Маалымат борборунун эффективдүүлүгүн оптималдаштыруу: Freecooling техникаларына терең сүңгүп чыгуу

Мурунку макалада биз дата борборунун инфраструктурасынын тез кеңейүүсүн жана анын натыйжасында электр энергиясын керектөөнүн көбөйүшүн талкууладык. Серверлер иштөө учурунда электр энергиясын жылуулукка айландыргандыктан, жогорку температураларды башкаруу жана дата борборунун объектилерин жана жабдууларын муздатуу №1 көйгөйгө айланат. DC командалары үчүн.

Салттуу муздатуу ыкмалары, анын ичинде кондиционерлер жана муздаткычтар маалымат борборунун жайларын жана серверлерин эффективдүү муздатканы менен, алардын кымбаттыгы олуттуу кемчилик бойдон калууда. Салттуу ыкмалардан айырмаланып бекер муздатуу олуттуу инвестицияларды талап кылбайт, бирок ошол эле деңгээлде эффективдүүлүктү жана ишенимдүүлүктү сунуштайт. Бул макалада мен акысыз муздатуу технологиясына кеңири сереп салам, анын артыкчылыктарын, чектөөлөрүн жана ийгиликтүү ишке ашыруу үчүн талаптарды көрсөтөм.

Эркин муздатуу физикасы

Эркин муздатуу физикасын түшүнүү үчүн жылуулук энергиясынын формуласын кайра карап чыгышыбыз керек:

Q = mcΔT

Бул жерде 'Q' алынган же жоголгон жылуулуктун көлөмүн билдирет, 'm' үлгүнүн массасын билдирет (биздин учурда, маалымат борборундагы абанын массасы), 'c' абанын салыштырма жылуулук сыйымдуулугун билдирет, жана ΔT температуранын дифференциалын билдирет.

Маалымат борборунда негизги жылуулук булагы CPU болуп саналат. Адатта, ар бири болжол менен 200 ваттда иштеген 2ден 4кө чейин CPU бар. Жогоруда айтылгандай, процессорлор керектеген бардык электр энергиясы жылуулукка айланат. Ошондуктан, 2 CPU менен, мисалы, биз таркатылышы керек болгон 400 ватт жылуулукту чыгарабыз. Эми биздин максатыбыз бул үчүн зарыл болгон аба көлөмүн аныктоо.

ΔT параметри же температуранын дифференциалы тышкы абанын температурасы канчалык төмөн болсо, процессорлорду муздатуу үчүн аба массасы ошончолук азыраак талап кылынарын көрсөтөт. Мисалы, кирүүчү абанын температурасы 0°C болсо жана чыгуу температурасы 35°C болсо, ΔT болгону 35ти түзөт, бул аба массасына бир кыйла төмөн талапты билдирет. Бирок, жайкы мезгилде муздатуу айлана-чөйрөнүн температурасынын жогорулашынан улам кыйындайт. Сырттагы температура канчалык жогору болсо, серверлерди муздатуу үчүн ошончолук көп аба талап кылынат.

Сервер жана тармак компоненттеринин температуралык чектөөлөрү

Акысыз муздатуу орточо жана муздак климат үчүн эффективдүү болушу мүмкүн, бирок сервердин компоненттериндеги температуралык чектөөлөрдөн улам дагы эле чектөөлөр бар. Процессорлор, оперативдүү эс тутум, HDD, SSD жана NVMe дисктери сыяктуу IT жана тармактык жабдуулардын маанилүү компоненттеринин иштөө температурасына талаптары бар:

• Процессорлор: макс 89°C
• RAM: макс 75°C
• HDD: макс 50°C
• SSD жана NVMe дисктери: макс 47-48°C

Бул чектөөлөр муздатуу үчүн тышкы абанын температурасынын ылайыктуулугуна түздөн-түз таасир этет. Акысыз муздатуу сырткы температура бул чектерден ашкан же аларга жакындап калган аймактарда ишке ашпайт, анткени ал ашыкча ысып кетүүдөн улам системага зыян келтириши мүмкүн. Аймактык чектөөлөр

Биз буга чейин түшүндүргөндөй, эркин муздатуу эффективдүү болушу үчүн сырттагы температуралар IT жабдыктарынын максималдуу иштөө температурасынан дайыма төмөн бойдон калуусу керек. Бул DC жайгашкан жердин климаттык шарттарын кылдаттык менен карап чыгууну талап кылат. Уюмдар аба ырайынын узак мөөнөттүү болжолдоолорун анализдеп чыгышы керек, ал тургай белгилүү бир күндөрдө же сааттарда температура талап кылынган чектерден ашпасын. Кошумчалай кетсек, маалымат борборлорунун узак иштөө мөөнөтүн (адатта 10-15 жыл) эске алуу менен, глобалдык жылуулуктун таасири да жайгашкан жерди аныктоодо эске алынышы керек.

Сервер түйүнүнүн архитектурасына талаптар

Физика контекстинде серверлерде эффективдүү муздатууга жетишүү система аркылуу абанын көп агымын камсыз кылууга көз каранды. Бул процессте сервердин архитектурасы маанилүү роль ойнойт.

Тескерисинче, тешиктер же тешиктер сыяктуу ылайыктуу дизайн өзгөчөлүктөрү жок серверлер аба агымына тоскоол болуп, эркин муздатуу механизминин жалпы эффективдүүлүгүнө доо кетириши мүмкүн.

Нымдуулукту көзөмөлдөө

нымдуулук деңгээл эркин муздатуу келгенде дагы бир маанилүү жагдай болуп саналат. Бизде тышкы нымдуулук шарттарына көзөмөл жок болгондуктан, эки тиешелүү суроо пайда болот: биринчиден, маалымат борборунда (ДС) 100% жакын же андан ашкан нымдуулук деңгээлин чечүү; экинчиден, абанын өтө төмөн нымдуулугунун сценарийлерин чечүү, мисалы, февраль айынын аяздуу күнү сырткы абанын температурасы -30°С жана салыштырмалуу нымдуулук 2%дан 5%га чейин. Бул жагдайларды системалуу түрдө карап көрөлү.

Жогорку нымдуулуктун шарттарында конденсациянын пайда болушу жана анын жабдуулардын иштөөсүнө терс таасирлери жөнүндө жалпы тынчсыздануу бар. Бул тынчсызданууга карама-каршы, муздатуу процесси жүрүүчү туруктуу токтун кайра муздатуу зоналарында конденсацияга жол берилбейт. Бул конденсация жылуу, нымдуу аба муздак беттерге тийгенде пайда болот деген принципке байланыштуу. Бирок, DC эркин муздатуу системасынын ичинде эч бир элемент курчап турган абадан муздак эмес. Демек, конденсация проактивдүү чараларды көрүү зарылдыгын жокко чыгарып, табиятынан тоскоол болот.

Тескерисинче, нымдуулуктун төмөндүгүнө байланыштуу кооптонуу статикалык электр энергиясын өндүрүүгө карай жылып, жабдуулардын туруктуулугуна коркунуч жаратат. Бул маселе конденсацияга байланыштуу эмес, бирок өзгөчө чечүүнү талап кылат. Жеңилдетүү жерге туташтыруу жол-жоболорун жана атайын пол жабууну колдонууну камтыйт. Бул чаралар статикалык электрден ички жабдууларды коргоонун белгиленген ыкмаларына шайкеш келет. Курулуш элементтерин, стеллаждарды жана IT жабдууларын жерге туташтыруу менен статикалык заряд жабдыктын бүтүндүгүн сактап, жерге зыянсыз таралат.

Табигый климатта өтө жогору же төмөн нымдуулуктун учурлары сейрек кездешет. Белгилүү өзгөчөлүктөргө июль айында 100% нымдуулукка жеткен күн күркүрөшү же өтө төмөн нымдуулукка алып келген катуу суук сыяктуу сейрек кездешүүчү окуялар кирет. Бирок, көпчүлүк учурда нымдуулуктун деңгээли алгылыктуу чектерде сакталып турат, ал тургай, жигердүү кийлигишүүлөр болбосо да, жабдууларга эч кандай зыян келтирбейт.

Абанын саны жана ылдамдыгы

Жогоруда айтылгандай, натыйжалуу муздатуу үчүн бизге тышкы абанын олуттуу көлөмү керек. Ошол эле учурда, көрүнгөн карама-каршы талап пайда болот - имараттын ичинде төмөн аба агымын сактоо. Бул көрүнгөн парадокстун тамыры ичинде айлануучу жогорку ылдамдыктагы аба агымдарынан келип чыккан кыйынчылыктарга байланыштуу.

Жөнөкөйлөтүү үчүн абанын жогорку ылдамдыгын IT жабдыктарынын айланасында бурмалоолорду жана турбуленттүүлүктөрдү жаратып, түтүктөн чыккан күчтүү агым катары элестетиңиз. Бул турбуленттик абанын тартипсиз кыймылына жана локалдуу ысып кетүүсүнө алып келиши мүмкүн. Муну чечүү үчүн биз стратегиялык максатта жалпы мейкиндикте секундасына 1-2 метр аба ылдамдыгын камсыз кылууну көздөп жатабыз.

Бул башкарылуучу аба ылдамдыгын сактоо турбуленттикти жок кылууга мүмкүндүк берет. Жогорку ылдамдык аба кыймылынын бузулушуна алып келет. Секундасына 1-2 метр аралыкты сактоо менен биз локалдуу ашыкча ысып кетүүдөн сактануу менен, жылмакай, бирдей аба агымын камсыз кылабыз. Бул назик тең салмактуулук жогорку ылдамдыктагы аба агымдары менен байланышкан тузактардан четтеп, IT жабдууларын оптималдуу муздатууну камсыз кылат.

Көрүнүп тургандай, эркин муздатуу ыкмасы тышкы абаны эффективдүү колдонуунун айланасында айланат, ал эми ички аба ылдамдыгынын башкарылышына артыкчылык берет. Бул атайылап жасалган стратегия IT жабдууларын муздатуу эффективдүүлүгүн камсыз кылуу менен абанын ламинардуу жана бирдиктүү агымын сактоого жардам берет.

Building Concept

Эркин муздатуу парадигмасында имараттын структурасында салттуу аба өткөргүчтөрү колдонулбайт. Дубалдарда, шыптарда же белгилүү бир аймактарда атайын аба өткөргүчтөрү бар кадимки орнотуулардан айырмаланып, маалыматтарды иштетүү борборлору салттуу эмес ыкманы колдонушат. Имараттын өзү аба өткөргүч катары иштелип чыккан, бул салттуу кондиционерлерди эскирген. Бул аба өткөргүчтөрдүн чоң масштабы аларды бөлмөлөрдүн жана полдордун ажырагыс компоненттерине айлантат.

Аба агымы процесси сырткы аба имаратка кирип, эки түрдөгү чыпкалардан – орой чыпкалар жана майда чыпкалар аркылуу башталат. Аба тазалоо процессинен өткөндөн кийин, ал желдеткичтер тарабынан бийиктиги төрт кабатка барабар болгон чоң имараттардын көлөмүнө айдалат. Бул олуттуу көлөм өзүнүн максатына кызмат кылат: абанын агымын басаңдатуу, анын ылдамдыгын секундасына 1-2 метрге чейин төмөндөтүү. Андан кийин, аба техника бөлмөсүнө түшөт.

Техникалык бөлмөнү басып өткөндөн кийин, аба IT стеллаждары аркылуу сапарын улантып, ысык өтмөккө өтөт. Ал жерден ал ысык аба коллекторуна кирет, андан мурун соргуч желдеткичтер аркылуу сыртка чыгарылат. Бул структураланган аба агымынын жолу контролдонуучу аба ылдамдыгын сактоо менен эффективдүү муздатуу процессин камсыз кылат.

Аба ылдамдыгы жана көлөмү

Кеңири курулуш көлөмүн пайдалануу үчүн атайылап дизайн тандоо эки максатка кызмат кылат. Биринчи кезекте ал абанын ылдамдыгын акырындык менен кыскартууга, аба агымынын секундасына 1—2 метрге чейин каалаган ылдамдыгына жетишин камсыз кылууга мумкундук берет. Бул көзөмөлдөнүүчү аба ылдамдыгы турбуленттүүлүктүн алдын алуу жана ламинардуу агымды колдоо үчүн абдан маанилүү, айрыкча аба сезгич IT жабдыктары аркылуу өтүүдө. Экинчиден, олуттуу көлөм өндүрүлгөн жылуулукту натыйжалуу таркатууга керектүү аба көлөмүн камтыйт. Аба ылдамдыгы менен көлөмүнүн синхрондуу өз ара аракети системанын жалпы ийгилигине өбөлгө түзөт.

Жалгыз башкаруу драйвери катары дифференциалдык басым

Акысыз муздатуу жөндөөсүндө биз тышкы абанын температурасын көзөмөлдөй албайбыз, бул Дата борборуна (DC) кирген абанын температурасынын өзгөрүшүнө алып келет. Буга карабастан, жабдууларды муздатуу үчүн зарыл болгон аба агымын баалоо абдан маанилүү. Муну чечүү үчүн биз дифференциалдык басым ыкмасына таянабыз.

Ар бир IT стеллажынын ичинде ички желдеткичтери бар серверлер ар кандай ылдамдыкта иштешет, бул чогуу стеллаждын алды менен артынын ортосунда дифференциалдык басымды жаратат. Ар бири жалпы аба агымына салым кошкон көптөгөн серверлер менен бул басымдын айырмасы акырындык менен муздак жана ысык өтмөктөрдүн ортосунда пайда болот. Өткөөлөрдө жана DC имаратынын сыртында басым сенсорлорун колдонуу менен биз бул дифференциалдык басымды өлчөй алабыз.

Эсептөө ысык өтмөктөгү басым сенсорунун маалыматтарын атмосфералык басымдан жана муздак өтмөктөгү басым сенсорунун маалыматтарын атмосфералык басымдан алып салуудан турат. Ошентип, төмөндөгү мисалдагыдай:

Чыныгы Дүйнөлүк Мисал

Алынган баалуулуктар бизге туруктуу токко керектүү аба менен камсыз кылууну жана сервердин күйөрмандарынын иштешин компенсациялоо үчүн зарыл болгон чыгарууну аныктоого жардам берет. Жөнөкөй сөз менен айтканда, биз аба агымынын муктаждыктарын басымдын дифференциалынын негизинде өлчөйбүз, бул бизге DC ичиндеги муздатуу процессин натыйжалуу башкарууга мүмкүндүк берет.

Жылытуу жана аралаштыруу камерасы

Салттуу жылытуу системалары, адатта, акысыз муздатуу менен Дата борборлорунда ишке ашырылбайт. Сууну пайдалануу сарамжалдуу эмес деп эсептелинет, анткени чыгымдар жана жабдуулар үчүн мүмкүн болуучу тобокелдиктер. Бул сыртта -20-30 градуска жеткен катуу суук учурунда кыйынчылык жаратат. Жабдуулар аны жакшы иштетсе, инженерлер жумшак мамилени издешет. Эң жарашыктуу жана логикалык чечим бул IT жабдыктары тарабынан түзүлгөн ысык абаны кайра колдонуу. Серверлерден ысык абаны аралаштыруучу камерага багыттап, анын бир бөлүгүн негизги аба агымына кайтарып, система кышында жайды жылуу кармап, жылытууга кеткен чыгымдарды үнөмдөөгө мүмкүндүк берет.

Жөнөкөйлүк жана ишенимдүүлүк

Ишенимдүүлүк теориясынын негизги тезиси жөнөкөйлүк ишенимдүүлүктү пайда кылат деп ырастайт. Бул абдан жөнөкөй түшүнүк катары турган бекер муздатуу системасына тиешелүү. Система тосмонун милдетин аткарат, абаны сырттан чыпкалар аркылуу киргизип, аны IT жабдыктарынан өткөрүп, анан жөн эле чыгарып салат.

Татаал системалардын жоктугу ишенимдүүлүктү жогорулатат, ысык аба ырайында күйөрмандары гана аялуу жаратат. Эркин муздатуу ыкмасы элементтердин санын кыскартуу менен ишенимдүүлүктү олуттуу түрдө жакшыртып, системаны радикалдуу жөнөкөйлөштүрүүнүн мисалын көрсөтөт.

DC Fans vs Server Fans

Күйөрмандардын иерархиялык бийлиги - ДКнын ичиндеги аба агымынын динамикасындагы дагы бир негизги маселе. Биз талкуулагандай, DC деңгээлинде жана сервер деңгээлинде чоң масштабдагы күйөрмандар бар. Суроо туулат: маалымат борборунун желдеткичтери жөн гана аба менен камсыз кылып, сервердин күйөрмандары керек болсо, ошончолук керектейби? Же суроо-талап сервер күйөрмандарынан келип чыгып, DC күйөрмандарын талаптарын аткарууга мажбурлайбы?

Механизм төмөнкүчө: сервер күйөрмандары зарыл болгон аба агымын аныктоочу бул процессте басымдуу роль ойнойт. Андан кийин, DC күйөрмандары абанын керектүү көлөмүн жеткирүү менен жооп беришет. Эгерде бардык серверлердин кумулятивдик суроо-талаптары DC желдеткичинин кубаттуулугунан ашып кетсе, бул потенциалдуу ысып кетишине алып келиши мүмкүн экени көрүнүп турат.

Ошентип, жооп сервер күйөрмандары бул динамикада артыкчылыкка ээ. Алар керектүү аба көлөмүн көрсөтүү менен, аба агымын уюштурат.

Натыйжалуулук жана PUE эсептөө

DC долбоорунун натыйжалуулугун баалоо үчүн салттуу түрдө Энергияны колдонуунун натыйжалуулугун эсептөө (PUE) колдонулат. PUE формуласы - жалпы кубаттуулуктун IT жабдыктарынын кубаттуулугуна катышы:

PUE = Объекттин жалпы күчү / IT жабдууларынын күчү

Идеалында, ал 1ге барабар, бул бардык энергия эч кандай ысырапсыз IT жабдууларына багытталганын билдирет. Бирок, бул идеалдуу сценарийге жетишүү реалдуу долбоорлордо сейрек кездешет.

Дагы бир маселе энергияны колдонуунун эффективдүүлүгүн (PUE) эсептөө үчүн так методологияны түзүүгө аракет кылганда пайда болот. Ошентип, мисалы, биздин системада биз реалдуу убакытта PUEди эсептөөгө мүмкүндүк берген ватт менен энергия керектөөсүн көрсөткөн метрикага ээбиз.

Мындан тышкары, биз жылдык мезгил ичинде орточо PUE ала алабыз, ал сезондук термелүүлөрдү эске алуу менен кеңири баа берүүнү сунуш кылат. Бул сезондор арасындагы энергияны пайдалануудагы диспропорцияны эске алуу менен өзгөчө актуалдуу болуп саналат; Мисалы, жай жана кыш айларынын ортосундагы муздатуу талаптарынын диспропорциясы. Бул, эгерде биз ишенимдүүраак баа берүүнү кааласак, анда биз бир кыйла салмактуу жана комплекстүү баа берүүнү камсыз кылуу менен жылдык орточо көрсөткүчкө артыкчылык беришибиз керек дегенди билдирет.

Ошондой эле электр энергиясына болгон баанын сезондук өзгөрүүсүн эске алуу менен PUEди энергия жагынан гана эмес, акча бирдиктери боюнча да изилдөө маанилүү. акча жагынан PUE баалоо оперативдүү натыйжалуулук боюнча бир кыйла комплекстүү перспективаны берет.

Мындан тышкары, бул ыкма доллар менен ченегенде 1ден азыраак PUE маанисине жетүү үчүн мүмкүнчүлүктөрдү ачат. Мисалы, биз сууну жылытуу үчүн калдык жылуулукту колдонуп, аны жакынкы шаарларга сатканда мүмкүн болот. АКШдагы Google'дун маалымат борбору жана Яндекстин Финляндиядагы мекемеси сыяктуу көңүл бурууга арзырлык мисалдар, өзгөчө энергиянын кымбаттыгы менен мүнөздөлгөн аймактарда мындай практиканын жашоого жөндөмдүүлүгүн көрсөтүп турат.

Натыйжалуулук жана ишенимдүүлүк

Чыгымдарды азайтуу жана эффективдүүлүктү жогорулатуу жөнүндө тынчсыздануулар көп учурда ишенимдүүлүккө мүмкүн болуучу терс таасирлер жөнүндө суроолорду жаратат. Бирок, эркин муздатууда эффективдүүлүккө умтулуу ишенимдүүлүктү бузбай турганын баса белгилегим келет. Анын ордуна, анын технологиялык терс таасирлери да натыйжалуулугун жогорулатууга болот. Мисалы, биз буга чейин талкуулагандай, ашыкча жылуулукту кошумча артыкчылыктар үчүн жылуулук насосторуна багыттоо, мисалы, жакын жайгашкан шаарлар үчүн ысык сууну өндүрүү, ишенимдүүлүктү жоготпостон, финансылык жактан пайдалуу практикага айланат.

Эркин муздатуу келечеги

Акысыз муздатуу сунуштарынын бардык артыкчылыктарына карабастан, маалымат борборунун индустриясы мурдагыдай эле консервативдүү мамиле менен шартталган жана инновациялык чечимдерге каршы туруу тенденциясы менен далилденген ишенимдүүлүктү талап кылат. сыяктуу органдардын сертификаттарына таянуу Uptime институту маркетинг үчүн акысыз муздатуу чечимдери үчүн дагы бир тоскоолдук жаратат, белгиленген сертификаты жок, коммерциялык провайдерлер аларды скептицизм менен карашат.

Ошентсе да, корпоративдик гипер-шкалалоочулардын арасында алардын DC үчүн негизги чечим катары акысыз муздатуу тенденциясы бар. Бул технологиянын экономикалык натыйжалуулугун жана операциялык артыкчылыктарын моюнга алган компаниялардын саны өсүп жаткандыктан, биз жакынкы 10-20 жылда көбүрөөк корпоративдик муздаткыч маалымат борборлору пайда болот деп күтөбүз.