समस्या परिभाषा
डाटा सेन्टर पूर्वाधारमा बढ्दो वृद्धि र आईटी उपकरणको उपयोगमा समवर्ती वृद्धिले बिजुली खपतमा बृद्धि भएको छ।
सर्भरहरू, डाटा सेन्टरका अभिन्न अंगहरूले सञ्चालन गर्दा बिजुलीलाई तातोमा रूपान्तरण गर्ने भएकाले, हामीले उच्च तापक्रम र शीतल डाटा केन्द्र परिसर र उपकरणहरूसँग व्यवहार गर्ने समस्याको सामना गर्छौं।
स्कूल फिजिक्सका आधारभूत कुराहरूलाई द्रुत रूपमा सम्झौं: थर्मोडायनामिक्सका आधारभूत सिद्धान्तहरू पछ्याउँदै, ऊर्जा हराउँदैन तर रूपान्तरण हुन्छ। यसरी, यदि डाटा सेन्टरले १ मेगावाट बिजुली खपत गर्छ भने - यो सम्पूर्ण ऊर्जा क्वान्टम गर्मीको बराबर मात्रामा रूपान्तरण हुन्छ। फलस्वरूप, जति धेरै बिजुली खपत हुन्छ, डाटा सेन्टर भित्रको तातो व्यवस्थापन गर्ने चुनौती त्यति नै बढी हुन्छ।
स्थिति अझ जटिल हुन्छ, किनकि आईटी उपकरणहरूमा भिन्न भौतिक आकारहरू हुँदा ऊर्जा खपत स्तरहरू फरक हुन सक्छन्। उदाहरणका लागि, उच्च ऊर्जा खपत भएका उपकरणहरूको आकार सानो हुन सक्छ, जसले केन्द्रित तापलाई कुशलतापूर्वक चिसो पार्नमा समस्याहरू खडा गर्छ। अर्कोतर्फ, अपेक्षाकृत मध्यम बिजुली खपत दरको साथ ठूला आईटी उपकरणहरू यसको ठूलो सतह क्षेत्रको कारण चिसो गर्न सजिलो छ। डाटा सेन्टरहरूमा सामान्यतया उपकरणको आकार र उपभोग स्तरहरूको मिश्रण हुन्छ, यसले विभिन्न IT उपकरणहरूलाई चिसो पार्ने चुनौती मात्र प्रस्तुत गर्दैन, तर प्रत्येक उपकरणको प्रकारको तापक्रम आवश्यकताहरूद्वारा निर्देशित विभिन्न गतिमा पनि गर्ने। भन्नु पर्दैन, DC लाई चिसो पार्न हामीलाई पर्याप्त मात्रामा बिजुली चाहिन्छ, जसले परिचालन लागतमा थप्छ।
डाटा केन्द्रहरूमा कुशल शक्ति प्रयोगको समस्या बिजुलीको मूल्यमा विश्वव्यापी वृद्धिको साथ विशेष गरी तीव्र हुन्छ। अनुसार
कार्यसम्पादन दक्षता बढे पनि डाटा सेन्टरको विद्युत खपत बढ्दै गएको छ ।
अन्य शब्दहरूमा, यद्यपि प्रति वाट प्रदर्शन सुधार हुँदैछ, स्रोतहरूको माग अझ छिटो बढ्छ, त्यसैले समग्र खपत अनिवार्य रूपमा बढ्छ साथै लागतहरू। यद्यपि, शीतलन प्रणालीहरू अनुकूलन गरेर पर्याप्त लागत बचत हासिल गर्न सकिन्छ। यसले मलाई सामान्य रूपमा कुशल शीतलन विधिहरू र विशेष रूपमा नि: शुल्क कूलिंगमा गहिरो हेरचाह गर्न चाहान्छ।
डेटा केन्द्रहरूमा ऊर्जा खपत स्तरहरूको मूल्याङ्कन सामान्यतया पावर उपयोग प्रभावकारिता (PUE) मेट्रिकमा निर्भर हुन्छ। PUE ले IT उपकरणहरूको लागि विशेष रूपमा प्रयोग हुने कुल ऊर्जा खपतको मूल्याङ्कन गरेर डेटा केन्द्रको दक्षता नाप्छ। हामी यसको बारेमा थप विस्तारमा केहि पछि कुरा गर्नेछौं। हामीले अब के जान्न आवश्यक छ कि कम PUE ले अधिक कुशल डेटा केन्द्रलाई जनाउँछ, गैर-कम्प्युटिङ पावरमा कम निर्भरतालाई संकेत गर्दछ। बढ्दो पूर्वाधार र बढ्दो बिजुली खपतको अनुहारमा, अधिक कुशल शीतलन प्रणालीहरूको साथ PUE लाई अनुकूलनले वित्तीय विवेक र दिगो सञ्चालनहरू प्रदान गर्दछ।
यस लेखमा, हामी परम्परागत र नवीन शीतलन विधिहरू अन्वेषण गर्नेछौं र ती मध्ये कुनले अधिकतम दक्षता प्रदान गर्दछ पत्ता लगाउनेछौं।
शीतलन विधिहरूको अवलोकन
हावा र गैर हावा
एक सरल वर्गीकरणमा, शीतलन प्रविधिहरूलाई दुई प्राथमिक कोटीहरूमा चित्रण गर्न सकिन्छ: वायु-आधारित र गैर-हावा-आधारित विधिहरू। विस्तृत रूपमा, एयर कूलिंगले परम्परागत दृष्टिकोणहरू समावेश गर्दछ, जबकि गैर-हवा वर्गमा पानी, तेल, वा ठोस पदार्थहरू जस्ता पदार्थहरू प्रयोग गर्ने विविध विधिहरू समावेश हुन्छन्। यो उल्लेखनीय छ कि अत्यधिक बहुमत, 99% को गठन, शीतलन विधिहरू एयर कूलिंग छाता अन्तर्गत पर्दछन्।
एयर कन्डिसनरहरू
वातानुकूलित प्रणालीहरू व्यावसायिक डेटा केन्द्र सेटअपहरूमा एयर कूलिंगको सबैभन्दा प्रचलित माध्यम हुन्। तिनीहरूको आधारभूत सिद्धान्तले आवासीय एयर कन्डिसनरहरूको दर्पण गर्दछ: सर्भरहरूबाट बग्ने हावालाई एयर कन्डिसनर मार्फत परिचालित गरिन्छ, रेडिएटर ग्रिल मार्फत चिसो गरिन्छ, र त्यसपछि सर्भरहरूमा पुन: परिक्रमा गरिन्छ। यो चक्रीय प्रक्रियाले निरन्तर शीतलन तंत्र सुनिश्चित गर्दछ।
चिलरहरू
एयर कन्डिसनरहरू पछि, चिलरहरूले दोस्रो सबैभन्दा व्यापक रूपमा अपनाइने शीतलन प्रणालीलाई प्रतिनिधित्व गर्दछ। एयर कन्डिसनरहरू भन्दा फरक, चिलरहरूले पानी (वा पानीमा आधारित समाधान) प्रयोग गर्छन् जुन जलवायु नियन्त्रण आवश्यक ठाउँहरूबाट तातो स्थानान्तरण गर्दछ। यद्यपि वातानुकूलित सरल र सामान्यतया अधिक किफायती छ, यसको उच्च ऊर्जा लागत कहिलेकाहीँ व्यवसायहरूको लागि अवरोध हुन सक्छ। अर्कोतर्फ, चिसो पानी प्रणालीहरू अधिक ऊर्जा-कुशल हुन्छन्, तर तिनीहरूको स्थापना र मर्मतसम्भारमा थप कम्पोनेन्टहरू र जटिलताहरू चाहिन्छ।
Adiabatic चेम्बर र मैट
Adiabatic कूलिङमा चेम्बर वा म्याटको प्रयोग समावेश छ जहाँ पानी खन्याइन्छ र वाष्पीकरण गरिन्छ। पानी वाष्पीकरण भएपछि, भित्रको हावासँगै चेम्बर र म्याटहरू चिसो हुन्छन्। जबकि adiabatic कूलिंगले तेस्रो व्यवहार्य विकल्पलाई प्रतिनिधित्व गर्दछ, यसलाई केहि हदसम्म विदेशी मानिन्छ र वातानुकूलित र चिलरहरूको तुलनामा डाटा सेन्टर कूलिंगमा सामान्यतया प्रयोग गरिँदैन।
पानी कूलिंग
पानीको शीतलन प्रणालीमा, पानी वा पानी युक्त तरल पदार्थहरू तातो अपव्ययको लागि प्रयोग गरिन्छ। पानीका पाइपहरू रणनीतिक रूपमा सर्भर कोठाहरूमा राखिन्छन्, प्रत्येक सर्भरलाई दुईवटा पाइपहरूसँग जोडिएको हुन्छ — एउटा तातो पानीको बहावको लागि र अर्को चिसो पानीको प्रवाहको लागि। CPUs, GPUs, र अन्य उपकरणहरूमा रेडिएटरहरू यस पानी आपूर्ति प्रणालीमा सिधै जोडिएका छन्। यो दृष्टिकोणले डाटा सेन्टर उपकरण र परिसरलाई मात्र चिसो बनाउँदैन तर थप प्रयोगहरूको लागि न्यानो पानीको आपूर्ति पनि उत्पन्न गर्दछ।
गर्मी एक्सचेंजर्स
यो विधिले बाहिरी चिसो वातावरणको लाभ उठाएर शीतलन दक्षता बढाउँछ।
जब नजिकैको चिसो स्रोत, जस्तै ताल, समुद्र, वा चिसो जमिन उपलब्ध हुन्छ, IT उपकरणबाट ठूलो मात्रामा तातो प्रसारण गर्न पानीको पाइपहरू त्यसमा तैनाथ गर्न सकिन्छ।
एक्सोटिक्स
त्यहाँ अपरंपरागत विधिहरू पनि छन्। ती मध्ये एक पेल्टियर तत्व वा थर्मोइलेक्ट्रिक कूलर (TECs) मा आधारित छ। यो दृष्टिकोण अर्धचालक प्रभावहरूमा निर्भर गर्दछ र एक विशेष प्लेटमा बिजुली आपूर्ति समावेश गर्दछ जुन एक तर्फ तताइएको छ र अर्कोमा चिसो छ।
अर्को avant-garde दृष्टिकोण पानीमुनि डाटा केन्द्रहरूको तैनाती हो। मा
फ्री कूलिंग
यो प्रविधि विशेष गरी कूलिंग दक्षता अधिकतम बनाउनको लागि हो। नि:शुल्क कूलिङले परम्परागत कूलिङ प्रणालीहरूमा भर नपरिकन डाटा सेन्टर भित्रको हावालाई ताजा बनाउँछ। यसले प्राकृतिक बाहिरी हावा जस्तै प्रयोग गर्दछ। सामान्यतया बाहिरको हावा केवल आर्द्रता नियन्त्रणको अधीनमा हुन्छ र त्यसपछि प्राकृतिक थर्मोडायनामिक प्रक्रियाहरूले डेटा कोठा भित्रको तापक्रमलाई नियमन गर्दछ।
यो विधिले उर्जा खपतलाई उल्लेखनीय रूपमा घटाउँछ (अन्य CRAH प्रणालीहरूको तुलनामा ७५% देखि ९२% कम), कार्बन डाइअक्साइड उत्सर्जन कम गर्छ, र शीतलन प्रणालीमा पानीको आवश्यकतालाई हटाउँछ।
नि: शुल्क कूलिङ सबैभन्दा पर्यावरण-मैत्री विकल्पहरू मध्ये एक हो जसलाई कम ऊर्जा चाहिन्छ। यसबाहेक, यसले लागत बचत गर्न मद्दत गर्न सक्छ किनभने डेटा केन्द्रहरूले प्रयोग गर्ने शक्तिको 40% कूलिङमा जान्छ। यो प्रणालीले सबै एयर-कूल्ड उपकरणहरूको प्रदर्शनलाई बढाउँछ, कठिन परिस्थितिहरूमा पनि। यहाँ फ्री-कूलिङ प्रक्रियाको सरल दृश्य प्रतिनिधित्व छ:
तपाईले देख्न सक्नुहुने प्रणालीले धेरै सीधा तरिकाले काम गर्दछ, फिल्टरहरू, IT उपकरणहरू मार्फत बाहिर हावा च्यानल गर्दै, र यसलाई निष्कासित गर्दै। जटिलतामा भएको यो कमी, सम्भावित कमजोरीहरूका रूपमा प्रशंसकहरू मात्र भएकाले, नि:शुल्क कूलिङमा DC को समग्र विश्वसनीयतालाई बलियो बनाउँछ।
जटिल उपकरणहरू भएका प्रणालीहरूको विपरीत, जटिल कम्पोनेन्टहरूको अनुपस्थितिले दुवै प्रारम्भिक सेटअप लागतहरू र चलिरहेको मर्मत खर्चहरू घटाउँछ। त्यसैले वित्तीय फाइदाहरू निर्माण चरणमा नै सुरु हुन्छन्, जहाँ नि:शुल्क कूलिङको सुव्यवस्थित डिजाइनले मूर्त बचतमा अनुवाद गर्छ।
छनोटको पीडा
सम्मेलन र बैठकहरूमा, म प्रायः विरोधाभासको वरिपरि घुम्ने असंख्य प्रश्नहरू पाउँछु: यदि नि: शुल्क शीतलन लागत बचत र सरलताको हिसाबले फाइदाजनक छ भने, यो उद्योगमा किन विश्वव्यापी रूपमा अपनाइँदैन?
यसले किन यसका फाइदाहरूको बाबजुद पनि सीमित संख्यामा कम्पनीहरूले नि:शुल्क कूलिङलाई अँगालेका छन्, जबकि अरूले परम्परागत विधिहरू अपनाएर बसेका छन् भन्ने व्यापक प्रश्नलाई उत्प्रेरित गर्छ। यसको उत्तर प्रचलित उद्योग गतिशीलताको बहुआयामिक परीक्षामा निहित छ।
उद्योग तानाशाही
डाटा सेन्टर उद्योगमा, जहाँ विश्वसनीयता प्राथमिक महत्वको हुन्छ, नवीन समाधानहरूको अपनाउँदा अक्सर प्रतिरोधको सामना गर्नुपरेको हुन्छ। म यसको श्रेय, सबैभन्दा पहिले, DC उद्योगको रूढ़िवादी प्रकृतिलाई दिन्छु, जहाँ निर्णयकर्ताहरूले अभिनव समाधानहरू भन्दा सिद्ध अवधारणाहरूलाई प्राथमिकता दिन्छन्।
जबकि नयाँ प्रविधिहरू जस्तै नि: शुल्क शीतलन लागत-प्रभावकारिता र दक्षता वाचा, उद्योग प्रतिनिधिहरूले सर्भरहरूको निर्बाध सञ्चालन सुनिश्चित गर्न परम्परागत तर भरपर्दो दृष्टिकोणलाई प्राथमिकता दिन्छन्।
मार्केटिङ बाधाहरू
यहाँ अर्को बिन्दु यो हो कि वाणिज्य डीसी प्रदायकहरू, उद्योगको लगभग 80% गठन, स्वतन्त्र निकायहरू जस्तै प्रमाणीकरणहरूमा भर पर्छन्।
ग्लोबल वार्मिंग चिन्ता
आलोचकहरूले प्राय: नि: शुल्क शीतलनको व्यवहार्यतामा ग्लोबल वार्मिङको प्रभावको बारेमा चिन्ता व्यक्त गर्छन्। यद्यपि, एक दशकमा 1.5 डिग्रीको अनुमानित बृद्धिको साथ, ग्लोबल वार्मिंगको क्रमिक प्रकृतिलाई मान्यता दिएर तर्कलाई खारेज गरिएको छ। यस मामूली तापमान परिवर्तनले निकट अवधिमा नि: शुल्क शीतलन समाधानहरूको स्थिरतामा सम्झौता गर्ने सम्भावना छैन।
"केसमा मात्र" तर्क
DC कूलिङ विधि छनोट गर्ने कम्पनीहरूका लागि एउटा थप सामान्य अभ्यास भनेको नि:शुल्क कूलिङको अतिरिक्त सावधानीका रूपमा ब्याकअप वातानुकूलित एकाइहरू समावेश गर्नु हो। यो "केसमा मात्र" तर्कले नि: शुल्क कूलिंगको मूल अवधारणालाई कमजोर बनाउँछ, अनावश्यक जटिलताको परिचय दिन्छ र वित्तीय र परिचालन दक्षतामा सम्झौता गर्दछ।
सानो एयर कन्डिसनरको लागि पनि, फ्रीन, तार, तरल पदार्थ, प्रणाली र नियन्त्रणहरू जस्ता विभिन्न कम्पोनेन्टहरू उपलब्ध गराउन आवश्यक हुन्छ। ब्याकअप एयर कन्डिसनर राख्ने विचारलाई अंगाल्नुको सट्टा, उद्योगले झूटा आशाहरूमा भर नपरिकन आफ्नो नि:शुल्क शीतलन प्रणालीलाई विभिन्न अवस्थाहरूमा अनुकूलन गर्नमा ध्यान केन्द्रित गर्नुपर्छ।
वास्तविक जोखिम र विचारहरू
नि:शुल्क शीतलन समाधानको बारेमा विचार गर्दा, केही मूर्त जोखिम र विचारहरूले ध्यानको माग गर्दछ। एउटा प्राथमिक विचार भनेको भौगोलिक क्षेत्र हो, किनकि अरब इमिरेट्स जस्तो क्षेत्रमा नि:शुल्क शीतलता प्रयोग गर्नु उचित नहुन सक्छ।
पहुँच मनमा राख्नु अर्को पक्ष हो। चयन गरिएको क्षेत्रसँग आवश्यक पूर्वाधार हुनुपर्दछ र डाटा सेन्टर मर्मतसम्भारको काममा खटिएका विशेष कर्मचारीहरूद्वारा सजिलै पहुँचयोग्य हुनुपर्दछ। जडान, अप्टिकल लाइनहरूको उपलब्धता सहित, पनि महत्त्वपूर्ण छ। उदाहरणका लागि, आर्कटिक सर्कलभन्दा बाहिर फ्री-कूलिङ डाटा सेन्टर स्थापना गर्नु संचार लाइनहरूको अभाव र दक्ष जनशक्ति कायम गर्ने चुनौतीका कारण अव्यावहारिक हुन्छ।
यी तार्किक विचारहरू बाहेक, नि: शुल्क चिसोको लागि मात्र प्रतिबन्ध क्षेत्रको अधिकतम तापक्रम (एप। 38-40 डिग्री) र हावाको गुणस्तरसँग सम्बन्धित छ। अत्यधिक प्रदूषण भएका क्षेत्रहरू, जस्तै व्यस्त राजमार्गहरू वा तीव्र कृषि गतिविधिहरू, समस्याहरू उत्पन्न गर्न सक्छन्। जब त्यहाँ कुनै पूर्ण निषेध छैन, त्यस्ता स्थानहरूमा फिल्टरहरू बारम्बार प्रतिस्थापन आवश्यक हुनेछ। परम्परागत वातानुकूलित डेटा केन्द्रहरूको विपरीत जुन आन्तरिक हावा परिक्रमा गर्दछ, फ्रि-कूलिंग केन्द्रहरूले बाहिरी हावामा तान्छन्, थप लगनशील फिल्टर मर्मतको माग गर्दछ। अन्य स्थान प्यारामिटरहरू परम्परागत डेटा केन्द्रहरूमा लागू हुनेहरूसँग पङ्क्तिबद्ध हुन्छन्।
अग्रगामी र भविष्य प्रवृत्ति
उद्योगको रूढ़िवादी प्रकृतिको बावजुद, केही अग्रगामी-सोच गर्ने कर्पोरेट कम्पनीहरूले विकल्पहरूको मूर्त लाभहरूको मूल्याङ्कन गर्छन्। संख्यात्मक विश्लेषण मार्फत नि:शुल्क शीतलनको लागत-प्रभावकारिता गणना गर्दै, तिनीहरूले यसले प्रस्ताव गर्ने सम्भावित लागत बचतहरू महसुस गर्छन्।
फेसबुक (अहिले मेटा), गुगल, अमेजन, यान्डेक्स र वाइल्डबेरीजस्ता धेरै प्रख्यात कम्पनीहरू नि:शुल्क शीतलन प्रविधि अपनाउन अग्रगामी छन्। तिनीहरूको ट्रेलब्लाजिङ स्थिति तिनीहरूको जोखिम मूल्याङ्कन गर्न र यस प्रविधिमा निहित वित्तीय फाइदाहरू पहिचान गर्न इच्छुकताबाट उत्पन्न हुन्छ। यी कम्पनीहरूको छनोट स्पष्ट थियो - या त परम्परागत योजनाहरूमा जानुहोस् र उच्च लागतहरू लिनुहोस् वा डाटा सेन्टर कूलिंगमा अग्रगामी बन्ने जोखिम र फाइदाहरू लिनुहोस्।
उद्योगको विकसित परिदृश्यले कर्पोरेट हाइपर-स्केलरहरू बीच नि:शुल्क शीतलन समाधानहरू लागू गर्ने प्रवृत्तिलाई सङ्केत गर्छ। धेरै कम्पनीहरूले यस प्रविधिको लागत-प्रभावकारिता र परिचालन लाभहरू पहिचान गरेपछि, यो अनुमान गरिएको छ कि कर्पोरेट-मुक्त कूलिङ डेटा केन्द्रहरूको बढ्दो संख्या भविष्यमा देखा पर्नेछ।
यदि तपाईं नि: शुल्क कूलिंगको भौतिक विज्ञानको बारेमा थप जान्न इच्छुक हुनुहुन्छ भने, मेरो नयाँ लेख फ्री कूलिंग: टेक्नोलोजी डीप डाइभमा विषयको अन्वेषण गर्नुहोस्।
