Datu-zentroen hoztearen bilakaera: airean oinarritutako metodoetatik free hozteraino

Problemaren definizioa

Datu zentroen azpiegituren hazkunde gero eta handiagoak eta informatikako ekipoen erabileraren gorakadak elektrizitate kontsumoa areagotu egin du.

Zerbitzariek, datu-zentroen osagai osoak, elektrizitatea bero bihurtzen dutenez funtzionatzen ari diren bitartean, tenperatura altuei eta datu-zentroetako lokal eta ekipamendu hoztenei aurre egiteko arazoari aurre egiten diogu.

Gogora ditzagun biziki eskola-fisikaren oinarriak: termodinamikaren oinarrizko printzipioei jarraituz, energia ez da desagertzen baina eraldatu egiten da. Horrela, datu-zentro batek 1 MW elektrizitate kontsumitzen badu, energia-kuantu osoa bero kantitate baliokide batean bihurtzen da. Ondorioz, zenbat eta elektrizitate gehiago kontsumitu, orduan eta handiagoa izango da sortzen den beroa datu-zentroan kudeatzeko erronka.

Egoera are korapilatsuagoa bihurtzen da, informatika-ekipoek energia-kontsumo-maila desberdinak izan ditzakete eta tamaina fisiko desberdinak dituzten bitartean. Esate baterako, energia-kontsumo handia duten ekipoek tamaina txikia izan dezakete, eta arazoak eragin ditzake bero kontzentratua modu eraginkorrean hozteko. Bestalde, elektrizitate-kontsumo-tasa nahiko moderatua duten informatika ekipamendu handiagoak errazago hozten dira bere azalera handiagoa dela eta. Datu-zentroek normalean ekipoen tamaina eta kontsumo-mailen nahasketa bat izaten dute, eta hainbat informatika-ekipamenduak hozteaz gain abiadura ezberdinetan egitearen erronka aurkezten dute, ekipo mota bakoitzaren tenperatura-eskakizunek aginduta. Esan beharrik ez dago DCa hozteko elektrizitate kantitate handiak behar ditugula, eta horrek kostu operatiboak gehitzen ditu.

Datu-zentroetan energia eraginkorren erabileraren arazoa bereziki larria bihurtzen da elektrizitatearen prezioen igoerarekin. arabera Statista-ren txostena munduko elektrizitatearen prezioak 2021 eta 2022 artean inoizko maximoraino igo ziren. 2021eko bigarren seihilekoan COVID-19aren osasun krisia baretu zenean, energia-eskaria handitu zen, eta elektrizitatearen prezioak lehen errekorra lortu zuen. 2022. urtearen hasieran, energia-merkatua berriro estutu zen eta krisi energetikoa areagotu zen.

Datu zentroen elektrizitate-kontsumoa hazten ari da errendimenduaren eraginkortasuna areagotu arren.

Beste era batera esanda, watt bakoitzeko errendimendua hobetzen ari den arren, baliabideen eskaria are azkarrago hazten da, beraz, kontsumo orokorra ezinbestean handitzen da eta baita kostuak ere. Hala ere, hozte-sistemak optimizatuz kostuak aurreztu daitezke. Honek hozte-metodo eraginkorrak orokorrean eta, bereziki, hozte askean sakondu nahi ninduen.

Datu-zentroetako energia-kontsumo-mailen ebaluazioa, normalean, Power Usage Effectiveness (PUE) neurrian oinarritzen da. PUE-k datu-zentro baten eraginkortasuna neurtzen du, energia-kontsumo osoa IT ekipoetarako soilik erabiltzen denarekin alderatuz. Xehetasun gehiagoz hitz egingo dugu geroago. Orain jakin behar duguna da PUE baxuago batek datu-zentro eraginkorragoa dela esan nahi duela, eta horrek konputaziorik gabeko potentziarekiko konfiantza murriztu duela adierazten du. Azpiegitura gero eta handiagoaren eta elektrizitate-kontsumoaren areagotzearen aurrean, PUE optimizatzeak hozte-sistema eraginkorragoekin zuhurtzia finantzarioa eta eragiketa iraunkorrak eskaintzen ditu.

Artikulu honetan, hozte-metodo tradizionalak eta berritzaileak aztertuko ditugu eta horietako zeinek eraginkortasun handiena eskaintzen duen ezagutuko dugu.

Hozte-metodoen ikuspegi orokorra

Airea eta ez-airea

Sailkapen sinplifikatuan, hozte-teknikak bi kategoria nagusitan bereiz daitezke: airean oinarritutako metodoak eta airean oinarritutakoak ez diren metodoak. Gehiago egiteko, airearen hozteak ohiko planteamenduak hartzen ditu barne, eta airea ez den kategorian, berriz, ura, olioa edo material solidoak bezalako substantziak erabiltzen dituzten hainbat metodo sartzen dira. Azpimarratzekoa da hozte-metodoen gehiengo ikaragarria, %99a, airea hozteko aterkiaren azpian egotea.

Aire egokituak

Aire girotuko sistemak dira datu-zentro profesionalen konfigurazioetan airea hozteko biderik nagusienak. Haien oinarrizko printzipioak egoitzako aire girotuarena islatzen du: zerbitzarietatik igarotzen den airea aire girotu batetik zirkulatzen da, erradiadorearen parrilla baten bidez hozten da eta, ondoren, zerbitzarietara birzirkulatzen da. Prozesu zikliko honek etengabeko hozte mekanismoa bermatzen du.

Hozkailuak

Aire girotuaren atzetik, hozte-sistema gehien erabiltzen den bigarrena da. Aire girotuek ez bezala, hozgailuek ura (edo uretan oinarritutako irtenbide bat) erabiltzen dute klima-kontrola behar duten espazioetatik beroa transferitzeko. Aire girotua sinpleagoa eta, oro har, merkeagoa den arren, bere energia-kostu altuagoak batzuetan disuasioa izan daiteke negozioentzat. Bestalde, hoztutako ur-sistemek energetikoki eraginkorragoak dira, baina osagai eta konplexutasun gehiago behar dituzte instalatzeko eta mantentzeko.

Ganbera Adiabatikoak eta Mats

Hozte adiabatikoa ura isurtzen eta lurruntzen den ganberak edo zerriak erabiltzea dakar. Ura lurrundu ahala, ganberak eta zerriak hozten dira barruko airearekin batera. Hozte adiabatikoa hirugarren aukera bideragarria den arren, exotiko samarra da eta ez da datu-zentroko hoztean erabiltzen, aire girotu eta hozgailuekin alderatuta.

Ura hoztea

Ura hozteko sistemetan, ura edo ura duten likidoak erabiltzen dira beroa xahutzeko. Ur-hodiak estrategikoki jartzen dira zerbitzari geletan, zerbitzari bakoitza bi hodietara konektatuta: bata ur beroaren irteerarako eta bestea ur hotzaren sarrerarako. CPU, GPU eta beste ekipoetako erradiadoreak zuzenean lotuta daude ur hornidura sistema honekin. Planteamendu honek datu-zentroko ekipoak eta lokalak hozteaz gain, ur epel hornidura ere sortzen du erabilera gehigarrietarako.

Bero-trukagailuak

Metodo honek hozte-eraginkortasuna hobetzen du kanpoko ingurune hotzak aprobetxatuz.

Inguruko hotz-iturri bat eskuragarri dagoenean, adibidez, aintzira, itsasoa edo lur hotz bat, ur-hodiak zuzenean heda daitezke bertan informatika-ekipoetatik bero kantitate handiak transmititzeko.

Exotikoak

Metodo ez-konbentzionalak ere badaude. Horietako bat Peltier elementuetan edo hozgailu termoelektrikoetan (TEC) oinarritzen da. Ikuspegi hau erdieroaleen efektuetan oinarritzen da eta alde batetik berotzen den eta bestean hozten den plaka berezi bati elektrizitatea hornitzea dakar.

Abangoardiako beste ikuspegi bat urpeko datu-zentroen hedapena da. In Microsoft-en Project Natick , adibidez, datu-zentro bat 117 metroko sakoneran murgildu zen Iparraldeko uharteetan 2018ko udaberrian. Hurrengo bi urteetan, taldeak datu-zentroko zerbitzarien proba eta jarraipena zorrotzak egin zituen. Berretsi zen ozeano-hondoan zigilatutako edukiontzi bat jartzeak datu-zentroaren fidagarritasun orokorra hobetu dezakeela, korrosioa, tenperatura gorabeherak eta normalean lehorrean gertatzen diren asaldura fisikoak bezalako arazoak arintuz.

Doako hoztea

Teknika hau bereziki hozte-eraginkortasuna handitzera zuzenduta dago. Doako hozteak datu-zentro bateko airea freskatzen du hozte-sistemetan fidatu gabe. Kanpoko aire naturala dagoen bezala erabiltzen du. Normalean kanpoko airea hezetasunaren kontrolaren menpe dago eta, ondoren, prozesu termodinamiko naturalek datu-geletako tenperaturak erregulatzen dituzte.

Metodo honek energia-kontsumoa nabarmen murrizten du (% 75-% 92 gutxiago beste CRAH sistemen aldean), karbono dioxidoaren isurketak murrizten ditu eta hozte-sisteman uraren beharra ezabatzen du.

Free cooling energia gutxiago behar duen aukera ekologikoenetako bat da. Gainera, kostuak aurrezten lagun dezake datu-zentroek erabiltzen duten potentziaren % 40 hozten baita. Sistema honek airez hoztutako ekipo guztien errendimendua hobetzen du, baita baldintza gogorretan ere. Hona hemen hozte askearen prozesuaren irudikapen bisual sinple bat:

Ikus dezakezunez sistemak oso modu errazean funtzionatzen du, kanpoko airea iragazkien, informatika ekipoen bidez eta kanporatuz. Konplexutasunaren murrizketa honek, zaleak soilik ahultasun potentzialak izanik, DC baten fidagarritasun orokorra indartzen du hozte askean.

Ekipamendu konplexuak dituzten sistemek ez bezala, osagai korapilatsurik ezak hasierako konfigurazio kostuak eta etengabeko mantentze-gastuak ere murrizten ditu. Beraz, finantza-abantailak eraikuntza-fasean hasten dira dagoeneko, non free cooling-aren diseinu erraztuak aurrezpen ukigarriak bihurtzen dituen.

Aukeraren agonia

Jardunaldietan eta bileretan, sarritan galdera ugari sortzen zaizkit paradoxaren inguruan dabiltzanak: free cooling-a kostuen aurrezteari eta sinpletasunari dagokionez onuragarria bada, zergatik ez da industrian orokorrean hartzen?

Honek galdera zabalagoa eragiten du zergatik, bere onurak izan arren, enpresa kopuru mugatu batek bakarrik hartu duen hozte askea, eta beste batzuek ohiko metodoekin jarraitzen duten bitartean. Honen erantzuna nagusi den industriaren dinamika anitzeko azterketan datza.

Industria Diktadura

Datu zentroen industrian, non fidagarritasuna berebiziko garrantzia duen, irtenbide berritzaileak hartzeak erresistentzia izan ohi du. Hori, lehenik eta behin, DC industriaren izaera kontserbadoreari egozten diot, non erabakiak hartzen dituztenek frogatutako kontzeptuei lehentasuna ematen dieten irtenbide berritzaileei baino.

Doako hoztea bezalako teknologia berriek kostu-eraginkortasuna eta eraginkortasuna agintzen duten arren, industriako ordezkariek nahiago lukete ikuspegi tradizionalak baina fidagarriak zerbitzarien funtzionamendua bermatzeko.

Merkaturatzeko oztopoak

Beste kontu bat da DC hornitzaile komertzialek, industriaren % 80 inguru osatzen dutenak, erakunde independenteen ziurtagirietan oinarritzen direla. Uptime Institutua haien fidagarritasuna merkaturatzeko. Hala ere, horrek erronka bat dakar hozteko doako soluzioentzat, oraindik ez baitago haientzako ziurtagiri finkaturik. Egoera honek hornitzaile komertzialak hozte-metodo alternatiboei aurre egitera eramaten ditu, haien fidagarritasunaren inguruko ziurgabetasunak eta ziurtagiriaren aurrekaririk ez dagoela aipatuz.

Berotze globalaren kezka

Kritikoek maiz kezkatzen dute berotze globalak hozte librearen bideragarritasunean duen eraginari buruz. Hala ere, argudioa ezeztatu egiten da berotze globalaren pixkanakako izaera aitortuz, gutxi gorabehera 1,5 graduko hazkundearekin hamarkada batean. Tenperatura aldaketa xume honek nekez arriskuan jarriko du free hozte soluzioen egonkortasuna epe laburrean.

"Badaezpada" Argudioa

DC hozte metodo bat aukeratzen duten enpresentzat ohikoagoa den praktika bat babesko aire girotuko unitateak sartzea da, hozte libreaz gain, kautelazko neurri gisa. "Badaezpada" argudio honek hozte askearen oinarrizko kontzeptua ahultzen du, alferrikako konplexutasuna sartuz eta eraginkortasun finantzarioa eta operatiboa arriskuan jarriz.

Aire girotu txiki batentzat ere, freoia, hariak, likidoak, sistemak eta kontrolak bezalako hainbat osagai eskaintzeko beharra sortzen da. Ordezko aire girotua edukitzearen ideia onartu beharrean, industriak hozte libreko sistema baldintza sorta zabaletara egokitzera bideratu beharko luke itxaropen faltsuetan fidatu gabe.

Benetako arriskuak eta gogoetak

Hozte askeko soluzio bat aztertzerakoan, zenbait arrisku eta gogoeta ukigarriek arreta eskatzen dute. Lehen kontu bat eskualde geografikoa da, Arabiar Emirerrietan bezalako eskualde batean hozte askea ezartzea agian justifikatuta ez egotea.

Irisgarritasuna da kontuan hartu beharreko beste alderdi bat. Hautatutako eskualdeak beharrezko azpiegitura izan behar du eta datu-zentroaren mantentze-lanak egiteko ardura duen pertsonal espezializatua erraz eskura daiteke. Konektibitatea ere garrantzitsua da, linea optikoen erabilgarritasuna barne. Esate baterako, zirkulu artikotik haratago doako hozte-zentro bat ezartzea ezinezkoa bihurtzen da komunikazio-lerrorik ez dagoelako eta langile kualifikatua mantentzeko erronka dela eta.

Kontu logistiko horietatik haratago, free hozterako muga bakarrak eskualdeko tenperatura maximoari (38-40 gradu gutxi gorabehera) eta airearen kalitateari dagozkio. Gehiegizko kutsadura duten eremuek, hala nola autobide jendetsuetatik gertu daudenek edo nekazaritza jarduera biziek, arazoak sor ditzakete. Erabateko debekurik ez dagoen arren, toki horietan iragazkiak maiz ordezkatu beharko dira. Barneko airea zirkulatzen duten aire girotuko ohiko datu-zentroek ez bezala, hozte libreko zentroek kanpoko airea hartzen dute, iragazkien mantentze-lan zorrotzagoa eskatzen dute. Beste kokapen-parametroak datu-zentro tradizionaletan aplikagarriak direnekin bat datoz.

Aitzindariak eta etorkizuneko joerak

Industriaren izaera kontserbadorea izan arren, aurrera begirako enpresa korporatibo batzuek alternatiben onura nabariak ebaluatzen dituzte. Hozte askearen kostu-eraginkortasuna zenbakizko analisiaren bidez kalkulatuz, eskaintzen dituen kostuen aurrezteaz jabetzen dira.

Hainbat enpresa nabarmen, hala nola Facebook (orain Meta), Google, Amazon, Yandex eta Wildberries, aitzindariak dira hozte askeko teknologia hartzen. Haien aitzindari-egoera arriskuak ebaluatzeko eta teknologia honek berezko dituen abantaila finantzarioak aitortzeko duten borondatetik dator. Enpresa hauen aukera argia zen: edo ohiko eskemetara joan eta kostu handiagoak jasan edo datu-zentroen hoztean aitzindari izateko arriskuak eta onurak hartu.

Industriaren bilakaeraren panoramak hipereskalatzaile korporatiboen artean hazten ari den joera adierazten du hozte askeko soluzioak ezartzeko. Enpresa gehiagok teknologia honen kostu-eraginkortasuna eta abantaila operatiboak aitortzen dituenez, etorkizunean korporaziorik gabeko hozte-zentro gehiago sortuko direla aurreikusten da.

Hozte askearen fisikari buruz gehiago jakiteko interesa baduzu, arakatu gaia nire Free Cooling: Technology Deep Dive artikulu berrian.