ڈیٹا سینٹر کولنگ کا ارتقاء: ہوا پر مبنی طریقوں سے مفت کولنگ تک

مسئلہ کی تعریف

ڈیٹا سینٹر کے بنیادی ڈھانچے میں بڑھتی ہوئی ترقی اور آئی ٹی آلات کے استعمال میں ایک ساتھ اضافے نے بجلی کی کھپت میں اضافہ کیا ہے۔

چونکہ سرورز، ڈیٹا سینٹرز کے لازمی اجزاء، کام کے دوران بجلی کو حرارت میں تبدیل کرتے ہیں، اس لیے ہمیں اعلی درجہ حرارت اور ٹھنڈے ڈیٹا سینٹر کے احاطے اور آلات سے نمٹنے کے مسئلے کا سامنا ہے۔

آئیے اسکولی فزکس کی بنیادی باتوں کو تیزی سے یاد رکھیں: تھرموڈینامکس کے بنیادی اصولوں پر عمل کرتے ہوئے، توانائی غائب نہیں ہوتی بلکہ تبدیل ہوجاتی ہے۔ اس طرح، اگر ایک ڈیٹا سینٹر 1 میگاواٹ بجلی استعمال کرتا ہے - یہ پوری توانائی کی مقدار گرمی کی مساوی مقدار میں تبدیل ہوجاتی ہے۔ نتیجتاً، جتنی زیادہ بجلی استعمال کی جائے گی، ڈیٹا سینٹر کے اندر نتیجے میں گرمی کا انتظام کرنے کا چیلنج اتنا ہی زیادہ ہوگا۔

صورتحال مزید پیچیدہ ہو جاتی ہے، کیونکہ IT آلات میں مختلف جسمانی سائز کے ساتھ توانائی کی کھپت کی سطح مختلف ہو سکتی ہے۔ مثال کے طور پر، زیادہ توانائی کی کھپت والے آلات کا سائز چھوٹا ہو سکتا ہے، جس سے مرتکز حرارت کو مؤثر طریقے سے ٹھنڈا کرنے میں مسائل پیدا ہوتے ہیں۔ دوسری طرف، نسبتاً اعتدال پسند بجلی کی کھپت کی شرح کے ساتھ بڑے IT آلات کو اس کی سطح کے بڑے رقبے کی وجہ سے ٹھنڈا کرنا آسان ہے۔ ڈیٹا سینٹرز میں عام طور پر آلات کے سائز اور کھپت کی سطحوں کا مرکب ہوتا ہے، جو نہ صرف متنوع IT آلات کو ٹھنڈا کرنے کا چیلنج پیش کرتا ہے بلکہ مختلف رفتار سے ایسا کرنے کے لیے بھی، جو ہر ایک قسم کے سامان کی درجہ حرارت کی ضروریات کے مطابق ہوتا ہے۔ یہ کہنے کی ضرورت نہیں کہ ڈی سی کو ٹھنڈا کرنے کے لیے ہمیں کافی مقدار میں بجلی کی ضرورت ہوتی ہے، جس سے آپریشنل اخراجات میں اضافہ ہوتا ہے۔

ڈیٹا سینٹرز میں بجلی کے موثر استعمال کا مسئلہ بجلی کی قیمتوں میں عالمی سطح پر اضافے کے ساتھ خاص طور پر شدید ہو جاتا ہے۔ کے مطابق اسٹیٹسٹا کی رپورٹ 2021 اور 2022 کے درمیان بجلی کی عالمی قیمتیں آسمان کو چھو گئیں۔ 2022 کے آغاز میں، توانائی کی مارکیٹ ایک بار پھر سخت ہوگئی اور توانائی کا بحران شدت اختیار کر گیا۔

کارکردگی کی کارکردگی میں اضافے کے باوجود ڈیٹا سینٹر کی بجلی کی کھپت بڑھ رہی ہے۔

دوسرے لفظوں میں، اگرچہ فی واٹ کی کارکردگی بہتر ہو رہی ہے، وسائل کی طلب اور بھی تیزی سے بڑھتی ہے، اس لیے لاگت کے ساتھ ساتھ مجموعی طور پر کھپت بھی بڑھ جاتی ہے۔ تاہم، کولنگ سسٹم کو بہتر بنا کر لاگت میں خاطر خواہ بچت کی جا سکتی ہے۔ اس نے مجھے عام طور پر ٹھنڈک کے موثر طریقوں اور خاص طور پر مفت کولنگ پر گہری نظر ڈالنے پر مجبور کیا۔

ڈیٹا سینٹرز میں توانائی کی کھپت کی سطح کا اندازہ عام طور پر پاور یوزیج ایفیکٹیونس (PUE) میٹرک پر منحصر ہوتا ہے۔ PUE صرف IT آلات کے لیے استعمال ہونے والی توانائی کی کل کھپت کا جائزہ لے کر ڈیٹا سینٹر کی کارکردگی کا اندازہ لگاتا ہے۔ ہم اس کے بارے میں تھوڑی دیر بعد مزید تفصیل سے بات کریں گے۔ ہمیں اب جو جاننے کی ضرورت ہے وہ یہ ہے کہ کم PUE زیادہ موثر ڈیٹا سینٹر کی نشاندہی کرتا ہے، جو کہ نان کمپیوٹنگ پاور پر انحصار کم ہونے کی نشاندہی کرتا ہے۔ بڑھتے ہوئے انفراسٹرکچر اور بجلی کی بڑھتی ہوئی کھپت کے پیش نظر، زیادہ موثر کولنگ سسٹم کے ساتھ PUE کو بہتر بنانا مالی سمجھداری اور پائیدار آپریشنز فراہم کرتا ہے۔

اس مضمون میں، ہم روایتی اور جدید ٹھنڈک کے طریقوں کو تلاش کریں گے اور دریافت کریں گے کہ ان میں سے کون زیادہ کارکردگی پیش کرتا ہے۔

کولنگ کے طریقوں کا جائزہ

ہوا اور غیر ہوا ۔

ایک آسان درجہ بندی میں، کولنگ کی تکنیک کو دو بنیادی زمروں میں بیان کیا جا سکتا ہے: ہوا پر مبنی اور غیر ہوا پر مبنی طریقے۔ تفصیل کے لیے، ہوا کی ٹھنڈک روایتی طریقوں پر مشتمل ہے، جب کہ غیر ہوا کے زمرے میں پانی، تیل، یا ٹھوس مواد جیسے مادوں کو استعمال کرنے والے متنوع طریقے شامل ہیں۔ یہ قابل ذکر ہے کہ بھاری اکثریت، جو 99٪ پر مشتمل ہے، کولنگ کے طریقے ایئر کولنگ چھتری کے نیچے آتے ہیں۔

ایئر کنڈیشنر

پیشہ ورانہ ڈیٹا سینٹر سیٹ اپ میں ایئر کنڈیشنگ سسٹم ایئر کولنگ کا سب سے زیادہ مروجہ ذریعہ ہیں۔ ان کا بنیادی اصول رہائشی ایئر کنڈیشنرز کا آئینہ دار ہے: سرورز کے ذریعے بہنے والی ہوا کو ایئر کنڈیشنر کے ذریعے گردش کیا جاتا ہے، ریڈی ایٹر گرل کے ذریعے ٹھنڈا کیا جاتا ہے، اور پھر دوبارہ سرورز میں منتقل کیا جاتا ہے۔ یہ چکراتی عمل مسلسل کولنگ میکانزم کو یقینی بناتا ہے۔

چلرز

ایئر کنڈیشنرز کے بعد، چلرز دوسرے سب سے زیادہ استعمال کیے جانے والے کولنگ سسٹم کی نمائندگی کرتے ہیں۔ ایئر کنڈیشنرز کے برعکس، چلرز پانی (یا پانی پر مبنی محلول) کا استعمال کرتے ہیں تاکہ گرمی کو ایسی جگہوں سے دور منتقل کیا جا سکے جہاں موسمیاتی کنٹرول کی ضرورت ہوتی ہے۔ اگرچہ ایئر کنڈیشنگ آسان اور عام طور پر زیادہ سستی ہے، لیکن اس کے زیادہ توانائی کے اخراجات بعض اوقات کاروبار کے لیے رکاوٹ بن سکتے ہیں۔ دوسری طرف، ٹھنڈے پانی کے نظام زیادہ توانائی کے حامل ہوتے ہیں، لیکن ان کی تنصیب اور دیکھ بھال میں مزید اجزاء اور پیچیدگیوں کی ضرورت ہوتی ہے۔

اڈیبیٹک چیمبرز اور میٹ

اڈیبیٹک کولنگ میں چیمبروں یا چٹائیوں کا استعمال شامل ہے جہاں پانی ڈالا جاتا ہے اور بخارات بنتے ہیں۔ جیسے جیسے پانی بخارات بن جاتا ہے، اندر کی ہوا کے ساتھ چیمبر اور چٹائیاں ٹھنڈی ہو جاتی ہیں۔ اگرچہ اڈیبیٹک کولنگ ایک تیسرے قابل عمل آپشن کی نمائندگی کرتا ہے، لیکن اسے کچھ غیر ملکی سمجھا جاتا ہے اور ایئر کنڈیشنرز اور چلرز کے مقابلے میں ڈیٹا سینٹر کولنگ میں عام طور پر استعمال نہیں کیا جاتا ہے۔

واٹر کولنگ

پانی کے کولنگ سسٹم میں، پانی یا پانی پر مشتمل مائعات کو گرمی کی کھپت کے لیے استعمال کیا جاتا ہے۔ پانی کے پائپوں کو حکمت عملی کے ساتھ سرور رومز میں رکھا جاتا ہے، ہر سرور دو پائپوں سے جڑا ہوتا ہے - ایک گرم پانی کے اخراج کے لیے اور دوسرا ٹھنڈے پانی کے بہاؤ کے لیے۔ CPUs، GPUs، اور دیگر آلات پر ریڈی ایٹرز اس پانی کی فراہمی کے نظام سے براہ راست منسلک ہیں۔ یہ نقطہ نظر نہ صرف ڈیٹا سینٹر کے آلات اور احاطے کو ٹھنڈا کرتا ہے بلکہ اضافی استعمال کے لیے گرم پانی کی فراہمی بھی پیدا کرتا ہے۔

ہیٹ ایکسچینجرز

یہ طریقہ بیرونی سرد ماحول کا فائدہ اٹھا کر کولنگ کی کارکردگی کو بڑھاتا ہے۔

جب کوئی قریبی ٹھنڈا ذریعہ، جیسے جھیل، سمندر، یا ٹھنڈا زمین دستیاب ہو، تو پانی کے پائپوں کو اس میں نصب کیا جا سکتا ہے تاکہ IT آلات سے بڑی مقدار میں حرارت منتقل ہو سکے۔

Exotics

غیر روایتی طریقے بھی ہیں۔ ان میں سے ایک پیلٹیئر عناصر یا تھرمو الیکٹرک کولر (TECs) پر مبنی ہے۔ یہ نقطہ نظر سیمی کنڈکٹر اثرات پر انحصار کرتا ہے اور اس میں ایک خاص پلیٹ کو بجلی فراہم کرنا شامل ہے جو ایک طرف گرم اور دوسری طرف ٹھنڈا ہوتا ہے۔

ایک اور avant-garde نقطہ نظر پانی کے اندر ڈیٹا سینٹرز کی تعیناتی ہے۔ میں مائیکروسافٹ کا پروجیکٹ نیٹک مثال کے طور پر، ایک ڈیٹا سینٹر موسم بہار 2018 میں شمالی جزائر میں 117 فٹ گہرائی میں ڈوب گیا تھا۔ اس کے بعد کے دو سالوں میں، ٹیم نے ڈیٹا سینٹر کے سرورز کی سخت جانچ اور نگرانی کی۔ اس بات کی تصدیق کی گئی کہ سمندر کے فرش پر مہر بند کنٹینر رکھنے سے سنکنرن، درجہ حرارت کے اتار چڑھاؤ، اور زمین پر عام طور پر پائے جانے والے جسمانی خلل جیسے مسائل کو کم کرکے ڈیٹا سینٹر کی مجموعی اعتبار کو بڑھایا جا سکتا ہے۔

مفت کولنگ

اس تکنیک کا مقصد خاص طور پر کولنگ کی کارکردگی کو زیادہ سے زیادہ کرنا ہے۔ مفت کولنگ روایتی کولنگ سسٹم پر بھروسہ کیے بغیر ڈیٹا سینٹر کے اندر ہوا کو تروتازہ کرتی ہے۔ یہ قدرتی باہر کی ہوا کا استعمال کرتا ہے جیسا کہ یہ ہے۔ عام طور پر باہر کی ہوا صرف نمی کے کنٹرول کے تابع ہوتی ہے اور پھر قدرتی تھرموڈینامک عمل ڈیٹا رومز کے اندر درجہ حرارت کو کنٹرول کرتے ہیں۔

یہ طریقہ بجلی کی کھپت کو نمایاں طور پر کم کرتا ہے (دیگر CRAH سسٹمز کے مقابلے میں 75% سے 92% کم)، کاربن ڈائی آکسائیڈ کے اخراج کو کم کرتا ہے، اور کولنگ سسٹم میں پانی کی ضرورت کو ختم کرتا ہے۔

مفت کولنگ سب سے زیادہ ماحول دوست انتخاب میں سے ایک ہے جس میں کم توانائی کی ضرورت ہوتی ہے۔ اس کے علاوہ، یہ اخراجات کو بچانے میں مدد کر سکتا ہے کیونکہ ڈیٹا سینٹرز کے ذریعے استعمال ہونے والی 40 فیصد طاقت کولنگ میں جاتی ہے۔ یہ سسٹم سخت حالات میں بھی ایئر کولڈ تمام آلات کی کارکردگی کو بڑھاتا ہے۔ یہاں فری کولنگ کے عمل کی ایک سادہ بصری نمائندگی ہے:

جیسا کہ آپ دیکھ سکتے ہیں کہ سسٹم بہت سیدھے طریقے سے کام کرتا ہے، فلٹرز، IT آلات کے ذریعے باہر کی ہوا کو چلاتا ہے، اور اسے باہر نکالتا ہے۔ پیچیدگی میں یہ کمی، ممکنہ کمزوریوں کے طور پر صرف مداحوں کے ساتھ، مفت کولنگ پر DC کی مجموعی اعتبار کو تقویت دیتی ہے۔

پیچیدہ آلات کے ساتھ نظام کے برعکس، پیچیدہ اجزاء کی عدم موجودگی ابتدائی سیٹ اپ کے اخراجات اور دیکھ بھال کے جاری اخراجات دونوں کو کم کرتی ہے۔ لہذا مالی فوائد عمارت کے مرحلے سے ہی شروع ہو جاتے ہیں، جہاں مفت کولنگ کا ہموار ڈیزائن ٹھوس بچت میں ترجمہ کرتا ہے۔

انتخاب کی اذیت

کانفرنسوں اور میٹنگوں کے دوران، مجھے اکثر ایسے متعدد سوالات ملتے ہیں جو تضادات کے گرد گھومتے ہیں: اگر مفت کولنگ لاگت کی بچت اور سادگی کے لحاظ سے اتنا ہی فائدہ مند ہے، تو صنعت میں اسے عالمی سطح پر کیوں نہیں اپنایا جاتا؟

اس سے یہ وسیع تر سوال پیدا ہوتا ہے کہ کیوں، اس کے فوائد کے باوجود، صرف ایک محدود تعداد میں کمپنیوں نے مفت کولنگ کو قبول کیا ہے، جبکہ دیگر روایتی طریقوں کے ساتھ برقرار ہیں۔ اس کا جواب مروجہ صنعت کی حرکیات کے کثیر جہتی امتحان میں مضمر ہے۔

صنعتی آمریت

ڈیٹا سینٹر انڈسٹری میں، جہاں قابل اعتماد بنیادی اہمیت ہے، اختراعی حل کو اپنانے کو اکثر مزاحمت کا سامنا کرنا پڑتا ہے۔ میں اس کو سب سے پہلے، ڈی سی انڈسٹری کی قدامت پسند فطرت سے منسوب کرتا ہوں، جہاں فیصلہ ساز اختراعی حلوں پر ثابت شدہ تصورات کو ترجیح دیتے ہیں۔

جب کہ نئی ٹیکنالوجیز جیسے مفت کولنگ لاگت کی تاثیر اور کارکردگی کا وعدہ کرتی ہیں، صنعت کے نمائندے سرورز کے بغیر کسی رکاوٹ کے آپریشن کو یقینی بنانے کے لیے روایتی لیکن قابل اعتماد طریقوں کو ترجیح دیں گے۔

مارکیٹنگ کی رکاوٹیں

یہاں ایک اور نکتہ یہ ہے کہ کمرشل ڈی سی فراہم کرنے والے، جو کہ صنعت کا تقریباً 80 فیصد حصہ ہیں، خود مختار اداروں سے سرٹیفیکیشن پر انحصار کرتے ہیں۔ اپ ٹائم انسٹی ٹیوٹ ان کی وشوسنییتا کو مارکیٹ کرنے کے لئے. تاہم، یہ مفت کولنگ سلوشنز کے لیے ایک چیلنج ہے، کیونکہ ان کے لیے ابھی تک کوئی سرٹیفیکیشن نہیں ہے۔ یہ صورتحال تجارتی فراہم کنندگان کو ٹھنڈک کے متبادل طریقوں کے خلاف مزاحمت کرنے پر مجبور کرتی ہے، ان کی وشوسنییتا کے بارے میں غیر یقینی صورتحال اور سرٹیفیکیشن کی نظیر کی عدم موجودگی کا حوالہ دیتے ہوئے

گلوبل وارمنگ کے خدشات

ناقدین اکثر گلوبل وارمنگ کے مفت کولنگ کے قابل عمل ہونے پر اثرات کے بارے میں خدشات کا اظہار کرتے ہیں۔ تاہم، گلوبل وارمنگ کی بتدریج نوعیت کو تسلیم کرتے ہوئے اس دلیل کو ختم کر دیا گیا ہے، جس میں ایک دہائی کے دوران 1.5 ڈگری کا تخمینہ اضافہ ہوا ہے۔ درجہ حرارت کی یہ معمولی تبدیلی قریبی مدت میں مفت کولنگ سلوشنز کے استحکام سے سمجھوتہ کرنے کا امکان نہیں ہے۔

"صرف کیس میں" دلیل

DC کولنگ کے طریقہ کار کا انتخاب کرنے والی کمپنیوں کے لیے ایک اور عام عمل مفت کولنگ کے علاوہ احتیاطی اقدام کے طور پر بیک اپ ایئر کنڈیشنگ یونٹس کو شامل کرنا ہے۔ یہ "صرف صورت میں" دلیل مفت کولنگ کے بنیادی تصور کو کمزور کرتی ہے، غیر ضروری پیچیدگی کو متعارف کراتی ہے اور مالی اور آپریشنل کارکردگی پر سمجھوتہ کرتی ہے۔

یہاں تک کہ ایک چھوٹے ایئر کنڈیشنر کے لیے بھی مختلف اجزاء جیسے فریون، تاریں، مائعات، سسٹمز اور کنٹرول فراہم کرنے کی ضرورت پیش آتی ہے۔ بیک اپ ایئر کنڈیشنر رکھنے کے خیال کو قبول کرنے کے بجائے، صنعت کو جھوٹی امیدوں پر بھروسہ کیے بغیر اپنے مفت کولنگ سسٹم کو وسیع پیمانے پر حالات کے مطابق ڈھالنے پر توجہ دینی چاہیے۔

حقیقی خطرات اور تحفظات

ایک مفت کولنگ حل پر غور کرتے وقت، کچھ ٹھوس خطرات اور تحفظات توجہ طلب کرتے ہیں۔ ایک بنیادی بات جغرافیائی خطہ ہے، کیونکہ عرب امارات جیسے خطے میں مفت کولنگ کی تعیناتی جائز نہیں ہو سکتی۔

قابل رسائی ایک اور پہلو ہے جس کو ذہن میں رکھنا ہے۔ منتخب کردہ علاقے میں مطلوبہ بنیادی ڈھانچہ ہونا چاہیے اور ڈیٹا سینٹر کی دیکھ بھال کے لیے مامور خصوصی اہلکاروں کے ذریعے آسانی سے پہنچنا چاہیے۔ آپٹیکل لائنوں کی دستیابی سمیت کنیکٹیویٹی بھی اہم ہے۔ مثال کے طور پر، آرکٹک سرکل سے باہر ایک فری کولنگ ڈیٹا سینٹر کا قیام مواصلاتی لائنوں کی عدم موجودگی اور ہنر مند افرادی قوت کو برقرار رکھنے کے چیلنج کی وجہ سے ناقابل عمل ہو جاتا ہے۔

ان لاجسٹک تحفظات کے علاوہ، مفت کولنگ کے لیے صرف پابندیاں خطے کے زیادہ سے زیادہ درجہ حرارت (ایپ 38-40 ڈگری) اور ہوا کے معیار سے متعلق ہیں۔ حد سے زیادہ آلودگی والے علاقے، جیسے کہ مصروف شاہراہوں کے قریب یا شدید زرعی سرگرمیاں، مسائل پیدا کر سکتی ہیں۔ اگرچہ کوئی صریحاً ممانعت نہیں ہے، لیکن ایسی جگہوں پر فلٹرز کو بار بار تبدیل کرنے کی ضرورت ہوگی۔ روایتی ایئر کنڈیشنڈ ڈیٹا سینٹرز کے برعکس جو اندرونی ہوا کو گردش کرتے ہیں، فری کولنگ سینٹرز باہر کی ہوا کو کھینچتے ہیں، اور زیادہ مستعد فلٹر کی دیکھ بھال کا مطالبہ کرتے ہیں۔ دوسرے مقام کے پیرامیٹرز روایتی ڈیٹا سینٹرز پر لاگو ہونے والوں کے ساتھ موافق ہوتے ہیں۔

علمبردار اور مستقبل کے رجحانات

صنعت کی قدامت پسندانہ نوعیت کے باوجود، کچھ آگے کی سوچ رکھنے والی کارپوریٹ کمپنیاں متبادل کے ٹھوس فوائد کا جائزہ لیتی ہیں۔ عددی تجزیہ کے ذریعے مفت کولنگ کی لاگت کی تاثیر کا حساب لگاتے ہوئے، وہ اس کی پیش کردہ ممکنہ لاگت کی بچت کا احساس کرتے ہیں۔

فیس بک (اب میٹا)، گوگل، ایمیزون، یانڈیکس، اور وائلڈ بیریز جیسی کئی ممتاز کمپنیاں مفت کولنگ ٹیکنالوجی کو اپنانے میں پیش پیش ہیں۔ ان کی ٹریل بلیزنگ حیثیت خطرات کا اندازہ کرنے اور اس ٹیکنالوجی میں شامل مالی فوائد کو تسلیم کرنے کی ان کی رضامندی سے پیدا ہوتی ہے۔ ان کمپنیوں کے لیے انتخاب واضح تھا - یا تو روایتی اسکیموں پر جائیں اور زیادہ لاگتیں اٹھائیں یا ڈیٹا سینٹر کولنگ میں علمبردار بننے کے خطرات اور فوائد حاصل کریں۔

صنعت کا بدلتا ہوا منظر نامہ کارپوریٹ ہائپر اسکیلرز میں مفت کولنگ سلوشنز کو نافذ کرنے کی طرف بڑھتے ہوئے رجحان کی نشاندہی کرتا ہے۔ چونکہ مزید کمپنیاں اس ٹیکنالوجی کی لاگت کی تاثیر اور آپریشنل فوائد کو تسلیم کرتی ہیں، اس لیے یہ توقع کی جاتی ہے کہ مستقبل میں کارپوریٹ فری کولنگ ڈیٹا سینٹرز کی بڑھتی ہوئی تعداد ابھرے گی۔

اگر آپ مفت کولنگ کی طبیعیات کے بارے میں مزید جاننے میں دلچسپی رکھتے ہیں، تو میرے نئے مضمون Free Cooling: Technology Deep Dive میں موضوع کو دریافت کریں۔