Деректер орталығын салқындату эволюциясы: ауа негізіндегі әдістерден еркін салқындату бойынша@egorkaritskii
114,697 оқулар
Деректер орталығын салқындату эволюциясы: ауа негізіндегі әдістерден еркін салқындату
Тым ұзақ; Оқу
Деректер орталықтары салқындату әдістерін зерттеуді ынталандыратын электр энергиясын тұтынудың және жылуды басқарудың қиыншылықтарына тап болады. Кондиционерлер мен салқындатқыштар сияқты дәстүрлі ауа негізіндегі жүйелер адиабаталық салқындату, суды салқындату, жылу алмастырғыштар және тіпті су астындағы деректер орталықтары сияқты инновациялық шешімдермен қатар өмір сүреді. Тегін салқындату экологиялық таза және үнемді тәсіл ретінде ерекшеленеді, дегенмен салалық динамика мен логистикалық ойлар Facebook және Google сияқты технологиялық алпауыттардың қолдауына қарамастан оның әмбебап қабылдануына кедергі жасайды.Companies Mentioned
Мәселенің анықтамасы
Деректер орталығының инфрақұрылымының өсуі және АТ жабдықтарын пайдаланудың бір мезгілде өсуі электр энергиясын тұтынудың өсуіне әкелді.
Деректер орталықтарының ажырамас құрамдас бөліктері серверлер жұмыс кезінде электр энергиясын жылуға айналдыратындықтан, біз жоғары температура мен салқын деректер орталығының үй-жайлары мен жабдықтарымен жұмыс істеу мәселесіне тап боламыз.
Мектеп физикасының негіздерін тез еске түсірейік: термодинамиканың іргелі принциптеріне сүйене отырып, энергия жоғалмайды, бірақ түрленеді. Осылайша, егер деректер орталығы 1 МВт электр энергиясын тұтынса – бұл энергия кванты бірдей жылу мөлшеріне айналады. Демек, электр энергиясы неғұрлым көп тұтынылса, деректер орталығында пайда болатын жылуды басқару қиынырақ болады.
Жағдай одан да күрделене түседі, өйткені АТ жабдығы әртүрлі физикалық өлшемдерге ие болған кезде әртүрлі қуат тұтыну деңгейлеріне ие болуы мүмкін. Мысалы, энергияны көп тұтынатын жабдық шағын өлшемге ие болуы мүмкін, бұл концентрленген жылуды тиімді салқындату кезінде қиындықтар туғызады. Екінші жағынан, салыстырмалы түрде орташа электр қуатын тұтыну жылдамдығы бар үлкенірек АТ жабдығы үлкен бетінің ауданына байланысты салқындату оңайырақ. Деректер орталықтары әдетте әртүрлі АТ жабдықтарын салқындату ғана емес, сонымен қатар әр жабдық түрінің температура талаптарымен белгіленетін әртүрлі жылдамдықтарда жасау міндетін ұсынатын жабдық өлшемдері мен тұтыну деңгейлерінің жиынтығын қамтиды. Айта кету керек, тұрақты токты салқындату үшін бізге айтарлықтай мөлшерде электр энергиясы қажет, бұл пайдалану шығындарын арттырады.
Дата орталықтарында электр қуатын тиімді пайдалану мәселесі әсіресе электр энергиясы бағасының жаһандық өсуімен өткір болып отыр. Сәйкес
Деректер орталығының электр энергиясын тұтынуы өнімділік тиімділігінің артуына қарамастан өсуде.
Басқаша айтқанда, бір ватт өнімділігі жақсарғанымен, ресурстарға сұраныс одан да жылдам өседі, сондықтан жалпы тұтыну сөзсіз, сонымен бірге шығындар да артады. Дегенмен, салқындату жүйелерін оңтайландыру арқылы айтарлықтай шығындарды үнемдеуге болады. Бұл мені жалпы тиімді салқындату әдістерін және атап айтқанда, бос салқындатуды тереңірек қарастырғым келді.
Деректер орталықтарында энергияны тұтыну деңгейлерін бағалау әдетте Қуатты пайдалану тиімділігі (PUE) көрсеткішіне сүйенеді. PUE деректер орталығының тиімділігін тек АТ жабдығы үшін пайдаланылатынмен салыстырғанда жалпы қуат тұтынуды бағалау арқылы өлшейді. Бұл туралы сәл кейінірек толығырақ айтатын боламыз. Бізге қазір білу керек нәрсе - PUE төменірек тиімдірек деректер орталығын білдіреді, бұл есептеуіш емес қуатқа тәуелділіктің төмендеуін көрсетеді. Өсіп келе жатқан инфрақұрылым және электр энергиясын тұтынудың өсуі жағдайында PUE-ны тиімдірек салқындату жүйелерімен оңтайландыру қаржылық сақтық пен тұрақты жұмыстарды қамтамасыз етеді.
Бұл мақалада біз дәстүрлі және инновациялық салқындату әдістерін зерттеп, олардың қайсысы ең жоғары тиімділікті қамтамасыз ететінін анықтаймыз.
Салқындату әдістеріне шолу
Ауа және ауа емес
Жеңілдетілген жіктеуде салқындату әдістерін екі негізгі санатқа бөлуге болады: ауаға негізделген және ауаға негізделген емес әдістер. Нақтырақ айтсақ, ауаны салқындату әдеттегі тәсілдерді қамтиды, ал ауа емес санат су, май немесе қатты материалдар сияқты заттарды пайдаланатын әртүрлі әдістерді қамтиды. Бір қызығы, салқындату әдістерінің 99% құрайтын басым көпшілігі ауаны салқындату қолшатырының астына түседі.
Кондиционерлер
Ауа баптау жүйелері кәсіби деректер орталықтарында ауаны салқындатудың ең кең таралған құралы болып табылады. Олардың негізгі принципі тұрғын үй кондиционерлерін көрсетеді: серверлер арқылы ағып жатқан ауа кондиционер арқылы айналады, радиатор торы арқылы салқындатылады, содан кейін серверлерге қайта айналады. Бұл циклдік процесс үздіксіз салқындату механизмін қамтамасыз етеді.
Салқындатқыштар
Кондиционерлерден кейін салқындатқыштар ең кең таралған екінші салқындату жүйесін білдіреді. Кондиционерлерден айырмашылығы, салқындатқыштар климаттық бақылауды қажет ететін кеңістіктерден жылуды тасымалдау үшін суды (немесе су негізіндегі ерітіндіні) пайдаланады. Ауа кондиционерлеу оңайырақ және әдетте қол жетімді болғанымен, оның жоғары энергия шығындары кейде бизнес үшін кедергі болуы мүмкін. Екінші жағынан, салқындатылған су жүйелері энергияны үнемдейді, бірақ оларды орнату мен жөндеуде көп компоненттер мен күрделілік қажет.
Адиабаталық камералар мен төсеніштер
Адиабаттық салқындату су құйылатын және буланатын камераларды немесе төсеніштерді пайдалануды қамтиды. Судың булануы кезінде камералар мен төсеніштер ішіндегі ауамен бірге салқындайды. Адиабаталық салқындату үшінші өміршең нұсқа болғанымен, ол біршама экзотикалық болып саналады және кондиционерлер мен салқындатқыштармен салыстырғанда деректер орталығының салқындатуында жиі қолданылмайды.
Суды салқындату
Суды салқындату жүйелерінде жылуды тарату үшін су немесе құрамында суы бар сұйықтықтар қолданылады. Су құбырлары серверлік бөлмелерде стратегиялық түрде орналастырылған, әрбір сервер екі құбырға қосылған — біреуі ыстық суды шығаруға, екіншісі суық суға арналған. Орталық процессорлардағы, графикалық процессорлардағы және басқа жабдықтағы радиаторлар осы сумен жабдықтау жүйесіне тікелей байланысты. Бұл тәсіл деректер орталығының жабдықтары мен үй-жайларын салқындатып қана қоймайды, сонымен қатар қосымша пайдалану үшін жылы сумен қамтамасыз етеді.
Жылу алмастырғыштар
Бұл әдіс сыртқы суық орталарды пайдалану арқылы салқындату тиімділігін арттырады.
Көл, теңіз немесе суық жер сияқты жақын жерде суық көз болған кезде, АТ жабдығынан үлкен көлемдегі жылуды беру үшін су құбырларын тікелей оған орналастыруға болады.
Экзотика
Дәстүрлі емес әдістер де бар. Олардың бірі Peltier элементтеріне немесе термоэлектрлік салқындатқыштарға (ТЭК) негізделген. Бұл тәсіл жартылай өткізгіш әсерлерге сүйенеді және бір жағынан қызып, екінші жағынан салқындатылатын арнайы пластинаға электр қуатын беруді қамтиды.
Тағы бір авангардтық тәсіл - су астындағы деректер орталықтарын орналастыру. жылы
Тегін салқындату
Бұл әдіс әсіресе салқындату тиімділігін арттыруға бағытталған. Тегін салқындату дәстүрлі салқындату жүйелеріне сүйенбестен деректер орталығындағы ауаны жаңартады. Ол табиғи сыртқы ауаны сол қалпында пайдаланады. Әдетте сыртқы ауа ылғалдылықты бақылауға жатады, содан кейін табиғи термодинамикалық процестер деректер бөлмелеріндегі температураны реттейді.
Бұл әдіс қуат тұтынуды айтарлықтай төмендетеді (басқа CRAH жүйелерімен салыстырғанда 75%-дан 92%-ға аз), көмірқышқыл газының шығарындыларын азайтады және салқындату жүйесіндегі су қажеттілігін жояды.
Тегін салқындату - аз энергияны қажет ететін ең экологиялық таза таңдаулардың бірі. Сонымен қатар, бұл деректер орталықтары пайдаланатын қуаттың 40% салқындатуға кететіндіктен шығындарды үнемдеуге көмектеседі. Бұл жүйе ауамен салқындатылатын барлық жабдықтың жұмысын тіпті қиын жағдайларда да жақсартады. Мұнда еркін салқындату процесінің қарапайым көрнекі көрінісі берілген:
Көріп отырғаныңыздай, жүйе өте қарапайым түрде жұмыс істейді, сыртқы ауаны сүзгілер, АТ жабдықтары арқылы өткізеді және оны сыртқа шығарады. Күрделіліктің бұл төмендеуі, әлеуетті осалдықтар ретінде тек желдеткіштер бар, бос салқындату кезінде тұрақты токтың жалпы сенімділігін арттырады.
Күрделі жабдықтары бар жүйелерден айырмашылығы, күрделі компоненттердің болмауы бастапқы орнату шығындарын да, ағымдағы жөндеу шығындарын да азайтады. Осылайша, қаржылық артықшылықтар құрылыс сатысында басталады, мұнда еркін салқындатудың жеңілдетілген дизайны нақты үнемдеуге айналады.
Таңдау азабы
Конференциялар мен кездесулер кезінде мен жиі парадоксқа байланысты көптеген сұрақтар аламын: егер ақысыз салқындату шығындарды үнемдеу және қарапайымдылық тұрғысынан тиімді болса, неге ол салада әмбебап қабылданбайды?
Бұл неліктен оның артықшылықтарына қарамастан, тек шектеулі компаниялар ғана тегін салқындатуды қабылдады, ал басқалары дәстүрлі әдістерді қолданады деген кеңірек сұрақ тудырады. Мұның жауабы басым салалық динамиканың көп қырлы сараптамасында жатыр.
Өнеркәсіптік диктатура
Сенімділік бірінші кезекте маңызды болып табылатын деректер орталығының индустриясында инновациялық шешімдерді қабылдау жиі қарсылыққа тап болады. Мен мұны, ең алдымен, DC индустриясының консервативті сипатымен байланыстырамын, мұнда шешім қабылдаушылар инновациялық шешімдерден гөрі дәлелденген тұжырымдамаларға басымдық береді.
Тегін салқындату сияқты жаңа технологиялар үнемділік пен тиімділікті уәде еткенімен, сала өкілдері серверлердің үздіксіз жұмысын қамтамасыз ету үшін дәстүрлі, бірақ сенімді тәсілдерді қалайды.
Маркетингтік кедергілер
Мұндағы тағы бір мәселе, саланың 80%-ға жуығын құрайтын коммерциялық тұрақты ток жеткізушілері тәуелсіз органдардың сертификаттарына сүйенеді.
Жаһандық жылыну мәселелері
Сыншылар жаһандық жылынудың еркін салқындату өміршеңдігіне әсері туралы алаңдаушылықты жиі көтереді. Дегенмен, онжылдықта шамамен 1,5 градусқа өсетін жаһандық жылынудың біртіндеп сипатын мойындау арқылы аргумент жоққа шығарылады. Бұл қарапайым температураның өзгеруі жақын арада бос салқындату ерітінділерінің тұрақтылығына нұқсан келтіруі екіталай.
«Тек жағдайда» дәлелі
Тұрақты токты салқындату әдісін таңдайтын компаниялар үшін тағы бір кең таралған тәжірибе еркін салқындатудан басқа сақтық шарасы ретінде резервтік ауаны кондиционерлеу қондырғыларын қосу болып табылады. Бұл «жағдайда» дәлелі бос салқындатудың негізгі тұжырымдамасын бұзады, қажетсіз күрделілікті енгізеді және қаржылық және операциялық тиімділікті төмендетеді.
Тіпті шағын кондиционер үшін фреон, сымдар, сұйықтықтар, жүйелер және басқару элементтері сияқты әртүрлі компоненттерді қамтамасыз ету қажеттілігі туындайды. Резервтік кондиционерге ие болу идеясын қабылдаудың орнына, сала жалған үміттерге сүйенбестен, еркін салқындату жүйесін көптеген жағдайларға бейімдеуге назар аударуы керек.
Нақты тәуекелдер мен қарастырулар
Еркін салқындату шешімін қарастырған кезде, кейбір нақты тәуекелдер мен ойларға назар аудару қажет. Бір маңызды мәселе - географиялық аймақ, өйткені Араб Әмірліктері сияқты аймақта тегін салқындатуды қолдану негізсіз болуы мүмкін.
Қол жетімділік - бұл есте сақтау керек тағы бір аспект. Таңдалған аймақ қажетті инфрақұрылымға ие болуы және деректер орталығына техникалық қызмет көрсету міндеті жүктелген мамандандырылған қызметкерлерге оңай қол жетімді болуы керек. Қосылу мүмкіндігі, оның ішінде оптикалық желілердің болуы да маңызды. Мысалы, Арктикалық шеңберден тыс жерде еркін салқындайтын деректер орталығын құру байланыс желілерінің жоқтығына және білікті жұмыс күшін ұстау қиындығына байланысты мүмкін емес.
Осы логистикалық ойлардан басқа, тегін салқындату үшін жалғыз шектеулер аймақтың максималды температурасына (шамамен 38-40 градус) және ауаның сапасына қатысты. Шамадан тыс ластануы бар аумақтар, мысалы, қарбалас магистральдардың жанында немесе қарқынды ауылшаруашылық қызметі проблемаларды тудыруы мүмкін. Тікелей тыйым салынбағанымен, мұндай орындардағы сүзгілерді жиі ауыстыру қажет болады. Ішкі ауаны айналдыратын кәдімгі кондиционері бар деректер орталықтарынан айырмашылығы, еркін салқындату орталықтары сүзгіге мұқият техникалық қызмет көрсетуді талап ететін сыртқы ауаны тартады. Басқа орын параметрлері дәстүрлі деректер орталықтарына қолданылатын параметрлермен сәйкес келеді.
Пионерлер және болашақ трендтер
Саланың консервативті сипатына қарамастан, кейбір болашақты ойлайтын корпоративтік компаниялар баламалардың нақты артықшылықтарын бағалайды. Сандық талдау арқылы тегін салқындатудың үнемділігін есептей отырып, олар ұсынатын ықтимал шығындарды үнемдейді.
Facebook (қазіргі Meta), Google, Amazon, Yandex және Wildberries сияқты бірнеше танымал компаниялар тегін салқындату технологиясын енгізуде пионер болып табылады. Олардың алдыңғы қатарлы мәртебесі тәуекелдерді бағалауға және осы технологияға тән қаржылық артықшылықтарды тануға дайындығынан туындайды. Бұл компаниялардың таңдауы анық болды - кәдімгі схемаларға барыңыз және жоғары шығындарға ұшыраңыз немесе деректер орталығын салқындату бойынша пионер болудың тәуекелдері мен артықшылықтарын алыңыз.
Өнеркәсіптің дамып келе жатқан ландшафты корпоративті гипер-шкалалаушылардың еркін салқындату шешімдерін енгізуге қарай өсіп келе жатқан үрдісін көрсетеді. Көптеген компаниялар бұл технологияның үнемділігі мен операциялық артықшылықтарын мойындағандықтан, болашақта корпоративтік салқындатқышсыз деректер орталықтарының саны көбейеді деп күтілуде.
Егер сіз еркін салқындату физикасы туралы көбірек білгіңіз келсе, менің жаңа мақаламдағы тақырыпты ашыңыз Free Cooling: Technology Deep Dive.
L O A D I N G
. . . comments & more!
. . . comments & more!
