Evolucioni i ftohjes së qendrës së të dhënave: Nga metodat e bazuara në ajër te ftohja falas

Përkufizimi i problemit

Rritja e përshkallëzuar në infrastrukturën e qendrave të të dhënave dhe rritja e njëkohshme e përdorimit të pajisjeve të TI-së kanë çuar në një rritje të konsumit të energjisë elektrike.

Duke qenë se serverët, komponentë integralë të qendrave të të dhënave, konvertojnë energjinë elektrike në nxehtësi gjatë funksionimit, ne përballemi me problemin e përballjes me temperatura të larta dhe ambiente dhe pajisje të ftohta të qendrës së të dhënave.

Le të kujtojmë me shpejtësi bazat e fizikës shkollore: duke ndjekur parimet themelore të termodinamikës, energjia nuk zhduket, por transformohet. Kështu, nëse një qendër e të dhënave konsumon 1 MW energji elektrike - e gjithë kjo sasi energjie shndërrohet në një sasi ekuivalente nxehtësie. Rrjedhimisht, sa më shumë energji elektrike të konsumohet, aq më e madhe është sfida e menaxhimit të nxehtësisë që rezulton brenda qendrës së të dhënave.

Situata bëhet edhe më e ndërlikuar, pasi pajisjet e TI-së mund të kenë nivele të ndryshme të konsumit të energjisë, ndërkohë që kanë madhësi fizike të ndryshme. Për shembull, pajisjet me konsum të lartë energjie mund të kenë një madhësi të vogël, duke paraqitur probleme në ftohjen efikase të nxehtësisë së përqendruar. Nga ana tjetër, pajisjet më të mëdha të TI-së me një normë relativisht të moderuar të konsumit të energjisë elektrike janë më të lehta për t'u ftohur për shkak të sipërfaqes së saj më të madhe. Qendrat e të dhënave zakonisht strehojnë një përzierje të madhësive të pajisjeve dhe niveleve të konsumit, duke paraqitur sfidën e jo vetëm ftohjes së pajisjeve të ndryshme të TI-së, por edhe për ta bërë këtë me shpejtësi të ndryshme, të diktuar nga kërkesat e temperaturës të secilit lloj pajisjeje. Eshtë e panevojshme të thuhet, për të ftohur DC-në ne kemi nevojë për sasi të konsiderueshme të energjisë elektrike, e cila shton kostot operative.

Problemi i përdorimit efikas të energjisë në qendrat e të dhënave bëhet veçanërisht i mprehtë me rritjen globale të çmimeve të energjisë elektrike. Sipas raporti i Statista Çmimet botërore të energjisë elektrike u rritën në një maksimum të të gjitha kohërave midis 2021 dhe 2022. Kur kriza shëndetësore COVID-19 u qetësua në gjysmën e dytë të 2021, kërkesa për energji u rrit dhe çmimet e energjisë elektrike arritën rekordin e parë. Në fillim të vitit 2022 tregu i energjisë u shtrëngua sërish dhe kriza energjitike u intensifikua.

Konsumi i energjisë elektrike në qendrën e të dhënave po rritet pavarësisht nga rritja e efikasitetit të performancës.

Me fjalë të tjera, megjithëse performanca për vat po përmirësohet, kërkesa për burime rritet edhe më shpejt, kështu që konsumi i përgjithshëm rritet në mënyrë të pashmangshme si dhe kostot. Megjithatë, mund të arrihen kursime të konsiderueshme në kosto duke optimizuar sistemet e ftohjes. Kjo më bëri të dëshiroj të shikoja më thellë metodat efikase të ftohjes në përgjithësi dhe ftohjen falas në veçanti.

Vlerësimi i niveleve të konsumit të energjisë në qendrat e të dhënave zakonisht mbështetet në metrikën e Efikasitetit të Përdorimit të Energjisë (PUE). PUE mat efikasitetin e një qendre të dhënash duke vlerësuar konsumin total të energjisë kundrejt atij që përdoret ekskluzivisht për pajisjet e IT. Ne do të flasim për të më në detaje pak më vonë. Ajo që duhet të dimë tani është se një PUE më e ulët nënkupton një qendër të dhënash më efikase, duke treguar mbështetje të reduktuar në fuqinë jo-llogaritëse. Përballë infrastrukturës në rritje dhe rritjes së konsumit të energjisë elektrike, optimizimi i PUE-së me sisteme ftohjeje më efikase siguron kujdes financiar dhe operacione të qëndrueshme.

Në këtë artikull, ne do të shqyrtojmë metodat tradicionale dhe inovative të ftohjes dhe do të zbulojmë se cila prej tyre ofron efikasitet maksimal.

Përmbledhje e metodave të ftohjes

Ajri dhe jo ajri

Në një klasifikim të thjeshtuar, teknikat e ftohjes mund të ndahen në dy kategori kryesore: metoda të bazuara në ajër dhe jo me bazë ajri. Për të elaboruar, ftohja e ajrit përfshin qasjet konvencionale, ndërsa kategoria jo-ajër përfshin metoda të ndryshme që përdorin substanca si uji, vaji ose materialet e ngurta. Vlen të përmendet se shumica dërrmuese, që përbën 99%, të metodave të ftohjes bien nën ombrellën e ftohjes së ajrit.

Kondicionerët

Sistemet e ajrit të kondicionuar janë mjetet më të përhapura të ftohjes së ajrit në konfigurimet profesionale të qendrave të të dhënave. Parimi i tyre themelor pasqyron atë të kondicionerëve të banimit: ajri që rrjedh nëpër serverë qarkullon përmes një kondicioneri, ftohet përmes një grile radiatori dhe më pas riqarkullohet përsëri në serverë. Ky proces ciklik siguron një mekanizëm të vazhdueshëm ftohjeje.

Çiller

Pas kondicionerëve, ftohësit përfaqësojnë sistemin e dytë më të përhapur të ftohjes. Ndryshe nga kondicionerët, ftohësit përdorin ujë (ose një zgjidhje me bazë uji) për të transferuar nxehtësinë larg hapësirave që kërkojnë kontroll të klimës. Megjithëse ajri i kondicionuar është më i thjeshtë dhe përgjithësisht më i përballueshëm, kostot e tij më të larta të energjisë ndonjëherë mund të jenë një pengesë për bizneset. Nga ana tjetër, sistemet e ujit të ftohtë janë më efiçent ndaj energjisë, por kërkojnë më shumë komponentë dhe kompleksitet në instalimin dhe mirëmbajtjen e tyre.

Dhomat dhe Mats Adiabatike

Ftohja adiabatike përfshin përdorimin e dhomave ose dyshekëve ku uji derdhet dhe avullohet. Ndërsa uji avullohet, dhomat dhe dyshekët ftohen së bashku me ajrin brenda. Ndërsa ftohja adiabatike përfaqëson një opsion të tretë të zbatueshëm, ai konsiderohet disi ekzotik dhe nuk përdoret aq zakonisht në ftohjen e qendrës së të dhënave kur krahasohet me kondicionerët dhe ftohësit.

Ftohje me ujë

Në sistemet e ftohjes së ujit, uji ose lëngjet që përmbajnë ujë përdoren për shpërndarjen e nxehtësisë. Tubat e ujit vendosen në mënyrë strategjike në dhomat e serverëve, me secilin server të lidhur me dy tuba - një për daljen e ujit të nxehtë dhe tjetri për hyrjen e ujit të ftohtë. Radiatorët në CPU, GPU dhe në pajisje të tjera janë të lidhur drejtpërdrejt me këtë sistem furnizimi me ujë. Kjo qasje jo vetëm që ftoh pajisjet dhe ambientet e qendrës së të dhënave, por gjithashtu gjeneron një furnizim me ujë të ngrohtë për përdorime shtesë.

Shkëmbyesit e nxehtësisë

Kjo metodë rrit efikasitetin e ftohjes duke shfrytëzuar mjediset e jashtme të ftohta.

Kur një burim i ftohtë aty pranë, si një liqen, det ose tokë e ftohtë, është i disponueshëm, tubacionet e ujit mund të vendosen menjëherë në të për të transmetuar sasi të mëdha nxehtësie nga pajisjet e IT.

Ekzotikët

Ka edhe metoda jokonvencionale. Njëri prej tyre bazohet në elementët Peltier ose ftohës termoelektrikë (TEC). Kjo qasje mbështetet në efektet gjysmëpërçuese dhe përfshin furnizimin me energji elektrike në një pllakë të veçantë që nxehet në njërën anë dhe ftohet nga ana tjetër.

Një tjetër qasje avangarde është vendosja e qendrave të të dhënave nënujore. Në Projekti Natick i Microsoft , për shembull, një qendër të dhënash u zhyt 117 metra thellë në Ishujt Veriorë në pranverën e vitit 2018. Gjatë dy viteve të mëvonshme, ekipi kreu testime dhe monitorime rigoroze të serverëve të qendrës së të dhënave. U konfirmua se vendosja e një kontejneri të mbyllur në dyshemenë e oqeanit mund të rrisë besueshmërinë e përgjithshme të qendrës së të dhënave duke zbutur çështje si korrozioni, luhatjet e temperaturës dhe shqetësimet fizike që zakonisht ndodhin në tokë.

Ftohje falas

Kjo teknikë synon veçanërisht në maksimizimin e efikasitetit të ftohjes. Ftohja falas freskon ajrin brenda një qendre të dhënash pa u mbështetur në sistemet tradicionale të ftohjes. Përdor ajrin natyral të jashtëm ashtu siç është. Në mënyrë tipike, ajri i jashtëm i nënshtrohet vetëm kontrollit të lagështisë dhe më pas proceset termodinamike natyrore rregullojnë temperaturat brenda dhomave të të dhënave.

Kjo metodë ul ndjeshëm konsumin e energjisë (75% deri në 92% më pak në krahasim me sistemet e tjera CRAH), ul emetimet e dioksidit të karbonit dhe eliminon nevojën për ujë në sistemin e ftohjes.

Ftohja falas është një nga zgjedhjet më miqësore me mjedisin që kërkon më pak energji. Përveç kësaj, mund të ndihmojë në kursimin e kostove pasi 40% e energjisë së përdorur nga qendrat e të dhënave shkon në ftohje. Ky sistem përmirëson performancën e të gjitha pajisjeve me ftohje me ajër, edhe në kushte të vështira. Këtu është një paraqitje e thjeshtë vizuale e procesit të ftohjes së lirë:

Siç mund ta shihni, sistemi funksionon në një mënyrë shumë të drejtpërdrejtë, duke kanalizuar ajrin e jashtëm përmes filtrave, pajisjeve të IT dhe duke e nxjerrë atë. Ky reduktim i kompleksitetit, me vetëm tifozët si dobësi të mundshme, forcon besueshmërinë e përgjithshme të një DC në ftohjen e lirë.

Ndryshe nga sistemet me pajisje komplekse, mungesa e komponentëve të ndërlikuar gjithashtu redukton kostot fillestare të konfigurimit dhe shpenzimet e vazhdueshme të mirëmbajtjes. Pra, avantazhet financiare fillojnë që në fazën e ndërtimit, ku dizajni i thjeshtë i ftohjes falas përkthehet në kursime të prekshme.

Agonia e Zgjedhjes

Gjatë konferencave dhe takimeve, shpesh kam pyetje të shumta që rrotullohen rreth paradoksit: nëse ftohja falas është po aq e favorshme për sa i përket kursimit të kostos dhe thjeshtësisë, pse nuk është i miratuar në mënyrë universale në industri?

Kjo shtron pyetjen më të gjerë se pse, pavarësisht përfitimeve të tij, vetëm një numër i kufizuar kompanish kanë përqafuar ftohjen falas, ndërsa të tjerat vazhdojnë me metodat konvencionale. Përgjigja për këtë qëndron në një ekzaminim të shumëanshëm të dinamikës mbizotëruese të industrisë.

Diktatura e industrisë

Në industrinë e qendrave të të dhënave, ku besueshmëria është e një rëndësie parësore, adoptimi i zgjidhjeve inovative shpesh përballet me rezistencë. Unë ia atribuoj këtë, para së gjithash, natyrës konservatore të industrisë DC, ku vendimmarrësit u japin përparësi koncepteve të provuara mbi zgjidhjet novatore.

Ndërsa teknologjitë e reja si ftohja falas premtojnë kosto-efektivitet dhe efikasitet, përfaqësuesit e industrisë do të preferonin më tepër qasje tradicionale por të besueshme për të siguruar funksionimin pa probleme të serverëve.

Pengesat e marketingut

Një pikë tjetër këtu është se ofruesit komercialë DC, që përbëjnë rreth 80% të industrisë, mbështeten në certifikatat nga organe të pavarura si Instituti Uptime për të tregtuar besueshmërinë e tyre. Megjithatë, kjo paraqet një sfidë për zgjidhjet e ftohjes falas, pasi nuk ka ende një certifikim të vendosur për to. Kjo situatë i bën ofruesit komercialë t'i rezistojnë metodave alternative të ftohjes, duke përmendur pasiguritë rreth besueshmërisë së tyre dhe mungesën e një precedenti certifikimi.

Shqetësimet e ngrohjes globale

Kritikët shpesh ngrenë shqetësime për ndikimin e ngrohjes globale në qëndrueshmërinë e ftohjes së lirë. Megjithatë, argumenti hidhet poshtë duke njohur natyrën graduale të ngrohjes globale, me një rritje të përafërt prej 1.5 gradë gjatë një dekade. Ky ndryshim modest i temperaturës nuk ka gjasa të rrezikojë stabilitetin e zgjidhjeve të ftohjes së lirë në një afat të afërt.

Argumenti "Për çdo rast".

Një praktikë më e zakonshme për kompanitë që zgjedhin një metodë ftohjeje DC është përfshirja e njësive rezervë të ajrit të kondicionuar si masë paraprake përveç ftohjes falas. Ky argument "për çdo rast" minon konceptin thelbësor të ftohjes së lirë, duke futur kompleksitet të panevojshëm dhe duke kompromentuar efikasitetin financiar dhe operacional.

Edhe për një kondicioner të vogël, lind nevoja për të siguruar komponentë të ndryshëm si freon, tela, lëngje, sisteme dhe kontrolle. Në vend që të përqafojë idenë për të patur një kondicioner rezervë, industria duhet të fokusohet në përshtatjen e sistemit të saj të ftohjes falas në një gamë të gjerë kushtesh pa u mbështetur në shpresa të rreme.

Rreziqet dhe konsideratat reale

Kur mendoni për një zgjidhje ftohjeje falas, disa rreziqe dhe konsiderata të prekshme kërkojnë vëmendje. Një konsideratë kryesore është rajoni gjeografik, pasi vendosja e ftohjes falas në një rajon si Emiratet Arabe mund të mos justifikohet.

Aksesueshmëria është një aspekt tjetër që duhet mbajtur parasysh. Rajoni i përzgjedhur duhet të ketë infrastrukturën e nevojshme dhe të jetë lehtësisht i arritshëm nga personeli i specializuar i ngarkuar me mirëmbajtjen e qendrës së të dhënave. Lidhshmëria, duke përfshirë disponueshmërinë e linjave optike, është gjithashtu e rëndësishme. Për shembull, krijimi i një qendre të dhënash me ftohje të lirë përtej Rrethit Arktik bëhet jopraktik për shkak të mungesës së linjave të komunikimit dhe sfidës së mbajtjes së një fuqie punëtore të kualifikuar.

Përtej këtyre konsideratave logjistike, kufizimet e vetme për ftohjen e lirë kanë të bëjnë me temperaturën maksimale të rajonit (rreth 38-40 gradë) dhe cilësinë e ajrit. Zonat me ndotje të tepërt, si ato pranë autostradave të ngarkuara ose aktiviteteve intensive bujqësore, mund të përbëjnë probleme. Ndërsa nuk ka asnjë ndalim të plotë, filtrat në vende të tilla do të kenë nevojë për zëvendësim të shpeshtë. Ndryshe nga qendrat konvencionale të të dhënave me ajër të kondicionuar që qarkullojnë ajrin e brendshëm, qendrat me ftohje të lirë tërheqin ajrin e jashtëm, duke kërkuar mirëmbajtje më të kujdesshme të filtrit. Parametrat e tjerë të vendndodhjes përputhen me ato të zbatueshme për qendrat tradicionale të të dhënave.

Pionierët dhe tendencat e së ardhmes

Pavarësisht natyrës konservatore të industrisë, disa kompani korporative që mendojnë përpara vlerësojnë përfitimet e prekshme të alternativave. Duke llogaritur efektivitetin e kostos së ftohjes falas përmes analizës numerike, ata kuptojnë kursimet e mundshme të kostos që ofron.

Disa kompani të shquara, si Facebook (tani Meta), Google, Amazon, Yandex dhe Wildberries, janë pionierë në adoptimin e teknologjisë së ftohjes falas. Statusi i tyre i parë rrjedh nga gatishmëria e tyre për të vlerësuar rreziqet dhe për të njohur avantazhet financiare të qenësishme në këtë teknologji. Zgjedhja për këto kompani ishte e qartë - ose shkoni për skema konvencionale dhe bëni kosto më të larta ose merrni rreziqet dhe përfitimet për t'u bërë pionierë në ftohjen e qendrave të të dhënave.

Peizazhi në zhvillim i industrisë tregon një prirje në rritje midis hiper-shkallëzuesve të korporatave drejt zbatimit të zgjidhjeve të ftohjes falas. Ndërsa më shumë kompani njohin efektivitetin e kostos dhe avantazhet operacionale të kësaj teknologjie, parashikohet që në të ardhmen të shfaqet një numër në rritje i qendrave të të dhënave ftohëse pa korporata.

Nëse jeni të interesuar të mësoni më shumë rreth fizikës së ftohjes së lirë, eksploroni temën në artikullin tim të ri Ftohja falas: Zhytje e thellë e teknologjisë.