Mageuzi ya Kupoeza kwa Kituo cha Data: Kutoka Mbinu Zinazotegemea Hewa hadi Kupoeza Bila Malipo

Ufafanuzi wa Tatizo

Ukuaji unaoongezeka wa miundombinu ya kituo cha data na kuongezeka kwa utumizi wa vifaa vya TEHAMA kwa wakati mmoja kumesababisha ongezeko la matumizi ya umeme.

Kwa kuwa seva, vipengele muhimu vya vituo vya data, hubadilisha umeme kuwa joto wakati wa kufanya kazi, tunakabiliwa na tatizo la kukabiliana na halijoto ya juu na majengo na vifaa vya kituo cha data baridi.

Hebu tukumbuke kwa kasi misingi ya fizikia ya shule: kufuata kanuni za msingi za thermodynamics, nishati haina kutoweka lakini inabadilishwa. Kwa hivyo, ikiwa kituo cha data kinatumia 1 MW ya umeme - hii quantum yote ya nishati inabadilishwa kuwa kiasi sawa cha joto. Kwa hivyo, kadiri umeme unavyotumika, ndivyo changamoto inavyokuwa kubwa ya kudhibiti joto linalotokana na kituo cha data.

Hali inakuwa ngumu zaidi, kwani vifaa vya IT vinaweza kuwa na viwango tofauti vya matumizi ya nishati huku vikiwa na saizi tofauti za mwili. Kwa mfano, vifaa vinavyotumia nishati nyingi vinaweza kuwa na ukubwa mdogo, hivyo basi kuzua matatizo katika kupoza joto lililokolea kwa ufanisi. Kwa upande mwingine, vifaa vikubwa vya IT vilivyo na kiwango cha wastani cha matumizi ya umeme ni rahisi kupoa kwa sababu ya eneo lake kubwa. Vituo vya data kwa kawaida huweka mchanganyiko wa ukubwa wa vifaa na viwango vya matumizi, hivyo kuwasilisha changamoto ya si tu kupoeza vifaa mbalimbali vya TEHAMA bali pia kufanya hivyo kwa kasi tofauti, kulingana na mahitaji ya halijoto ya kila aina ya kifaa. Bila kusema, ili kupoza DC tunahitaji kiasi kikubwa cha umeme, ambacho kinaongeza gharama za uendeshaji.

Tatizo la matumizi bora ya nishati katika vituo vya data linazidi kuwa kubwa zaidi kutokana na kupanda kwa bei ya umeme duniani kote. Kulingana na ripoti ya Statista bei ya umeme duniani ilipanda hadi kiwango cha juu kabisa kati ya 2021 na 2022. Mgogoro wa afya wa COVID-19 ulipopungua katika nusu ya pili ya 2021, mahitaji ya nishati yaliongezeka, na bei za umeme zilipanda rekodi ya kwanza. Mwanzoni mwa 2022, soko la nishati liliimarishwa tena na shida ya nishati iliongezeka.

Matumizi ya umeme katika kituo cha data yanaongezeka licha ya kuongeza ufanisi wa utendaji.

Kwa maneno mengine, ingawa utendakazi kwa kila wati unaboreka, mahitaji ya rasilimali yanakua haraka zaidi, kwa hivyo matumizi ya jumla huongezeka bila kuepukika pamoja na gharama. Hata hivyo, uokoaji mkubwa wa gharama unaweza kupatikana kwa kuboresha mifumo ya kupoeza. Hii ilinifanya nitake kuangalia kwa kina mbinu bora za kupoeza kwa ujumla na upoezaji bila malipo haswa.

Tathmini ya viwango vya matumizi ya nishati katika vituo vya data kwa kawaida hutegemea kipimo cha Ufanisi wa Matumizi ya Nishati (PUE). PUE hupima ufanisi wa kituo cha data kwa kutathmini jumla ya matumizi ya nishati dhidi ya ile inayotumika kwa vifaa vya TEHAMA pekee. Tutazungumza juu yake kwa undani zaidi baadaye kidogo. Tunachohitaji kujua sasa ni kwamba PUE ya chini inaashiria kituo cha data bora zaidi, kinachoonyesha utegemezi mdogo wa nguvu zisizo za kompyuta. Katika uso wa miundombinu inayoongezeka na kuongezeka kwa matumizi ya umeme, kuboresha PUE na mifumo ya baridi ya ufanisi hutoa busara ya kifedha na uendeshaji endelevu.

Katika makala haya, tutachunguza mbinu za jadi na za ubunifu za kupoeza na kugundua ni ipi kati yao inatoa ufanisi wa hali ya juu.

Muhtasari wa Mbinu za Kupoeza

Hewa na isiyo ya hewa

Katika uainishaji uliorahisishwa, mbinu za kupoeza zinaweza kugawanywa katika makundi mawili ya msingi: njia za hewa na zisizo za hewa. Ili kufafanua, upozeshaji hewa hujumuisha mbinu za kawaida, ilhali kategoria isiyo ya hewa inajumuisha mbinu mbalimbali zinazotumia vitu kama vile maji, mafuta au nyenzo dhabiti. Ni vyema kutambua kwamba idadi kubwa sana, inayojumuisha 99%, ya njia za baridi huanguka chini ya mwavuli wa baridi wa hewa.

Viyoyozi

Mifumo ya hali ya hewa ndiyo njia iliyoenea zaidi ya kupoeza hewa katika usanidi wa kitaalamu wa kituo cha data. Kanuni yao ya kimsingi inaakisi ile ya viyoyozi vya makazi: hewa inayopita kwenye seva husambazwa kupitia kiyoyozi, kilichopozwa kupitia grili ya radiator, na kisha kurudishwa tena kwenye seva. Utaratibu huu wa mzunguko huhakikisha utaratibu wa baridi unaoendelea.

Chillers

Kufuatia viyoyozi, viyoyozi vinawakilisha mfumo wa pili wa kupoeza uliopitishwa kwa wingi. Tofauti na viyoyozi, viyoyozi hutumia maji (au suluhisho la maji) kuhamisha joto kutoka kwa nafasi zinazohitaji udhibiti wa hali ya hewa. Ingawa kiyoyozi ni rahisi na cha bei nafuu kwa ujumla, gharama zake za juu za nishati wakati mwingine zinaweza kuwa kikwazo kwa biashara. Kwa upande mwingine, mifumo ya maji ya baridi ni ya ufanisi zaidi ya nishati, lakini inahitaji vipengele zaidi na magumu katika ufungaji na matengenezo yao.

Vyumba vya Adiabatic na Mikeka

Upoaji wa adiabatic unahusisha matumizi ya vyumba au mikeka ambapo maji hutiwa na kuyeyuka. Maji yanapovukiza, chemba na mikeka hupoa pamoja na hewa ndani. Ingawa kupoeza kwa adiabatic kunawakilisha chaguo la tatu linalowezekana, inachukuliwa kuwa ya kigeni kwa kiasi fulani na haitumiki sana katika upoaji wa kituo cha data ikilinganishwa na viyoyozi na baridi.

Kupoa kwa Maji

Katika mifumo ya baridi ya maji, maji au maji yaliyo na maji hutumiwa kwa uharibifu wa joto. Mabomba ya maji yamewekwa kimkakati katika vyumba vya seva, na kila seva imeunganishwa kwenye mabomba mawili - moja kwa ajili ya maji ya moto ya nje na nyingine kwa maji baridi. Radiators kwenye CPU, GPU, na vifaa vingine vimeunganishwa moja kwa moja kwenye mfumo huu wa usambazaji maji. Mbinu hii sio tu ya kupoza vifaa vya kituo cha data na majengo lakini pia hutoa usambazaji wa maji moto kwa matumizi ya ziada.

Wabadilishaji joto

Njia hii huongeza ufanisi wa kupoeza kwa kutumia mazingira ya baridi ya nje.

Wakati chanzo cha baridi kilicho karibu, kama vile ziwa, bahari, au ardhi ya baridi, kinapatikana, mabomba ya maji yanaweza kutumwa ndani yake ili kupitisha kiasi kikubwa cha joto kutoka kwa vifaa vya IT.

Wageni

Pia kuna njia zisizo za kawaida. Mmoja wao ni msingi wa vipengele vya Peltier au baridi ya thermoelectric (TECs). Njia hii inategemea athari za semiconductor na inahusisha kusambaza umeme kwa sahani maalum ambayo inapokanzwa upande mmoja na kupozwa kwa upande mwingine.

Njia nyingine ya avant-garde ni kupelekwa kwa vituo vya data chini ya maji. Katika Natick ya Mradi wa Microsoft , kwa mfano, kituo cha data kilizamishwa kwa kina cha futi 117 katika Visiwa vya Kaskazini mnamo majira ya kuchipua 2018. Katika kipindi cha miaka miwili iliyofuata, timu ilifanya majaribio ya kina na ufuatiliaji wa seva za kituo cha data. Ilithibitishwa kuwa kuweka kontena lililofungwa kwenye sakafu ya bahari kunaweza kuimarisha uaminifu wa jumla wa kituo cha data kwa kupunguza masuala kama vile kutu, mabadiliko ya hali ya joto na usumbufu wa kimwili ambao kwa kawaida hutokea ardhini.

Upoaji Bure

Mbinu hii inalenga hasa kuongeza ufanisi wa baridi. Upozaji bila malipo huburudisha hewa ndani ya kituo cha data bila kutegemea mifumo ya kawaida ya kupoeza. Inatumia hewa ya nje ya asili kama ilivyo. Kwa kawaida hewa ya nje inategemea tu udhibiti wa unyevu na kisha michakato ya asili ya thermodynamic kudhibiti halijoto ndani ya vyumba vya data.

Njia hii inapunguza kwa kiasi kikubwa matumizi ya nguvu (75% hadi 92% chini ikilinganishwa na mifumo mingine ya CRAH), inapunguza utoaji wa dioksidi kaboni, na kuondoa hitaji la maji katika mfumo wa kupoeza.

Upozaji bila malipo ni mojawapo ya chaguo rafiki kwa mazingira ambayo inahitaji nishati kidogo. Kando na hilo, inaweza kusaidia kuokoa gharama kwani 40% ya nishati inayotumiwa na vituo vya data inaingia kwenye kupoeza. Mfumo huu huongeza utendaji wa vifaa vyote vilivyopozwa hewa, hata katika hali ngumu. Hapa kuna uwakilishi rahisi wa kuona wa mchakato wa kupoeza bila malipo:

Kama unavyoona, mfumo hufanya kazi kwa njia ya moja kwa moja, ikipitisha hewa ya nje kupitia vichungi, vifaa vya TEHAMA, na kuifukuza. Kupunguza huku kwa utata, huku kukiwa na mashabiki pekee kama udhaifu unaowezekana, kunaimarisha utegemezi wa jumla wa DC kuhusu upunguzaji joto bila malipo.

Tofauti na mifumo iliyo na vifaa vya ngumu, kutokuwepo kwa vipengele ngumu pia hupunguza gharama zote za awali za kuanzisha na gharama zinazoendelea za matengenezo. Kwa hivyo faida za kifedha huanza tayari katika hatua ya ujenzi, ambapo muundo ulioboreshwa wa baridi ya bure hutafsiri kuwa akiba inayoonekana.

Uchungu wa Uchaguzi

Wakati wa mikutano na mikutano, mara nyingi mimi hupata maswali mengi ambayo yanahusu kitendawili: ikiwa kupoeza bila malipo kuna faida sawa katika suala la uokoaji wa gharama na unyenyekevu, kwa nini haikubaliwi ulimwenguni kote katika tasnia?

Hili huzua swali pana la kwa nini, licha ya manufaa yake, ni idadi ndogo tu ya makampuni ambayo yamekubali kupoeza bila malipo, huku mengine yakiendelea na mbinu za kawaida. Jibu la hili liko katika uchunguzi wa pande nyingi wa mienendo ya tasnia iliyopo.

Udikteta wa Viwanda

Katika tasnia ya kituo cha data, ambapo kuegemea ni muhimu sana, kupitishwa kwa suluhisho za ubunifu mara nyingi kunakabiliwa na upinzani. Ninahusisha hili, kwanza kabisa, na asili ya kihafidhina ya tasnia ya DC, ambapo watoa maamuzi hutanguliza dhana zilizothibitishwa badala ya suluhu bunifu.

Ingawa teknolojia mpya kama vile kupoeza bila malipo huahidi ufanisi wa gharama na ufanisi, wawakilishi wa sekta wangependelea mbinu za kitamaduni lakini zinazotegemeka ili kuhakikisha utendakazi wa seva bila mshono.

Vikwazo vya masoko

Jambo lingine hapa ni kwamba watoa huduma wa DC wa kibiashara, wanaojumuisha takriban 80% ya tasnia, wanategemea uthibitisho kutoka kwa mashirika huru kama vile Taasisi ya Uptime soko la kuaminika kwao. Hata hivyo, hii inaleta changamoto kwa ufumbuzi wa kupoeza bila malipo, kwa kuwa bado hakuna uidhinishaji ulioidhinishwa kwao. Hali hii husababisha watoa huduma za kibiashara kupinga mbinu mbadala za kupoeza, wakitaja kutokuwa na uhakika kuhusu kutegemewa kwao na kutokuwepo kwa kielelezo cha uthibitishaji.

Wasiwasi wa ongezeko la joto duniani

Wakosoaji mara nyingi huibua wasiwasi kuhusu athari za ongezeko la joto duniani juu ya uwezekano wa kupoa bila malipo. Hata hivyo, hoja hiyo inatatuliwa kwa kutambua asili ya taratibu ya ongezeko la joto duniani, na ongezeko la takriban digrii 1.5 katika muongo mmoja. Mabadiliko haya ya wastani ya halijoto hayawezekani kuathiri uthabiti wa suluhu za bure za kupoeza kwa muda mfupi.

"Tu katika kesi" Hoja

Mbinu moja zaidi ya kawaida kwa kampuni zinazochagua njia ya kupoeza ya DC ni kujumuisha vitengo vya hali ya hewa chelezo kama hatua ya tahadhari pamoja na kupoeza bila malipo. Hoja hii ya "ikiwa tu" inadhoofisha dhana ya msingi ya kupoeza bila malipo, kuleta utata usio wa lazima na kuathiri ufanisi wa kifedha na uendeshaji.

Hata kwa kiyoyozi kidogo, hitaji la kutoa vifaa anuwai kama freon, waya, vinywaji, mifumo na vidhibiti hutokea. Badala ya kukumbatia wazo la kuwa na kiyoyozi chelezo, tasnia inapaswa kuzingatia kurekebisha mfumo wake wa kupoeza bila malipo kwa anuwai ya hali bila kutegemea matumaini ya uwongo.

Hatari Halisi na Mazingatio

Wakati wa kutafakari suluhisho la kupoeza bila malipo, baadhi ya hatari zinazoonekana na mazingatio yanahitaji uangalizi. Jambo moja la msingi linalozingatiwa ni eneo la kijiografia, kwani kupeleka hali ya kupoeza bila malipo katika eneo kama vile Falme za Kiarabu kunaweza kusiwe na haki.

Ufikivu ni kipengele kingine cha kuzingatia. Eneo lililochaguliwa lazima liwe na miundombinu inayohitajika na liweze kufikiwa kwa urahisi na wafanyakazi maalumu waliopewa jukumu la matengenezo ya kituo cha data. Uunganisho, ikiwa ni pamoja na upatikanaji wa mistari ya macho, pia ni muhimu. Kwa mfano, kuanzisha kituo cha data cha kupoeza bila malipo zaidi ya Arctic Circle inakuwa vigumu kwa sababu ya kutokuwepo kwa njia za mawasiliano na changamoto ya kudumisha wafanyakazi wenye ujuzi.

Zaidi ya masuala haya ya vifaa, vikwazo pekee vya kupoeza bila malipo vinahusiana na kiwango cha juu cha halijoto katika eneo (programu. nyuzi 38-40) na ubora wa hewa. Maeneo yenye uchafuzi wa kupindukia, kama vile yale yaliyo karibu na barabara kuu zenye shughuli nyingi au shughuli nyingi za kilimo, yanaweza kuleta matatizo. Ingawa hakuna marufuku ya moja kwa moja, vichujio katika maeneo kama haya vitahitaji uingizwaji wa mara kwa mara. Tofauti na vituo vya kawaida vya data vyenye kiyoyozi ambavyo huzunguka hewa ya ndani, vituo vya kupoeza bila malipo huchota hewa ya nje, na hivyo kudai matengenezo ya kichujio kwa bidii zaidi. Vigezo vingine vya eneo vinapatana na vile vinavyotumika kwa vituo vya jadi vya data.

Waanzilishi na Mwelekeo wa Wakati Ujao

Licha ya hali ya kihafidhina ya sekta hii, baadhi ya makampuni ya biashara yenye mawazo ya mbele hutathmini manufaa yanayoonekana ya njia mbadala. Wakihesabu ufanisi wa gharama ya kupoza bila malipo kupitia uchanganuzi wa nambari, wanatambua uwezekano wa kuokoa gharama inayotolewa.

Kampuni kadhaa maarufu, kama vile Facebook (sasa Meta), Google, Amazon, Yandex, na Wildberries, ni waanzilishi wa kutumia teknolojia ya kupoeza bila malipo. Hali yao ya kuwafuata inatokana na nia yao ya kutathmini hatari na kutambua faida za kifedha zinazopatikana katika teknolojia hii. Chaguo la kampuni hizi lilikuwa wazi - ama kwenda kwa mipango ya kawaida na uingie gharama kubwa zaidi au kuchukua hatari na manufaa ya kuwa waanzilishi katika upozeshaji wa kituo cha data.

Mazingira ya tasnia inayobadilika yanaonyesha mwelekeo unaokua kati ya wachunguzi wa hali ya juu wa kampuni kuelekea kutekeleza suluhu za kupoeza bila malipo. Kampuni nyingi zaidi zinapotambua ufanisi wa gharama na manufaa ya uendeshaji wa teknolojia hii, inatarajiwa kwamba idadi inayoongezeka ya vituo vya data vya kupoeza bila mashirika itaibuka katika siku zijazo.

Iwapo ungependa kujifunza zaidi kuhusu fizikia ya kupoeza bila malipo, chunguza mada katika makala yangu mpya ya Kupoa Bila Malipo: Teknolojia ya Kupiga mbizi kwa kina.