUE азначае больш эфектыўны цэнтр апрацоўкі дадзеных, паказваючы на меншую залежнасць ад невылічальнай магутнасці. Ва ўмовах росту інфраструктуры і росту спажывання электраэнергіі аптымізацыя PUE з больш эфектыўнымі сістэмамі астуджэння забяспечвае фінансавую разважлівасць і ўстойлівую дзейнасць. У гэтым артыкуле мы вывучым традыцыйныя і інавацыйныя метады астуджэння і даведаемся, якія з іх забяспечваюць максімальную эфектыўнасць. Агляд метадаў астуджэння Паветра і не паветра У спрошчанай класіфікацыі метады ахалоджвання можна падзяліць на дзве асноўныя катэгорыі: метады на аснове паветра і без яго. Удакладняючы, паветранае астуджэнне ўключае ў сябе звычайныя падыходы, у той час як катэгорыя без паветра ўключае розныя метады з выкарыстаннем такіх рэчываў, як вада, алей або цвёрдыя матэрыялы. Характэрна, што пераважная большасць метадаў астуджэння, якія складаюць 99%, трапляюць пад парасон паветранага астуджэння. Кандыцыянеры Сістэмы кандыцыянавання паветра з'яўляюцца найбольш распаўсюджаным сродкам астуджэння паветра ў прафесійных цэнтрах апрацоўкі дадзеных. Іх фундаментальны прынцып адлюстровывае прынцып бытавых кандыцыянераў: паветра, якое праходзіць праз серверы, цыркулюе праз кандыцыянер, астуджаецца праз радыятарную рашотку, а затым вяртаецца назад у серверы. Гэты цыклічны працэс забяспечвае бесперапынны механізм астуджэння. Чылеры Пасля кандыцыянераў чылеры з'яўляюцца другой па распаўсюджанасці сістэмай астуджэння. У адрозненне ад кандыцыянераў, у ахаладжальніках выкарыстоўваецца вада (або раствор на воднай аснове) для адводу цяпла з памяшканняў, дзе патрабуецца клімат-кантроль. Нягледзячы на тое, што кандыцыянер прасцей і ў цэлым больш даступны, яго больш высокія выдаткі на энергію часам могуць быць стрымліваючым фактарам для прадпрыемстваў. З іншага боку, сістэмы з ахалоджанай вадой больш энергаэфектыўныя, але патрабуюць большай колькасці кампанентаў і складанасці ў іх мантажы і абслугоўванні. Адыябатычныя камеры і мацюкі Адыябатычнае астуджэнне ўключае ў сябе выкарыстанне камер або мацюкоў, куды вада заліваецца і выпараецца. Калі вада выпараецца, камеры і мацюкі астываюць разам з паветрам унутры. Хоць адыябатычнае астуджэнне ўяўляе сабой трэці жыццяздольны варыянт, яно лічыцца некалькі экзатычным і не так часта выкарыстоўваецца ў астуджэнні цэнтра апрацоўкі дадзеных у параўнанні з кандыцыянерамі і ахаладжальнікамі. Вадзяное астуджэнне У сістэмах вадзянога астуджэння для адводу цяпла выкарыстоўваецца вада або вадкасці, якія змяшчаюць ваду. Вадаправодныя трубы стратэгічна размешчаны ў серверных памяшканнях, прычым кожны сервер злучаны з дзвюма трубамі — адна для адтоку гарачай вады, а другая для прытоку халоднай вады. Радыятары працэсараў, графічных працэсараў і іншага абсталявання падключаюцца непасрэдна да гэтай сістэмы водазабеспячэння. Такі падыход не толькі астуджае абсталяванне і памяшканне цэнтра апрацоўкі дадзеных, але і стварае запас цёплай вады для дадатковых мэтаў. Цеплаабменнікі Гэты метад павышае эфектыўнасць астуджэння за кошт выкарыстання вонкавага халоднага асяроддзя. Калі паблізу ёсць крыніца холаду, напрыклад, возера, мора або халодная зямля, вадаправодныя трубы могуць быць разгорнуты прама ў іх для перадачы вялікай колькасці цяпла ад ІТ-абсталявання. Экзотыка Ёсць і нетрадыцыйныя метады. Адзін з іх заснаваны на элементах Пельцье або тэрмаэлектрычных ахаладжальніках (ТЭХ). Гэты падыход абапіраецца на паўправадніковыя эфекты і прадугледжвае падачу электрычнасці на спецыяльную пласціну, якая награваецца з аднаго боку і астуджаецца з другога. Яшчэ адзін авангардны падыход - разгортванне падводных дата-цэнтраў. У , напрыклад, вясной 2018 года цэнтр апрацоўкі дадзеных быў пагружаны на глыбіню 117 футаў на Паўночных астравах. На працягу наступных двух гадоў каманда правяла дбайнае тэставанне і маніторынг сервераў цэнтра апрацоўкі дадзеных. Было пацверджана, што размяшчэнне герметычнага кантэйнера на дне акіяна можа павысіць агульную надзейнасць цэнтра апрацоўкі дадзеных за кошт змякчэння такіх праблем, як карозія, ваганні тэмпературы і фізічныя парушэнні, якія звычайна ўзнікаюць на сушы. Microsoft Project Natick Бясплатнае астуджэнне Гэтая тэхніка асабліва накіравана на максімальную эфектыўнасць астуджэння. Бясплатнае астуджэнне асвяжае паветра ў цэнтры апрацоўкі дадзеных без залежнасці ад традыцыйных сістэм астуджэння. Ён выкарыстоўвае натуральнае вонкавае паветра. Звычайна вонкавае паветра падвяргаецца толькі кантролю вільготнасці, а затым натуральныя тэрмадынамічныя працэсы рэгулююць тэмпературу ў памяшканні для даных. Гэты метад значна зніжае энергаспажыванне (на 75-92% менш у параўнанні з іншымі сістэмамі CRAH), зніжае выкіды вуглякіслага газу і пазбаўляе ад неабходнасці вады ў сістэме астуджэння. Вольнае астуджэнне - адзін з самых экалагічна чыстых варыянтаў, які патрабуе менш энергіі. Акрамя таго, гэта можа дапамагчы зэканоміць выдаткі, паколькі 40% энергіі, якая выкарыстоўваецца цэнтрамі апрацоўкі дадзеных, ідзе на астуджэнне. Гэтая сістэма павышае прадукцыйнасць усяго абсталявання з паветраным астуджэннем нават у цяжкіх умовах. Вось простае візуальнае адлюстраванне працэсу вольнага астуджэння: Як вы можаце бачыць, сістэма працуе вельмі проста, накіроўваючы вонкавае паветра праз фільтры, ІТ-абсталяванне і выдаляючы яго. Такое памяншэнне складанасці з патэнцыйнымі ўразлівасцямі толькі з вентылятарамі павышае агульную надзейнасць пастаяннага току пры бясплатным астуджэнні. У адрозненне ад сістэм са складаным абсталяваннем, адсутнасць складаных кампанентаў таксама зніжае як першапачатковыя выдаткі на ўстаноўку, так і бягучыя выдаткі на тэхнічнае абслугоўванне. Такім чынам, фінансавыя перавагі пачынаюцца ўжо на стадыі будаўніцтва, дзе абцякальная канструкцыя вольнага астуджэння ператвараецца ў адчувальную эканомію. Агонія выбару Падчас канферэнцый і сустрэч я часта атрымліваю мноства пытанняў, якія круцяцца вакол парадоксу: калі свабоднае астуджэнне з'яўляецца такім жа выгадным з пункту гледжання эканоміі і прастаты, чаму яно не паўсюдна прынята ў прамысловасці? Гэта падштурхоўвае да больш шырокага пытання аб тым, чаму, нягледзячы на яго перавагі, толькі абмежаваная колькасць кампаній прыняла бясплатнае астуджэнне, у той час як іншыя настойваюць на звычайных метадах. Адказ на гэта крыецца ў шматбаковым вывучэнні пераважнай дынамікі галіны. Прамысловая дыктатура У індустрыі цэнтраў апрацоўкі дадзеных, дзе надзейнасць мае першараднае значэнне, прыняцце інавацыйных рашэнняў часта сутыкаецца з супрацівам. Я звязваю гэта, перш за ўсё, з кансерватыўным характарам індустрыі пастаяннага току, дзе асобы, якія прымаюць рашэнні, аддаюць перавагу правераным канцэпцыям, а не інавацыйным рашэнням. У той час як новыя тэхналогіі, такія як бясплатнае астуджэнне, абяцаюць рэнтабельнасць і эфектыўнасць, прадстаўнікі галіны аддадуць перавагу традыцыйным, але надзейным падыходам для забеспячэння бесперабойнай працы сервераў. Маркетынгавыя перашкоды Іншы момант у тым, што камерцыйныя пастаўшчыкі пастаяннага току, якія складаюць каля 80% галіны, спадзяюцца на сертыфікаты незалежных органаў, такіх як прадаваць іх надзейнасць. Аднак гэта стварае праблемы для рашэнняў бясплатнага астуджэння, паколькі для іх яшчэ няма ўстаноўленай сертыфікацыі. Такая сітуацыя прымушае камерцыйных пастаўшчыкоў супраціўляцца альтэрнатыўным метадам астуджэння, спасылаючыся на нявызначанасць іх надзейнасці і адсутнасць прэцэдэнту сертыфікацыі. Інстытут бесперабойнай працы Занепакоенасць глабальным пацяпленнем Крытыкі часта выказваюць занепакоенасць уплывам глабальнага пацяплення на жыццяздольнасць свабоднага астуджэння. Аднак гэты аргумент развянчаецца, калі прызнаецца паступовы характар глабальнага пацяплення з прыблізным павелічэннем на 1,5 градуса за дзесяцігоддзе. Гэта сціплае змяненне тэмпературы наўрад ці парушыць стабільнасць рашэнняў бясплатнага астуджэння ў бліжэйшай перспектыве. Аргумент «на ўсялякі выпадак». Яшчэ адной распаўсюджанай практыкай для кампаній, якія выбіраюць метад астуджэння пастаянным токам, з'яўляецца ўключэнне рэзервовых блокаў кандыцыянавання паветра ў якасці меры засцярогі ў дадатак да бясплатнага астуджэння. Гэты аргумент "на ўсялякі выпадак" падрывае асноўную канцэпцыю свабоднага астуджэння, уносячы непатрэбную складанасць і падрываючы фінансавую і аперацыйную эфектыўнасць. Нават для невялікага кандыцыянера ўзнікае неабходнасць забяспечыць розныя кампаненты, такія як фрэон, правады, вадкасці, сістэмы і элементы кіравання. Замест таго, каб прыняць ідэю наяўнасці рэзервовага кандыцыянера, галіна павінна засяродзіцца на адаптацыі сваёй сістэмы вольнага астуджэння да шырокага дыяпазону ўмоў, не спадзяваючыся на ілжывыя надзеі. Рэальныя рызыкі і меркаванні Пры разглядзе рашэння свабоднага астуджэння некаторыя адчувальныя рызыкі і меркаванні патрабуюць увагі. Адным з асноўных меркаванняў з'яўляецца геаграфічны рэгіён, паколькі разгортванне натуральнага астуджэння ў такім рэгіёне, як Арабскія Эміраты, можа быць неапраўданым. Даступнасць - яшчэ адзін аспект, пра які варта памятаць. Выбраны рэгіён павінен мець неабходную інфраструктуру і быць лёгкадаступным для спецыялізаванага персаналу, які займаецца абслугоўваннем цэнтра апрацоўкі дадзеных. Сувязь, уключаючы наяўнасць аптычных ліній, таксама важная. Напрыклад, стварэнне цэнтра апрацоўкі дадзеных з бясплатным астуджэннем за Палярным кругам становіцца немэтазгодным з-за адсутнасці ліній сувязі і праблемы ўтрымання кваліфікаванай рабочай сілы. Акрамя гэтых лагістычных меркаванняў, адзіныя абмежаванні для свабоднага астуджэння датычацца максімальнай тэмпературы ў рэгіёне (прыкладна 38-40 градусаў) і якасці паветра. Раёны з празмерным забруджваннем, напрыклад, паблізу ажыўленых шашэйных дарог або інтэнсіўнай сельскагаспадарчай дзейнасці, могуць ствараць праблемы. Нягледзячы на тое, што прамой забароны няма, фільтры ў такіх месцах патрабуюць частай замены. У адрозненне ад звычайных цэнтраў апрацоўкі дадзеных з кандыцыянерамі, якія цыркулююць унутраным паветрам, цэнтры свабоднага астуджэння ўцягваюць вонкавае паветра, што патрабуе больш дбайнага абслугоўвання фільтраў. Іншыя параметры размяшчэння супадаюць з тымі, што прымяняюцца да традыцыйных цэнтраў апрацоўкі дадзеных. Піянеры і тэндэнцыі будучыні Нягледзячы на кансерватыўны характар галіны, некаторыя прадбачлівыя карпаратыўныя кампаніі ацэньваюць адчувальныя перавагі альтэрнатыў. Разлічваючы рэнтабельнасць натуральнага астуджэння з дапамогай лічбавага аналізу, яны ўсведамляюць патэнцыйную эканомію сродкаў, якую гэта прапануе. Некалькі вядомых кампаній, такіх як Facebook (цяпер Meta), Google, Amazon, Yandex і Wildberries, з'яўляюцца піянерамі ў выкарыстанні тэхналогіі бясплатнага астуджэння. Іх першапраходчыцкі статус абумоўлены іх гатоўнасцю ацэньваць рызыкі і прызнаваць фінансавыя перавагі, уласцівыя гэтай тэхналогіі. Выбар для гэтых кампаній быў ясны - альбо выбраць звычайныя схемы і панесці большыя выдаткі, альбо ўзяць на сябе рызыкі і выгады, стаўшы піянерамі ў галіне астуджэння цэнтраў апрацоўкі дадзеных. Ландшафт галіны, які развіваецца, сведчыць аб расце тэндэнцыі сярод карпаратыўных гіпермасштабёраў да ўкаранення рашэнняў бясплатнага астуджэння. Паколькі ўсё больш кампаній прызнаюць рэнтабельнасць і эксплуатацыйныя перавагі гэтай тэхналогіі, чакаецца, што ў будучыні з'явіцца ўсё большая колькасць карпаратыўных цэнтраў апрацоўкі дадзеных без астуджэння. Калі вам цікава даведацца больш пра фізіку вольнага астуджэння, вывучыце гэтую тэму ў маім новым артыкуле Free Cooling: Technology Deep Dive.
