Ma'lumotlar markazining samaradorligini optimallashtirish: Freecooling texnikasiga chuqur sho'ng'ish

Oldingi maqolada biz ma'lumotlar markazi infratuzilmasining jadal kengayishi va buning natijasida elektr energiyasi iste'molining oshishi haqida gaplashdik. Serverlar ish paytida elektr energiyasini issiqlikka aylantirar ekan, yuqori haroratni boshqarish va ma'lumotlar markazi ob'ektlari va uskunalarini sovutish birinchi raqamli muammoga aylanadi. DC jamoalari uchun.

An'anaviy sovutish usullari, jumladan, konditsionerlar va sovutgichlar ma'lumotlar markazi binolari va serverlarini samarali sovutsa-da, ularning qimmatligi muhim kamchilik bo'lib qolmoqda. An'anaviy usullardan farqli o'laroq, bepul sovutish katta investitsiyalarni talab qilmaydi, lekin bir xil darajadagi samaradorlik va ishonchlilikni ta'minlaydi. Ushbu maqolada men bepul sovutish texnologiyasini batafsil ko'rib chiqaman, uning afzalliklari, cheklovlari va muvaffaqiyatli amalga oshirish uchun talablarni ta'kidlayman.

Erkin sovutish fizikasi

Erkin sovutishning fizikasini tushunish uchun issiqlik energiyasi formulasini qayta ko'rib chiqishimiz kerak:

Q = mcDT

Bu erda "Q" olingan yoki yo'qolgan issiqlik miqdorini, "m" namunaning massasini (bizning holatda, ma'lumotlar markazidagi havo massasini), "c" havoning o'ziga xos issiqlik sig'imini bildiradi, va DT harorat farqini bildiradi.

Ma'lumotlar markazida asosiy issiqlik manbai protsessordir. Odatda, har biri taxminan 200 vatt quvvatda ishlaydigan 2 dan 4 gacha protsessor mavjud. Yuqorida aytib o'tilganidek, protsessorlar tomonidan iste'mol qilinadigan barcha elektr energiyasi issiqlikka aylanadi. Shuning uchun, masalan, 2 protsessor bilan biz tarqatilishi kerak bo'lgan 400 vatt issiqlik hosil qilamiz. Endi bizning maqsadimiz - bu maqsad uchun zarur bo'lgan havo miqdorini aniqlash.

Parametr DT yoki harorat farqi tashqi havo harorati qancha past bo'lsa, protsessorlarni sovutish uchun kamroq havo massasi kerakligini ko'rsatadi. Misol uchun, agar kirish havosining harorati 0 ° C va chiqish harorati 35 ° C bo'lsa, DT atigi 35 bo'ladi, bu havo massasiga nisbatan ancha past talabni bildiradi. Biroq, yozgi mavsumda atrof-muhit haroratining ko'tarilishi tufayli sovutish yanada qiyinlashadi. Tashqi havo harorati qanchalik baland bo'lsa, serverlarni sovutish uchun shunchalik ko'p havo talab qilinadi.

Server va tarmoq komponentlarining harorat cheklovlari

Erkin sovutish mo''tadil va sovuq iqlim uchun samarali bo'lishi mumkin bo'lsa-da, server komponentlaridagi harorat cheklovlari tufayli u hali ham cheklovlarga ega. Protsessorlar, operativ xotira, HDD, SSD va NVMe drayvlari kabi AT va tarmoq uskunalaridagi muhim komponentlar ish haroratiga qo'yiladigan talablarga ega:

• Protsessorlar: maksimal 89°C
• RAM: maksimal 75 ° C
• Qattiq disklar: maksimal 50°C
• SSD va NVMe drayverlari: maksimal 47-48 ° C

Ushbu cheklovlar tashqi havo haroratining sovutish uchun mosligiga bevosita ta'sir qiladi. Tashqi havo harorati bu chegaralardan oshib ketadigan yoki hatto ularga yaqinlashadigan hududlarda bepul sovutish mos bo'lmaydi, chunki u haddan tashqari issiqlik tufayli tizimga zarar etkazishi mumkin. Mintaqaviy cheklovlar

Yuqorida aytib o'tganimizdek, erkin sovutish samarali bo'lishi uchun tashqi havo harorati doimiy ravishda IT uskunasining maksimal ish haroratidan past bo'lishi kerak. Bu DC joylashuvining iqlim sharoitlarini diqqat bilan ko'rib chiqishni talab qiladi. Tashkilotlar uzoq muddatli ob-havo prognozlarini tahlil qilishlari kerak, hatto ma'lum kunlar yoki soatlarda ham harorat talab qilinadigan chegaralardan oshmaydi. Bundan tashqari, ma'lumotlar markazlarining uzoq umr ko'rish muddatini (odatda 10-15 yil) hisobga olgan holda, global isishning ta'siri ham joylashuv qarorida hisobga olinishi kerak.

Server tugunlari arxitekturasi talablari

Fizika nuqtai nazaridan, serverlarda samarali sovutishga erishish tizim orqali havoning keng oqimini ta'minlashga tayanadi. Bu jarayonda server arxitekturasi muhim rol o‘ynaydi.

Aksincha, teshiklar yoki teshiklar kabi tegishli dizayn xususiyatlariga ega bo'lmagan serverlar havo oqimiga to'sqinlik qilishi mumkin, bu esa erkin sovutish mexanizmining umumiy samaradorligini buzishi mumkin.

Namlikni nazorat qilish

Erkin sovutish haqida gap ketganda, namlik darajasi yana bir muhim e'tibordir. Bizda tashqi namlik sharoitlari ustidan nazorat yo'qligi sababli ikkita tegishli so'rov paydo bo'ladi: birinchidan, ma'lumotlar markazida (DC) namlik darajasi 100% ga yaqin yoki undan yuqori; ikkinchidan, havoning juda past namligi stsenariylarini hal qilish, masalan, sovuq fevral kunida tashqi havo harorati -30 ° C va nisbiy namlik 2% dan 5% gacha. Keling, ushbu vaziyatlarni tizimli ravishda ko'rib chiqaylik.

Yuqori namlik sharoitida kondensatsiyaning yuzaga kelishi va uning uskunaning ishlashiga salbiy ta'siri haqida umumiy tashvish mavjud. Ushbu tashvishdan farqli o'laroq, sovutish jarayoni sodir bo'lgan shaharning qayta sovutish zonalarida kondensatsiyaning oldini oladi. Bu issiq, nam havo sovuqroq yuzalar bilan aloqa qilganda kondensatsiya paydo bo'lishi printsipi bilan bog'liq. Biroq, shaharning erkin sovutish tizimida hech qanday element atrofdagi havodan sovuqroq emas. Binobarin, kondensatsiya tabiatan to'sqinlik qiladi, bu esa faol choralarga ehtiyojni yo'q qiladi.

Aksincha, past namlik bilan shug'ullanganda, qo'rquv statik elektr energiyasini ishlab chiqarishga o'tadi, bu esa uskunaning barqarorligiga tahdid soladi. Bu muammo kondensatsiya bilan bog'liq emas, lekin o'ziga xos echimni talab qiladi. Yumshatish yerga ulash tartib-qoidalarini va maxsus zamin qoplamasini qo'llashni o'z ichiga oladi. Ushbu chora-tadbirlar ichki jihozlarni statik elektrdan himoya qilishning belgilangan usullariga mos keladi. Qurilish elementlari, tokchalar va IT-uskunalarni yerga ulash orqali statik zaryad yerga zararsiz ravishda tarqalib, uskunaning yaxlitligini saqlaydi.

Tabiiy iqlim sharoitida juda yuqori yoki past namlik holatlari kamdan-kam uchraydi. E'tiborga molik istisnolar orasida iyul oyida 100% namlikka erishadigan momaqaldiroq yoki juda past namlikni keltirib chiqaradigan qattiq sovuq kabi noyob hodisalar kiradi. Biroq, ko'pincha namlik darajasi, hatto faol aralashuvlar bo'lmasa ham, uskunaga hech qanday zarar etkazmaydigan maqbul chegaralarda qoladi.

Havo miqdori va tezligi

Yuqorida aytib o'tganimizdek, samarali sovutish uchun bizga katta hajmdagi tashqi havo kerak. Bir vaqtning o'zida, ko'rinadigan darajada ziddiyatli talab paydo bo'ladi - bino ichida past havo oqimini saqlab qolish. Bu aniq paradoks ichkarida aylanib yuradigan yuqori tezlikdagi havo oqimlari bilan bog'liq muammolarga asoslanadi.

Soddalashtirish uchun yuqori havo tezligini IT uskunasi atrofida aylanma va turbulentlik hosil qiluvchi quvurdan kuchli oqim sifatida tasavvur qiling. Bu turbulentlik potentsial ravishda havoning tartibsiz harakatiga va mahalliy qizib ketishga olib keladi. Buni hal qilish uchun biz strategik jihatdan butun kosmosda sekundiga 1-2 metr umumiy past havo tezligini maqsad qilganmiz.

Ushbu boshqariladigan havo tezligini saqlab turish bizga turbulentlikni bartaraf etishga imkon beradi. Yuqori tezlik havo harakatida nosimmetrikliklar xavfini tug'diradi. Sekundiga 1-2 metr oralig'iga rioya qilish orqali biz bir tekis, bir xil havo oqimini ta'minlaymiz va mahalliy qizib ketishdan qochamiz. Ushbu nozik muvozanat yuqori tezlikdagi havo oqimlari bilan bog'liq tuzoqlarni chetlab o'tish orqali AT uskunalarini optimal sovutishni ta'minlaydi.

Ko'rinib turibdiki, erkin sovutish yondashuvi nazorat ostida past ichki havo tezligini birinchi o'ringa qo'yib, tashqi havodan samarali foydalanish atrofida aylanadi. Ushbu qasddan strategiya AT uskunalarini sovutish samaradorligini ta'minlab, laminar va bir xil havo oqimini saqlashga yordam beradi.

Qurilish kontseptsiyasi

Erkin sovutish paradigmasida an'anaviy havo kanallari binoning tuzilishida ishlatilmaydi. Devorlarda, shiftlarda yoki ma'lum joylarda maxsus havo kanallari bo'lgan an'anaviy o'rnatishlardan farqli o'laroq, ma'lumotlarni qayta ishlash markazlari noan'anaviy yondashuvni qo'llaydi. Binoning o'zi havo kanali sifatida ishlab chiqilgan bo'lib, an'anaviy konditsioner qurilmalari eskirgan. Ushbu havo kanallarining katta miqyosi ularni xonalar va qavatlarning ajralmas qismlariga aylantiradi.

Havo oqimi jarayoni tashqi havo binoga kirganda boshlanadi, ikki turdagi filtrlardan o'tadi - qo'pol filtrlar va nozik filtrlar. Havo tozalash jarayonidan o'tgandan so'ng, fanatlar tomonidan balandligi taxminan to'rt qavatga teng bo'lgan keng bino hajmlariga suriladi. Bu katta hajm o'z maqsadiga xizmat qiladi: havo oqimini sekinlashtirish, uning tezligini sekundiga 1-2 metr zarur diapazonga kamaytirish. Keyinchalik, havo mashinalar xonasiga tushadi.

Mashina xonasini bosib o'tgandan so'ng, havo IT tokchalari orqali sayohatini davom ettiradi va issiq yo'lakka o'tadi. U yerdan egzoz fanatlari orqali tashqariga chiqarilishidan oldin issiq havo kollektoriga kiradi. Ushbu tuzilgan havo oqimi yo'li boshqariladigan havo tezligini saqlab, samarali sovutish jarayonini ta'minlaydi.

Havo tezligi va ovoz balandligi

Keng qurilish hajmlaridan foydalanishning ataylab dizayn tanlovi ikki tomonlama maqsadga xizmat qiladi. Avvalo, havo tezligini bosqichma-bosqich kamaytirish imkonini beradi, havo oqimi sekundiga 1-2 metr kerakli tezlikka erishishini ta'minlaydi. Bu boshqariladigan havo tezligi turbulentlikning oldini olish va laminar oqimni saqlab qolish uchun juda muhim, ayniqsa havo sezgir IT uskunalari orqali o'tishida muhim ahamiyatga ega. Ikkinchidan, sezilarli hajm hosil bo'lgan issiqlikni samarali ravishda tarqatish uchun zarur bo'lgan havo hajmini o'z ichiga oladi. Havo tezligi va ovoz balandligining sinxronlashtirilgan o'zaro ta'siri tizimning umumiy muvaffaqiyatiga hissa qo'shadi.

Yagona boshqaruv drayveri sifatida differentsial bosim

Bepul sovutish sozlamalarida biz tashqi havo harorati ustidan nazoratga ega emasmiz, bu esa Data Center (DC) ga kiradigan havo haroratining o'zgarishiga olib keladi. Shunga qaramay, uskunani sovutish uchun zarur bo'lgan havo oqimini hisoblash juda muhimdir. Buni hal qilish uchun biz differentsial bosim usuliga tayanamiz.

Har bir IT stend ichida ichki fanatlari bo'lgan serverlar turli tezliklarda ishlaydi va birgalikda rafning old va orqa tomoni o'rtasida differentsial bosim hosil qiladi. Har biri umumiy havo oqimiga hissa qo'shadigan ko'plab serverlar bilan bu bosim farqi asta-sekin sovuq va issiq yo'laklar o'rtasida paydo bo'ladi. Ikkala yo'lakda ham, shahar binosi tashqarisida ham bosim sezgichlaridan foydalanib, biz bu differentsial bosimni o'lchashimiz mumkin.

Hisoblash issiq yo'lakdagi bosim sensori ma'lumotlarini atmosfera bosimidan va sovuq yo'lakdagi bosim sensori ma'lumotlarini atmosfera bosimidan olib tashlashni o'z ichiga oladi. Shunday qilib, quyidagi misolda bo'lgani kabi:

Haqiqiy dunyo misoli

Olingan qiymatlar bizni doimiy tok uchun zarur bo'lgan havo ta'minotini va server muxlislari ishini bartaraf etish uchun kerakli egzozni aniqlashda yordam beradi. Oddiyroq qilib aytganda, biz havo oqimiga bo'lgan ehtiyojimizni bosim farqlari asosida o'lchaymiz, bu bizga DC ichidagi sovutish jarayonini samarali boshqarish imkonini beradi.

Isitish va aralashtirish kamerasi

An'anaviy isitish tizimlari odatda bepul sovutishli ma'lumotlar markazlarida qo'llanilmaydi. Suvdan foydalanish xarajat va uskunalar uchun potentsial xavflar tufayli mantiqiy emas. Bu qattiq sovuq paytida qiyinchilik tug'diradi, tashqarida -20-30 darajaga etadi. Uskunalar buni yaxshi bajarsa-da, muhandislar yumshoqroq yondashuvni izlaydilar. Bu erda eng oqlangan va mantiqiy yechim IT uskunalari tomonidan ishlab chiqarilgan issiq havoni qayta ishlatishdir. Issiq havoni serverlardan aralashtirish kamerasiga yo'naltirish va uning bir qismini asosiy havo oqimiga qaytarish, tizim qishda binolarni issiq ushlab turadi va isitish xarajatlarini tejash imkonini beradi.

Oddiylik va ishonchlilik

Ishonchlilik nazariyasidagi asosiy tezis soddalik ishonchlilikni keltirib chiqarishini tasdiqlaydi. Bu juda oddiy tushuncha bo'lgan bepul sovutish tizimiga tegishli. Tizim to'siq vazifasini bajaradi, havoni filtrlar orqali tashqaridan olib chiqadi, IT-uskunalari orqali o'tkazadi va keyin uni chiqarib yuboradi.

Murakkab tizimlarning yo'qligi ishonchlilikni oshiradi, faqat muxlislar issiq havoda zaiflikni keltirib chiqaradi. Erkin sovutish yondashuvi tizimni tubdan soddalashtirishga misol bo'lib, elementlar sonini kamaytirish orqali ishonchlilikni sezilarli darajada oshiradi.

DC muxlislari server muxlislariga qarshi

Ventilyatorlarning ierarxik vakolatlari DC ichidagi havo oqimi dinamikasidagi yana bir asosiy savoldir. Biz muhokama qilganimizdek, DC darajasida va server darajasida keng ko'lamli muxlislar mavjud. Savol tug'iladi: ma'lumotlar markazi muxlislari faqat havo bilan ta'minlab, server muxlislarini kerakli darajada iste'mol qiladimi? Yoki talab server muxlislaridan kelib chiqadimi, bu DC muxlislarini o'z talablarini bajarishga majbur qiladimi?

Mexanizm quyidagicha: server muxlislari bu jarayonda asosiy rolga ega bo'lib, kerakli havo oqimini aniqlaydi. Keyinchalik, shahar fanatlari kerakli havo hajmini etkazib berish orqali javob beradi. Ma'lum bo'lishicha, agar barcha serverlarning jami talabi doimiy tok fanining ta'minot quvvatidan oshib ketsa, bu potentsial qizib ketishga olib kelishi mumkin.

Demak, javob shundaki, server muxlislari ushbu dinamikada ustunlikka ega. Ular kerakli havo miqdorini belgilab, havo oqimini tartibga soladilar.

Samaradorlik va PUE hisoblash

DC loyihasining samaradorligini baholash uchun an'anaviy ravishda Quvvatdan foydalanish samaradorligini hisoblash (PUE) qo'llaniladi. PUE formulasi - umumiy quvvatning IT-uskuna quvvatiga nisbati:

PUE = Qurilishning umumiy quvvati / IT uskunasining quvvati

Ideal holda, u 1 ga teng bo'lib, barcha energiya hech qanday isrofgarchiliksiz IT uskunalariga yo'naltirilganligini bildiradi. Biroq, bu mukammal stsenariyga erishish real loyihalarda kamdan-kam uchraydi.

Quvvatdan foydalanish samaradorligini (PUE) hisoblashning aniq metodologiyasini yaratishga harakat qilganimizda yana bir muammo paydo bo'ladi. Shunday qilib, masalan, bizning tizimimizda biz vattlarda bir lahzali quvvat sarfini ko'rsatadigan ko'rsatkichga egamiz, bu esa real vaqtda PUEni hisoblash imkonini beradi.

Bundan tashqari, biz yillik davr uchun o'rtacha PUEni olishimiz mumkin, bu mavsumiy tebranishlarni hisobga olgan holda yanada kengroq baholashni taklif qiladi. Bu, ayniqsa, fasllar orasidagi energiyadan foydalanishdagi nomutanosiblikni hisobga olgan holda to'g'ri keladi; masalan, yoz va qish oylari o'rtasidagi sovutish talablarining nomutanosibligi. Bu shuni anglatadiki, agar biz ishonchliroq baholashga ega bo'lishni istasak, yanada muvozanatli va keng qamrovli baholashni ta'minlaydigan yillik o'rtacha qiymatga ustunlik berishimiz kerak.

Bundan tashqari, PUEni nafaqat energiya, balki pul birliklari bo'yicha ham o'rganish, shu bilan elektr energiyasi narxlarining mavsumiy tebranishlarini o'z ichiga olishi muhimdir. PUEni pul ko'rinishida baholash operatsion samaradorlikka yanada yaxlit nuqtai nazar beradi.

Bundan tashqari, ushbu yondashuv dollarda o'lchanganida 1 dan kam bo'lgan PUE qiymatiga erishish imkoniyatlarini ochib beradi. Masalan, biz chiqindi issiqlikni suv isitish uchun ishlatsak va uni yaqin atrofdagi shaharlarga sotishimiz mumkin bo'ladi. AQShdagi Google ma'lumotlar markazi va Finlyandiyadagi Yandex ob'ekti kabi diqqatga sazovor misollar, ayniqsa, energiya xarajatlari yuqori bo'lgan hududlarda bunday amaliyotlarning hayotiyligini ko'rsatadi.

Samaradorlik va ishonchlilik

Xarajatlarni kamaytirish va samaradorlikni oshirish bilan bog'liq tashvishlar ko'pincha ishonchlilikka salbiy ta'sir ko'rsatishi haqida savollar tug'diradi. Biroq, shuni ta'kidlashni istardimki, erkin sovutishda samaradorlikka intilish ishonchlilikni buzmaydi. Buning o'rniga, uning texnologik yon ta'siri hatto samaradorlikni oshirishi mumkin. Misol uchun, biz allaqachon muhokama qilganimizdek, qo'shimcha imtiyozlar uchun, masalan, yaqin atrofdagi shaharlar uchun issiq suv ishlab chiqarish uchun ortiqcha issiqlikni issiqlik nasoslariga yo'naltirish, ishonchlilikdan voz kechmasdan, moliyaviy jihatdan foydali amaliyotga aylanadi.

Erkin sovutish kelajagi

Bepul sovutishning barcha afzalliklariga qaramay, ma'lumotlar markazi sanoati hali ham konservativ yondashuvga asoslangan va innovatsion echimlarga qarshilik ko'rsatish tendentsiyasi bilan tasdiqlangan ishonchlilikni talab qiladi. kabi organlarning sertifikatlariga tayanish Ish vaqti instituti marketing uchun bepul sovutish yechimlari uchun yana bir to'siq bo'lib, belgilangan sertifikatga ega bo'lmaganligi sababli, tijorat provayderlari ularga shubha bilan qarashadi.

Shunga qaramay, korporativ giper-skalerlar o'zlarining DC uchun asosiy yechim sifatida bepul sovutishni qabul qilish tendentsiyasi mavjud. Ushbu texnologiyaning iqtisodiy samaradorligi va operatsion afzalliklarini e'tirof etayotgan kompaniyalar soni ortib borayotganligi sababli, kelgusi 10-20 yil ichida ko'proq korporativ sovutish ma'lumotlar markazlari paydo bo'lishini kutamiz.