Datu zentroen eraginkortasuna optimizatzea: Freecooling tekniketan murgiltze sakona

Aurreko artikuluan , datu-zentroen azpiegituren hedapen azkarraz eta horrek eragin zuen elektrizitate-kontsumoaren hazkundeaz eztabaidatu genuen. Zerbitzariek funtzionamenduan zehar elektrizitatea bero bihurtzen dutenez, tenperatura altuak kudeatzea eta datu-zentroaren instalazioak eta ekipoak hoztea lehen arazo bihurtzen da. DC taldeentzat.

Hozte-metodo tradizionalak, aire girotuak eta hozgailuak barne, datu-zentroetako lokalak eta zerbitzariak eraginkortasunez hozten dituzten arren, haien garestiak eragozpen nabarmena izaten jarraitzen du. Free cooling metodo tradizionalen aldean ez du inbertsio handirik eskatzen, baina eraginkortasun eta fidagarritasun maila bera eskaintzen du. Artikulu honetan, hozte doako teknologiaren ikuspegi zehatza egingo dut, bere onurak, mugak eta ezarpen arrakastatsurako baldintzak nabarmenduz.

Free Coolingaren Fisika

Hozte askearen atzean dagoen fisika ulertzeko, bero-energiaren formula berrikusi beharko dugu:

Q = mcΔT

Hemen, "Q" irabazi edo galdutako bero-kantitatea adierazten du, "m" laginaren masa adierazten du (gure kasuan, datu-zentroko aire-masa), "c" airearen bero-ahalmen espezifikoa adierazten du, eta ΔT tenperatura-diferentziala adierazten du.

Datu-zentro batean, bero-iturri nagusia CPUa da. Normalean, 2 eta 4 CPU daude, bakoitza 200 watt-ekin funtzionatzen duena. Lehen esan bezala, CPUek kontsumitzen duten energia elektriko guztia bero bihurtzen da. Beraz, 2 CPUrekin, adibidez, xahutu beharreko 400 watt bero sortzen ditugu. Orain gure helburua horretarako behar den aire kantitatea zehaztea da.

ΔT parametroak edo tenperatura diferentzialak adierazten du kanpoko airearen tenperatura zenbat eta txikiagoa izan, orduan eta aire masa gutxiago behar dela CPUak hozteko. Esate baterako, sarrerako airearen tenperatura 0 °C bada eta irteerako tenperatura 35 °C bada, ΔT 35 baino ez litzateke izango, aire-masaren eskakizun nahiko baxuagoa dela esan nahi du. Hala ere, udako sasoian, hoztea zailagoa da giro-tenperatura igotzen dela eta. Kanpoko tenperatura zenbat eta handiagoa izan, orduan eta aire kantitate handiagoa beharko da zerbitzariak hozteko.

Zerbitzariaren eta sareko osagaien tenperatura-mugak

Hozte askea klima moderatu eta hotzetan eraginkorra izan daitekeen arren, mugak ditu oraindik zerbitzariaren osagaien tenperatura-mugengatik. IT eta sareko ekipoetako osagai kritikoek, hala nola prozesadoreek, RAM, HDDak, SSDak eta NVMe unitateak, funtzionamendu-tenperatura-eskakizunak dituzte:

• Prozesadoreak: gehienez 89°C
• RAM: gehienez 75 °C
• HDDak: gehienez 50 °C
• SSDak eta NVMe unitateak: gehienez 47-48 °C

Muga horiek zuzenean eragiten dute kanpoko airearen tenperaturaren egokitasuna hozteko. Hozte librea ez litzateke bideragarria izango kanpoko tenperaturak atalase horiek gainditzen dituzten edo are hurbiltzen diren eskualdeetan, gehiegi berotzearen ondorioz sistema kaltetu baitezake. Eskualdeko mugak

Lehen azaldu dugunez, kanpoko tenperaturak etengabe mantendu behar dira informatika-ekipoen gehienezko funtzionamendu-tenperatura baino txikiagoak hozte librea eraginkorra izan dadin. Honek DC kokapenaren klima-baldintzak arretaz kontuan hartu behar ditu. Erakundeek epe luzerako iragarpen meteorologikoak aztertu behar dituzte, tenperaturak behar diren atalaseak gaindi ez ditzan ziurtatzeko, baita egun edo ordu zehatzetan ere. Gainera, datu-zentroen iraupen luzea kontuan hartuta (normalean 10-15 urte), berotze globalaren ondorioak ere kontuan hartu behar dira kokapenaren erabakietan.

Zerbitzari-nodoen arkitektura-eskakizunak

Fisikaren testuinguruan, zerbitzarietan hozte eraginkorra lortzea sisteman zehar aire-fluxu zabala ziurtatzean oinarritzen da. Prozesu honetan zerbitzariaren arkitekturak zeregin garrantzitsua betetzen du.

Aitzitik, diseinu-ezaugarri egokirik ez duten zerbitzariek, zulaketak edo irekidurak adibidez, aire-fluxua oztopatu dezakete, hozte askeko mekanismoaren eraginkortasun orokorra arriskuan jarriz.

Hezetasunaren Kontrola

Hezetasun-maila beste kontu kritiko bat da hozte libreari dagokionez. Kanpo-hezetasun-baldintzen kontrola falta zaigunez, bi galdera aipagarri sortzen dira: lehenik, datu-zentroaren barruan (DC) % 100etik gertu edo gainditzen diren hezetasun-mailei aurre egitea; bigarrenik, airearen hezetasun oso baxuko agertokiei aurre egitea, hala nola, otsaileko egun izoztu batean, kanpoko tenperatura -30 °C-koa eta hezetasun erlatiboa %2tik %5era bitartekoa. Azter ditzagun sistematikoki egoera hauek.

Hezetasun handiko baldintzetan, kondentsazioa gerta daitekeenaren eta ekipoen funtzionaltasunean dituen ondorio kaltegarrien inguruko kezka komun bat dago. Kezka horren aurka, DC-ko hozte-eremuen barruan, hozte-prozesua gertatzen den tokian, kondentsazioa galarazten da. Aire epel eta hezea gainazal hotzagoekin kontaktuan jartzen denean kondentsazioa sortzen den printzipioaren ondorioz gertatzen da. Hala ere, DCren hozte askeko sistemaren barruan, ez dago elementurik inguruko airea baino hotzagoa. Ondorioz, kondentsazioa berez eragozten da, neurri proaktiboen beharra ezabatuz.

Alderantziz, hezetasun baxuari aurre egitean, beldurra elektrizitate estatikoaren sorrerara aldatzen da, ekipoen egonkortasunerako mehatxua sortuz. Arazo hau ez dago kondentsazioarekin erlazionatuta, baina konponbide bereizgarria behar du. Arintzeak lurreratzeko prozedurak eta zoru-estaldura espezializatu bat aplikatzea dakar. Neurri hauek barne ekipoak elektrizitate estatikotik babesteko ezarritako metodoekin bat datoz. Eraikuntza-elementuak, bastidoreak eta informatika-ekipoak lurrean jarrita, karga estatiko bat kalterik gabe xahutzen da lurrera, ekipoaren osotasuna gordez.

Klima naturalean, oso gutxitan gertatzen dira hezetasun oso altua edo baxua. Salbuespen aipagarrien artean gertakari arraroak daude, hala nola, trumoi bat uztailean %100eko hezetasuna lortzen duena edo izozteak oso hezetasun baxua eragiten duena. Dena den, hezetasun maila gehienetan ekipoari kalterik eragiten ez dioten tarte onargarrietan mantentzen da, nahiz eta esku-hartze aktiborik egon ez.

Airearen kantitatea eta abiadura

Lehen esan dugunez, hozte eraginkorra errazteko kanpoko aire bolumen handia behar dugu. Aldi berean, itxuraz kontrakoa den baldintza bat sortzen da: eraikinaren barruan aire-fluxu baxua mantentzea. Itxurazko paradoxa hau barruan zirkulatzen duten abiadura handiko aire-korronteek sortzen dituzten erronketan oinarritzen da.

Sinplifikatzeko, imajinatu aire-abiadura handia hodi baten korronte sendo gisa, zurrunbiloak eta turbulentzia sortuz informatikako ekipoen inguruan. Turbulentzia honek airearen mugimendu irregularrak eta lokalizatutako gainberotzea ekar ditzake. Horri aurre egiteko, espazio osoan 1-2 metroko segundoko aire-abiadura baxua lortzea estrategikoki dugu helburu.

Aire-abiadura kontrolatu hori mantentzeak turbulentzia ezabatzeko aukera ematen digu. Abiadura handiagoak airearen mugimenduan irregulartasunak arriskuan jarriko lituzke. Segundoko 1-2 metroko tarteari eutsiz, aire-fluxu leun eta uniformea sustatzen dugu, tokian tokiko gainberotzea saihestuz. Oreka delikatu honek informatika ekipoen hozte optimoa bermatzen du abiadura handiko aire-korronteekin lotutako zuloak alde batera utzita.

Ikusten denez, hozte askearen ikuspegia kanpoko airearen erabilera eraginkorra da, barne-abiadura baxu kontrolatua lehenesten duen bitartean. Nahita estrategia honek aire-fluxu laminar eta uniformea mantentzen laguntzen du, informatikako ekipoen hoztearen eraginkortasuna bermatuz.

Eraikuntza kontzeptua

Free cooling paradigman, ohiko aire-hodiak ez dira eraikinaren egituran erabiltzen. Hormetan, sabaietan edo eremu zehatzetan aire-hodiak dituzten ohiko konfigurazioek ez bezala, datuak prozesatzeko zentroek ez-ohiko ikuspegia hartzen dute. Eraikina bera aire-hodi gisa pentsatuta dago, aire girotuko unitate tradizionalak zaharkituta utziz. Aire-hodi hauen eskala handiak gelen eta solairuen osagai integraletan bihurtzen ditu.

Aire-fluxuaren prozesua kanpoko airea eraikinean sartzen den heinean hasten da, eta bi iragazki motatik igarotzen dira: iragazki lodiak eta iragazki finak. Airea garbiketa-prozesua igaro ondoren, haizagailuek eraikin-bolumen zabaletara bultzatzen dute, gutxi gorabehera lau solairuko altueran. Bolumen handi honek bere helburua betetzen du: aire-fluxua moteltzea, bere abiadura segundoko 1-2 metro behar den tartera murriztuz. Ondoren, airea makineria gelara jaisten da.

Makineria gela zeharkatu ondoren, aireak bere bidaia jarraitzen du IT bastidoreetatik, pasabide beroan aurrera eginez. Handik, aire beroko kolektorera sartzen da kanpora atera aurretik, ihes-haizegailuen bidez. Egituratutako aire-fluxuaren bide honek hozte prozesu eraginkorra bermatzen du, aire-abiadura kontrolatua mantenduz.

Aireko abiadura eta bolumena

Eraikinen bolumen hedagarriak erabiltzeak helburu bikoitza du. Lehenik eta behin, airearen abiadura pixkanaka murriztea ahalbidetzen du, aire-fluxuak segundoko 1-2 metro nahi den abiadura lortzen duela ziurtatuz. Kontrolatutako aire-abiadura hori ezinbestekoa da turbulentzia saihesteko eta fluxu laminarra mantentzeko, bereziki garrantzitsua da aireak ekipo informatiko sentikorren bidez aurrera egiten duen heinean. Bigarrenik, bolumen esanguratsuak beharrezko aire-bolumena hartzen du sortzen den beroa eraginkortasunez xahutzeko. Airearen abiadura eta bolumenaren elkarreragin sinkronizatuak sistemaren arrakasta orokorrari laguntzen dio.

Presio diferentziala kudeaketa gidari bakar gisa

Doako hozte-konfigurazio batean, ez dugu kanpoko airearen tenperatura kontrolatzen, eta datu-zentroan (DC) sartzen den airearen tenperaturaren aldaketak eragiten ditu. Hala ere, ezinbestekoa da ekipoak hozteko beharrezkoa den aire-fluxua kalkulatzea. Horri aurre egiteko, presio diferentzialaren metodoan oinarritzen gara.

IT rack bakoitzaren barruan, barne haizagailuak dituzten zerbitzariek abiadura ezberdinetan funtzionatzen dute, eta kolektiboki rackaren aurrealdearen eta atzealdearen artean presio diferentziala sortzen dute. Zerbitzari ugarirekin, bakoitzak aire-fluxu orokorrari laguntzen diona, presio-diferentzia hori pixkanaka-pixkanaka sortzen da pasabide hotzen eta beroen artean. Presio-sentsoreak bi korridoreetan zein DC eraikinaren kanpoaldean neurtu ditzakegu presio diferentzial hori.

Kalkuluak korridore beroko presio-sentsorearen datuak presio atmosferikotik kentzea eta korridore hotzeko presio-sentsorearen datuak presio atmosferikotik kentzea dakar. Horrela beheko adibidean bezala:

Mundu errealeko adibidea

Ondoren, ondoriozko balioek gidatzen gaituzte DCrako beharrezkoa den aire-hornidura eta zerbitzariaren zaleen funtzionamendua konpentsatzeko behar den ihesa zehazten. Termino sinpleagoetan, gure aire-fluxuaren beharrak presio-diferentzialetan oinarrituta neurtzen ditugu, DCaren hozte-prozesua modu eraginkorrean kudeatzeko aukera emanez.

Berokuntza eta Nahasketa Ganbera

Berokuntza sistema tradizionalak normalean ez dira inplementatzen free hozte duten Datu Zentroetan. Ura erabiltzea irrazionaltzat jotzen da, kostuengatik eta ekipamenduetarako balizko arriskuengatik. Horrek erronka bat dakar hotzetako hotzetan, kanpoan -20-30 gradura iristen da. Ekipoak ondo maneiatzen dituen arren, ingeniariek ikuspegi leuna bilatzen dute. Hemen irtenbiderik dotoreena eta logikoena informatika ekipoek sortutako aire beroa berrerabiltzea da. Zerbitzarietatik aire beroa nahaste-ganbera batera bideratuz, eta zati bat aire-korronte nagusira itzultzean, sistemak lokala bero mantentzen du neguan eta berokuntzan kostuak aurreztea ahalbidetzen du.

Sinpletasuna eta fidagarritasuna

Fidagarritasunaren teoriaren funtsezko tesi batek dio sinpletasunak fidagarritasuna sortzen duela. Honek hozte askeko sistemari balio dio, kontzeptu oso sinplea baita. Sistemak barrikada gisa funtzionatzen du, kanpotik airea iragazkietatik eramaten du, ekipo informatikotik igarotzen du eta, ondoren, kanporatzen du.

Sistema konplexurik ez egoteak fidagarritasuna hobetzen du, zaleek bakarrik ahultasun bat sortzen dute eguraldi beroan. Hozte askearen ikuspegiak sistema erradikala sinplifikatzen du, fidagarritasuna nabarmen hobetuz elementu kopurua murriztuz.

DC Fans vs Server Fans

Zaleen autoritate hierarkikoa funtsezko beste galdera bat da DC-en barruko aire-fluxuaren dinamikan. Aztertu dugunez, eskala handiko zaleak daude DC mailan eta zerbitzari mailan. Galdera da: datu-zentroko zaleek airea hornitzen dute, zerbitzari-zaleek behar adina kontsumitzen utziz? Edo eskaria zerbitzariaren zaleengandik dator, DC zaleak beren eskakizunak betetzera behartuz?

Mekanismoa honakoa da: zerbitzariaren zaleek protagonismoa dute prozesu honetan, beharrezko aire-fluxua zehazten dute. Ondoren, DC zaleek behar den aire bolumena emanez erantzuten dute. Agerikoa da zerbitzari guztien eskari metatuak DC haizagailuaren hornikuntza-ahalmena gainditzen badu, potentziala gainberotzea ekar dezakeela.

Beraz, erantzuna zerbitzari zaleek dute nagusitasuna dinamika honetan. Aire-fluxua orkestratzen dute, behar den aire kantitatea zehaztuz.

Eraginkortasuna eta PUE kalkulua

DC proiektu baten eraginkortasuna ebaluatzeko Power Usage Effectiveness (PUE) kalkulua erabiltzen da tradizionalki. PUEaren formula instalazioen guztizko potentziaren eta informatikako ekipoen potentziaren arteko erlazioa da:

PUE = Instalazioen potentzia osoa / Ekipo informatikoen potentzia

Egokiena, 1 berdina da, energia guztia informatikako ekipamendura bideratzen dela esan nahi du, alferrik galdu gabe. Hala ere, eszenatoki perfektu hori lortzea arraroa da mundu errealeko proiektuetan.

Beste arazo bat sortzen da Power Usage Effectiveness (PUE) kalkulatzeko metodologia argi bat ezartzen saiatzen garenean. Horrela, adibidez, gure sisteman, watt-tan berehalako potentzia-kontsumoa adierazten duen metrika bat daukagu, eta horrek PUE denbora errealean kalkulatzea ahalbidetzen du.

Gainera, urteko aldi bateko batez besteko PUE bat lor dezakegu, eta horrek balorazio zabalagoa eskaintzen du urtaroen gorabeherak kontuan hartuta. Hau bereziki garrantzitsua da urtaroen arteko energia-erabileraren desberdintasuna kontuan hartuta; adibidez, udako eta neguko hilabeteen arteko hozte-beharren desberdintasuna. Horrek esan nahi du ebaluazio fidagarriagoa izan nahi badugu, urteko batez bestekoa lehenetsi behar dugula ebaluazio orekatuago eta integralagoa eskainiz.

Garrantzitsua da PUE aztertzea ez soilik energiari dagokionez, baita diru-unitateei dagokienez ere, eta horrela elektrizitatearen prezioen urtaroen gorabeherak barneratuz. PUE diru terminoetan ebaluatzeak eraginkortasun operatiboari buruzko ikuspegi holistikoagoa ematen du.

Gainera, ikuspegi honek dolartan neurtuta 1 baino gutxiagoko PUE balioa lortzeko aukerak erakusten ditu. Posible bihurtzen da, adibidez, hondakin-beroa ura berotzeko erabiltzen dugunean eta inguruko hirietara gehiago saltzen dugunean. Adibide aipagarriek, esaterako, Google-ren datu-zentroa AEBn eta Yandex-en Finlandiako instalazioak, praktika horien bideragarritasuna erakusten dute, batez ere energia-kostu handiak dituzten eskualdeetan.

Eraginkortasuna vs fidagarritasuna

Kostuak murrizteari eta eraginkortasuna areagotzeari buruzko kezkak maiz zalantzak sortzen ditu fidagarritasunean izan daitezkeen eragin negatiboei buruz. Hala ere, azpimarratu nahiko nuke hozketa librean eraginkortasunaren bilatzeak ez duela fidagarritasuna arriskuan jartzen. Horren ordez, bere bigarren mailako efektu teknologikoak eraginkortasuna areagotu dezake. Esaterako, lehen aipatu dugun bezala, gehiegizko beroa bero-ponpetara birbideratzea onura gehigarrietarako, adibidez, inguruko hirietarako ur beroa sortzea, praktika onuragarria da ekonomikoki fidagarritasunari uko egin gabe.

Free Coolingaren etorkizuna

Doako hozteak eskaintzen dituen abantaila guztiak izan arren, datu-zentroen industriak ikuspegi kontserbadorea bultzatzen du eta fidagarritasun frogatua eskatzen du, irtenbide berritzaileei aurre egiteko joerarekin. bezalako erakundeen ziurtagirietan konfiantza izatea Uptime Institutua izan ere, merkaturatzeak hozteko doako soluzioetarako beste oztopo bat dakar, ezarritako ziurtagiririk gabe, hornitzaile komertzialak eszeptizismoz ikustera eramaten dituena.

Hala ere, hipereskalatzaile korporatiboen artean joera bat dago hozte askea beren DCrako irtenbide nagusi gisa hartzeko. Gero eta enpresa kopuru handiagoak teknologia honen kostu-eraginkortasuna eta operazio-onurak aitortzen dituenez, hurrengo 10-20 urteetan korporaziorik gabeko hozte-zentro gehiago agertuko direla espero dugu.