Kuboresha Ufanisi wa Kituo cha Data: Kuzama kwa Kina katika Mbinu za Kupoa Huru

Katika makala iliyotangulia , tulijadili upanuzi wa haraka wa miundombinu ya kituo cha data na ongezeko la matumizi ya umeme lililosababisha. Seva hubadilisha umeme kuwa joto wakati wa operesheni, kudhibiti halijoto ya juu na kupoeza vifaa na vifaa vya kituo cha data huwa shida nambari 1. kwa timu za DC.

Ingawa mbinu za jadi za kupoeza, ikiwa ni pamoja na viyoyozi na viyoyozi hupoza majengo na seva za kituo cha data, gharama zake bado ni tatizo kubwa. Upozaji wa bure kinyume na mbinu za kitamaduni hauhitaji uwekezaji mkubwa lakini hutoa kiwango sawa cha ufanisi na kutegemewa. Katika makala hii, nitafanya maelezo ya kina ya teknolojia ya baridi ya bure, nikionyesha faida zake, mapungufu, na mahitaji ya utekelezaji wa mafanikio.

Fizikia ya Kupoeza Bure

Ili kuelewa fizikia ya upoaji bila malipo, tutahitaji kutazama upya fomula ya nishati ya joto:

Q = mcΔT

Hapa, 'Q' inawakilisha kiasi cha joto kinachopatikana au kupotea, 'm' inawakilisha wingi wa sampuli (kwa upande wetu, wingi wa hewa katika kituo cha data), 'c' inaashiria uwezo maalum wa joto wa hewa, na ΔT inaashiria tofauti ya halijoto.

Katika kituo cha data, chanzo kikuu cha joto ni CPU. Kwa kawaida, kuna CPU 2 hadi 4, kila moja inafanya kazi kwa takriban wati 200. Kama ilivyojadiliwa hapo awali, nishati yote ya umeme inayotumiwa na CPU inabadilishwa kuwa joto. Kwa hivyo, kwa CPU 2, kwa mfano, tunatoa wati 400 za joto ambazo zinahitaji kufutwa. Sasa lengo letu ni kuamua kiasi cha hewa kinachohitajika kwa kusudi hili.

Kigezo cha ΔT, au tofauti ya halijoto, inaonyesha kuwa kadri halijoto ya hewa ya nje inavyopungua, ndivyo wingi wa hewa unavyohitajika ili kupoza CPU. Kwa mfano, ikiwa halijoto ya hewa inayoingia ni 0°C na halijoto ya pato ni 35°C, ΔT itakuwa 35 tu, kuashiria mahitaji ya chini zaidi kwa wingi wa hewa. Hata hivyo, wakati wa msimu wa kiangazi, baridi huwa ngumu zaidi kutokana na kupanda kwa halijoto iliyoko. Kadiri halijoto ya nje inavyoongezeka, ndivyo kiwango kikubwa cha hewa kitahitajika kwa kupozea seva.

Mapungufu ya Halijoto ya Seva na Vipengele vya Mtandao

Ingawa upoaji bila malipo unaweza kuwa mzuri kwa hali ya hewa ya wastani na baridi, bado ina vikwazo kutokana na vikwazo vya halijoto kwenye vipengele vya seva. Vipengele muhimu katika IT na vifaa vya mtandao, kama vile vichakataji, RAM, HDD, SSD, na viendeshi vya NVMe, vina mahitaji ya joto ya uendeshaji:

• Vichakataji: Kiwango cha juu cha 89°C
• RAM: Kiwango cha juu cha 75°C
• HDD: upeo wa 50°C
• SSD na viendeshi vya NVMe: upeo wa 47-48°C

Vikwazo hivi huathiri moja kwa moja ufaafu wa halijoto ya hewa ya nje kwa ajili ya kupoeza. Upoezaji bila malipo haungeweza kutumika katika maeneo ambayo halijoto ya nje huzidi vizingiti hivi au hata kukaribia, kwani inaweza kuharibu mfumo kutokana na joto kupita kiasi. Mapungufu ya Kikanda

Kama tulivyokwishaeleza, halijoto ya nje lazima ibaki chini mara kwa mara kuliko kiwango cha juu cha halijoto cha kufanya kazi cha kifaa cha IT ili upoaji bila malipo ufanye kazi vizuri. Hili linahitaji kuzingatiwa kwa uangalifu kwa hali ya hewa ya eneo la DC. Mashirika lazima yachanganue utabiri wa hali ya hewa wa muda mrefu ili kuhakikisha kuwa halijoto haizidi viwango vinavyohitajika, hata kwa siku au saa mahususi. Zaidi ya hayo, kwa kuzingatia maisha marefu ya vituo vya data (kawaida miaka 10-15), athari za ongezeko la joto duniani zinapaswa pia kujumuishwa katika maamuzi ya eneo.

Mahitaji ya Usanifu wa Nodi ya Seva

Katika muktadha wa fizikia, kufikia ubaridi unaofaa katika seva hutegemea kuhakikisha mtiririko wa kutosha wa hewa kupitia mfumo. Usanifu wa seva una jukumu muhimu katika mchakato huu.

Kinyume chake, seva zisizo na vipengele vya muundo vinavyofaa, kama vile vitobo au nafasi, zinaweza kuzuia mtiririko wa hewa, na hivyo kuathiri ufanisi wa jumla wa utaratibu wa kupoeza bila malipo.

Udhibiti wa unyevu

Kiwango cha unyevu ni jambo lingine la kuzingatia linapokuja suala la kupoeza bila malipo. Tunapokosa udhibiti wa hali ya unyevu wa nje maswali mawili muhimu hutokea: kwanza, kushughulikia viwango vya unyevu vinavyokaribia au kuzidi 100% ndani ya kituo cha data (DC); pili, kushughulikia hali za unyevunyevu wa chini sana wa hewa, kama vile siku ya baridi ya Februari na joto la nje la -30 ° C na unyevu wa kiasi kutoka 2% hadi 5%. Hebu tuchunguze hali hizi kwa utaratibu.

Katika hali ya unyevu wa juu, kuna wasiwasi wa kawaida kuhusu uwezekano wa tukio la condensation na athari zake mbaya juu ya utendaji wa vifaa. Kinyume na wasiwasi huu, ndani ya maeneo ya baridi ya DC, ambapo mchakato wa baridi hutokea, condensation imezuiwa. Hii ni kutokana na kanuni kwamba condensation hutokea wakati hewa ya joto, yenye unyevu inapogusana na nyuso za baridi. Hata hivyo, ndani ya mfumo wa baridi wa bure wa DC, hakuna kipengele ni baridi zaidi kuliko hewa inayozunguka. Kwa hivyo, ufupishaji unazuiwa kiasili, hivyo basi kuondoa hitaji la hatua madhubuti.

Kinyume chake, wakati wa kushughulika na unyevu wa chini, wasiwasi hubadilika kuelekea kizazi cha umeme wa tuli, na kusababisha tishio kwa utulivu wa vifaa. Suala hili halihusiani na ufupishaji lakini linahitaji utatuzi mahususi. Kupunguza kunahusisha taratibu za kutuliza na matumizi ya mipako maalum ya sakafu. Hatua hizi zinalingana na mbinu zilizowekwa za kulinda vifaa vya ndani dhidi ya umeme tuli. Kwa kutuliza vipengele vya ujenzi, racks, na vifaa vya IT, malipo ya tuli hutolewa bila madhara chini, kuhifadhi uadilifu wa vifaa.

Katika hali ya hewa ya asili, matukio ya unyevu wa juu sana au wa chini ni mara chache. Vighairi vinavyojulikana ni pamoja na matukio nadra kama vile mvua ya radi kupata unyevu wa 100% mwezi wa Julai au barafu kali na kusababisha unyevu wa chini sana. Hata hivyo, kwa muda mwingi viwango vya unyevu hubakia vizuri ndani ya safu zinazokubalika ambazo hazina madhara yoyote kwa vifaa, hata kwa kukosekana kwa uingiliaji wa kazi.

Kiasi cha Hewa na Kasi

Kama tulivyokwishajadili, ili kuwezesha kupoeza kwa ufanisi tunahitaji kiasi kikubwa cha hewa ya nje. Wakati huo huo, mahitaji yanayoonekana kupingana yanajitokeza - kudumisha mtiririko wa chini wa hewa ndani ya jengo. Kitendawili hiki kinachoonekana kinatokana na changamoto zinazoletwa na mikondo ya hewa ya kasi kubwa inayozunguka ndani.

Ili kurahisisha, fikiria kasi ya juu ya anga kama mkondo thabiti kutoka kwa bomba, na kuunda mizunguko na misukosuko kuzunguka vifaa vya TEHAMA. Msukosuko huu unaweza kusababisha miondoko ya hewa isiyo ya kawaida na upashaji joto wa ndani. Ili kushughulikia hili, tunalenga kimkakati kwa jumla ya kasi ya chini ya anga ya mita 1-2 kwa sekunde katika nafasi nzima.

Kudumisha kasi hii ya anga inayodhibitiwa huturuhusu kuondoa misukosuko. Kasi ya juu inaweza kuhatarisha makosa katika harakati za hewa. Kwa kuambatana na mita 1-2 kwa kila safu ya pili, tunakuza mtiririko wa hewa laini, sawa, kuzuia kuongezeka kwa joto ndani. Usawa huu maridadi huhakikisha kupoezwa kikamilifu kwa vifaa vya TEHAMA kwa kuzuia mitego inayohusishwa na mikondo ya hewa ya kasi ya juu.

Kama inavyoonekana, mbinu ya kupoeza bila malipo inahusu matumizi bora ya hewa ya nje huku ikiweka kipaumbele kwa kasi ya chini ya ndani inayodhibitiwa. Mkakati huu wa makusudi husaidia kudumisha mtiririko wa hewa wa laminar na sare, kuhakikisha ufanisi wa kupoeza vifaa vya IT.

Dhana ya Ujenzi

Katika dhana ya baridi ya bure, mifereji ya hewa ya jadi haitumiki ndani ya muundo wa jengo. Tofauti na mipangilio ya kawaida iliyo na ducts za hewa zilizowekwa kwenye kuta, dari, au maeneo maalum, vituo vya usindikaji wa data vinachukua njia isiyo ya kawaida. Jengo lenyewe limetungwa kama mfereji wa hewa, na kufanya vitengo vya kiyoyozi vya jadi kuwa vya kizamani. Kiwango kikubwa cha ducts hizi za hewa huwabadilisha kuwa vipengele muhimu vya vyumba na sakafu.

Mchakato wa mtiririko wa hewa huanza wakati hewa ya nje inapoingia ndani ya jengo, inapita kupitia aina mbili za filters - filters coarse na filters nzuri. Mara tu hewa inapopitia mchakato wa kusafisha, inasukumwa na feni katika viwango vikubwa vya ujenzi, takriban sawa na orofa nne kwa urefu. Kiasi hiki kikubwa hutumikia kusudi lake mwenyewe: kupunguza kasi ya mtiririko wa hewa, kupunguza kasi yake kwa upeo unaohitajika wa mita 1-2 kwa pili. Baadaye, hewa inashuka kwenye chumba cha mashine.

Baada ya kuvuka chumba cha mashine, hewa inaendelea na safari yake kupitia rafu za IT, ikiingia kwenye njia ya moto. Kutoka hapo, huingia kwenye mtoza hewa ya moto kabla ya kufukuzwa nje kupitia feni za kutolea nje. Njia hii ya mtiririko wa hewa iliyopangwa huhakikisha mchakato mzuri wa kupoeza huku ikidumisha kasi ya hewa inayodhibitiwa.

Kasi ya hewa na Kiasi

Uchaguzi wa makusudi wa kubuni wa kutumia kiasi kikubwa cha jengo hutumikia madhumuni mawili. Kwanza kabisa, inaruhusu kupunguzwa kwa taratibu kwa kasi ya hewa, kuhakikisha kwamba mtiririko wa hewa unafikia kasi ya taka ya mita 1-2 kwa pili. Kasi hii ya anga inayodhibitiwa ni muhimu ili kuzuia mtikisiko na kudumisha mtiririko wa lamina, muhimu sana hewa inapoendelea kupitia vifaa nyeti vya TEHAMA. Pili, kiasi kikubwa kinachukua kiasi cha hewa kinachohitajika ili kufuta joto linalozalishwa kwa ufanisi. Mwingiliano uliosawazishwa wa kasi ya hewa na sauti huchangia mafanikio ya jumla ya mfumo.

Shinikizo la Tofauti kama Dereva Pekee wa Usimamizi

Katika usanidi wa kupoeza bila malipo, hatuna udhibiti wa halijoto ya hewa ya nje, na hivyo kusababisha mabadiliko katika halijoto ya hewa kuingia kwenye Kituo cha Data (DC). Licha ya hili, kukadiria mtiririko wa hewa unaohitajika kwa kupoeza vifaa ni muhimu. Ili kukabiliana na hili, tunategemea njia ya shinikizo tofauti.

Ndani ya kila rack ya IT, seva zilizo na mashabiki wa ndani hufanya kazi kwa kasi tofauti, kwa pamoja kuunda shinikizo la tofauti kati ya mbele na nyuma ya rack. Kwa seva nyingi, kila moja ikichangia mtiririko wa hewa kwa ujumla, tofauti hii ya shinikizo huongezeka polepole kati ya njia za baridi na za moto. Kwa kutumia vitambuzi vya shinikizo katika njia zote mbili na nje ya jengo la DC, tunaweza kupima shinikizo hili la tofauti.

Hesabu inahusisha kutoa data ya kitambuzi cha shinikizo kwenye njia ya moto kutoka kwa shinikizo la angahewa na kutoa data ya kitambuzi cha shinikizo kwenye njia ya baridi kutoka kwa shinikizo la anga. Kwa hivyo kama katika mfano hapa chini:

Mfano wa Ulimwengu Halisi

Thamani zinazopatikana hutuongoza katika kubainisha usambazaji wa hewa unaohitajika kwa DC na moshi unaohitajika ili kukabiliana na uendeshaji wa mashabiki wa seva. Kwa maneno rahisi, tunapima mahitaji yetu ya mtiririko wa hewa kulingana na tofauti za shinikizo, na kuturuhusu kudhibiti mchakato wa kupoeza ndani ya DC kwa ufanisi.

Chumba cha Kupasha joto na Kuchanganya

Mifumo ya kitamaduni ya kupokanzwa kwa kawaida haitekelezwi katika Vituo vya Data na kupoeza bila malipo. Kutumia maji inachukuliwa kuwa haina maana kwa sababu ya gharama na hatari zinazowezekana kwa vifaa. Hii inaleta changamoto wakati wa baridi kali, kufikia digrii -20-30 nje. Wakati vifaa vinaishughulikia vizuri, wahandisi hutafuta mbinu ya upole zaidi. Suluhisho la kifahari zaidi na la kimantiki hapa ni kutumia tena hewa moto inayotokana na vifaa vya IT. Kuelekeza hewa ya moto kutoka kwa seva kwenye chumba cha kuchanganya, na kurudisha sehemu yake kwa mkondo mkuu wa hewa, mfumo huweka joto la majengo wakati wa baridi na inaruhusu kuokoa gharama za kupokanzwa.

Urahisi na Kuegemea

Nadharia kuu katika nadharia ya kutegemewa inadai kuwa usahili huzaa kutegemewa. Hii inashikilia mfumo wa kupoeza bila malipo ambao unasimama kama dhana rahisi sana. Mfumo hufanya kazi kama kizuizi, kuingiza hewa kutoka nje kupitia vichungi, kuipitisha kupitia vifaa vya IT, na kisha kuifukuza tu.

Kutokuwepo kwa mifumo changamano huongeza kutegemewa, huku mashabiki pekee wakiweka hatari katika hali ya hewa ya joto. Mbinu ya kupoza bila malipo ni mfano wa kurahisisha mfumo mkali, kwa kiasi kikubwa kuboresha kutegemewa kwa kupunguza idadi ya vipengele.

Mashabiki wa DC dhidi ya Mashabiki wa Seva

Mamlaka ya uongozi wa mashabiki ni swali lingine la msingi katika mienendo ya mtiririko wa hewa ndani ya DCs. Kama tulivyojadili, kuna mashabiki wakubwa katika kiwango cha DC na wale walio katika kiwango cha seva. Swali ni: je mashabiki wa kituo cha data hutoa hewa tu, na kuacha mashabiki wa seva kutumia kadri inavyohitajika? Au mahitaji yanatoka kwa mashabiki wa seva, na kuwalazimisha mashabiki wa DC kutimiza mahitaji yao?

Utaratibu ni kama ifuatavyo: mashabiki wa seva wana jukumu kubwa katika mchakato huu, kuamua mtiririko wa hewa unaohitajika. Baadaye, mashabiki wa DC hujibu kwa kutoa kiwango kinachohitajika cha hewa. Inadhihirika kuwa ikiwa hitaji la jumla kutoka kwa seva zote litazidi uwezo wa usambazaji wa feni ya DC, inaweza kusababisha kuongezeka kwa joto kupita kiasi.

Kwa hivyo jibu ni kwamba mashabiki wa seva wana ukuu katika nguvu hii. Wao hupanga mtiririko wa hewa, kubainisha kiasi cha hewa kinachohitajika.

Ufanisi na Uhesabuji wa PUE

Ili kutathmini ufanisi wa mradi wa DC, hesabu ya Ufanisi wa Matumizi ya Nishati (PUE) hutumiwa jadi. Fomula ya PUE ni uwiano wa Total Facility Power kwa IT Equipment Power:

PUE = Nguvu ya Jumla ya Kituo / Nguvu ya Vifaa vya IT

Kwa kweli, ni sawa na 1, kuashiria kuwa nishati yote inaelekezwa kwa vifaa vya IT bila upotevu wowote. Walakini, kufikia hali hii nzuri ni nadra katika miradi ya ulimwengu halisi.

Suala jingine hutokea tunapojaribu kuweka mbinu wazi ya kukokotoa Ufanisi wa Matumizi ya Nishati (PUE). Kwa hivyo, kwa mfano, katika mfumo wetu, tuna kipimo kinachoonyesha matumizi ya nguvu ya papo hapo katika wati, ambayo inafanya uwezekano wa kukokotoa PUE kwa wakati halisi.

Zaidi ya hayo, tunaweza kupata wastani wa PUE katika kipindi cha mwaka, ambayo hutoa tathmini ya kina zaidi kwa kuzingatia mabadiliko ya msimu. Hii ni muhimu hasa kutokana na tofauti katika matumizi ya nishati kati ya misimu; kwa mfano, tofauti ya mahitaji ya kupoeza kati ya miezi ya kiangazi na baridi. Hii ina maana kwamba ikiwa tunataka kuwa na tathmini ya kuaminika zaidi, tunahitaji kuweka kipaumbele wastani wa kila mwaka kutoa tathmini iliyosawazishwa zaidi na ya kina.

Pia ni muhimu kuchunguza PUE si tu kwa suala la nishati lakini pia vitengo vya fedha, na hivyo kuingiza mabadiliko ya msimu wa bei za umeme. Kutathmini PUE katika masuala ya fedha kunatoa mtazamo kamili zaidi juu ya ufanisi wa uendeshaji.

Kando na hilo, mbinu hii inafichua uwezekano wa kufikia thamani ya PUE ya chini ya 1 inapopimwa kwa dola. Inawezekana, kwa mfano, tunapotumia joto taka kwa ajili ya kupokanzwa maji na kuyauza zaidi kwenye miji iliyo karibu. Mifano ya kukumbukwa, kama vile kituo cha data cha Google nchini Marekani na kituo cha Yandex nchini Ufini, zinaonyesha uwezekano wa vitendo kama hivyo, hasa katika maeneo yenye gharama kubwa za nishati.

Ufanisi dhidi ya Kuegemea

Wasiwasi kuhusu kupunguza gharama na kuongeza ufanisi mara nyingi huzua maswali kuhusu athari hasi zinazoweza kutokea katika kutegemewa. Hata hivyo, ningependa kusisitiza kwamba katika baridi ya bure ufuatiliaji wa ufanisi hauathiri kuegemea. Badala yake, athari zake za kiteknolojia zinaweza hata kuongeza ufanisi. Kwa mfano, kama tulivyokwishajadili, kuelekeza joto la ziada kwenye pampu za kuongeza joto kwa manufaa ya ziada, kama vile kuzalisha maji moto kwa miji iliyo karibu, inakuwa zoezi la manufaa ya kifedha bila kuacha kutegemewa.

Mustakabali wa Kupoeza Bila Malipo

Licha ya faida zote za matoleo ya kupoeza bila malipo, tasnia ya kituo cha data bado inaendeshwa na mbinu ya kihafidhina na inadai uaminifu uliothibitishwa, na mwelekeo wa kupinga suluhisho za ubunifu. Utegemezi wa vyeti kutoka kwa mashirika kama Taasisi ya Uptime kwa uuzaji huleta kikwazo kingine kwa suluhu za kupoeza bila malipo, kukosa uthibitisho ulioidhinishwa, na kusababisha watoa huduma za kibiashara kuzitazama kwa mashaka.

Hata hivyo, kuna mwelekeo kati ya kampuni za kupima viwango vya juu kutumia upoaji bila malipo kama suluhisho kuu kwa DC zao. Kwa kuongezeka kwa idadi ya makampuni yanayokubali ufanisi wa gharama na manufaa ya uendeshaji wa teknolojia hii, tunatarajia kuwa vituo vingi vya data vya kupoeza bila ushirika vitaonekana katika miaka 10-20 ijayo.