Ma'lumotlar markazini sovutishning evolyutsiyasi: havoga asoslangan usullardan erkin sovutishgacha

Muammoni aniqlash

Ma'lumotlar markazlari infratuzilmasidagi o'sish sur'atlari va IT uskunalaridan foydalanishning bir vaqtning o'zida o'sishi elektr energiyasi iste'molining oshishiga olib keldi.

Ma'lumotlar markazlarining ajralmas tarkibiy qismi bo'lgan serverlar ishlayotgan vaqtda elektr energiyasini issiqlikka aylantirganligi sababli, biz yuqori harorat va salqin ma'lumotlar markazi binolari va uskunalari bilan shug'ullanish muammosiga duch kelamiz.

Keling, maktab fizikasi asoslarini tezda eslaylik: termodinamikaning asosiy tamoyillariga rioya qilgan holda, energiya yo'qolmaydi, balki aylanadi. Shunday qilib, agar ma'lumotlar markazi 1 MVt elektr energiyasini iste'mol qilsa - bu butun energiya kvanti ekvivalent issiqlik miqdoriga aylanadi. Binobarin, qancha ko'p elektr energiyasi iste'mol qilinsa, ma'lumotlar markazida hosil bo'ladigan issiqlikni boshqarish shunchalik qiyin bo'ladi.

Vaziyat yanada murakkablashadi, chunki IT uskunalari har xil jismoniy o'lchamlarga ega bo'lgan holda turli xil energiya iste'moli darajalariga ega bo'lishi mumkin. Masalan, energiya sarfi yuqori bo'lgan uskunalar kichik o'lchamlarga ega bo'lishi mumkin, bu esa konsentrlangan issiqlikni samarali sovutish bilan bog'liq muammolarni keltirib chiqaradi. Boshqa tomondan, nisbatan o'rtacha elektr energiyasi iste'moliga ega bo'lgan kattaroq IT uskunalari kattaroq sirt maydoni tufayli sovutish osonroq. Ma'lumotlar markazlari odatda jihoz o'lchamlari va iste'mol darajalarining aralashmasini o'z ichiga oladi, bu nafaqat turli xil IT uskunalarini sovutish, balki har bir uskuna turining harorat talablaridan kelib chiqqan holda, har xil tezliklarda ham buni amalga oshirishni talab qiladi. Aytish kerakki, shaharni sovutish uchun bizga katta miqdorda elektr energiyasi kerak bo'ladi, bu esa operatsion xarajatlarni oshiradi.

Ma'lumotlar markazlarida energiyadan samarali foydalanish muammosi, ayniqsa, elektr energiyasi narxining global o'sishi bilan keskinlashmoqda. Ga binoan Statista hisoboti 2021 va 2022 yillar oralig'ida elektr energiyasining jahon narxlari barcha vaqtlardagi maksimal darajaga ko'tarildi. 2021 yilning ikkinchi yarmida sog'liqni saqlash bo'yicha COVID-19 inqirozi pasayganda, energiyaga bo'lgan talab oshdi va elektr energiyasi narxi birinchi rekord darajaga yetdi. 2022 yil boshida energiya bozori yana keskinlashdi va energiya inqirozi kuchaydi.

Ishlash samaradorligi oshishiga qaramay, ma'lumotlar markazining elektr energiyasi iste'moli ortib bormoqda.

Boshqacha qilib aytadigan bo'lsak, har bir vatt uchun ishlash yaxshilanayotgan bo'lsa-da, resurslarga bo'lgan talab yanada tezroq o'sib boradi, shuning uchun umumiy iste'mol muqarrar ravishda xarajatlar bilan birga oshadi. Biroq, sovutish tizimlarini optimallashtirish orqali sezilarli darajada tejashga erishish mumkin. Bu meni umuman samarali sovutish usullarini va xususan, bepul sovutishni chuqurroq ko'rib chiqishga majbur qildi.

Ma'lumotlar markazlarida energiya iste'moli darajasini baholash odatda Quvvatdan foydalanish samaradorligi (PUE) ko'rsatkichiga asoslanadi. PUE ma'lumotlar markazining samaradorligini umumiy energiya sarfini faqat IT uskunalari uchun ishlatiladigan energiyaga nisbatan baholash orqali o'lchaydi. Bu haqda biroz keyinroq batafsilroq gaplashamiz. Biz hozir bilishimiz kerak bo'lgan narsa shundaki, pastroq PUE yanada samarali ma'lumotlar markazini bildiradi, bu esa hisoblashdan tashqari quvvatga bo'lgan ishonchni kamaytiradi. O'sib borayotgan infratuzilma va elektr energiyasi iste'moli oshib borayotgan bir sharoitda, PUEni yanada samarali sovutish tizimlari bilan optimallashtirish moliyaviy ehtiyotkorlik va barqaror operatsiyalarni ta'minlaydi.

Ushbu maqolada biz sovutishning an'anaviy va innovatsion usullarini ko'rib chiqamiz va ulardan qaysi biri maksimal samaradorlikni taqdim etishini aniqlaymiz.

Sovutish usullari haqida umumiy ma'lumot

Havo va havosiz

Soddalashtirilgan tasnifda sovutish texnikasini ikkita asosiy toifaga ajratish mumkin: havoga asoslangan va havoga asoslangan bo'lmagan usullar. Aniqroq aytadigan bo'lsak, havo sovutish an'anaviy yondashuvlarni o'z ichiga oladi, havo bo'lmagan toifaga esa suv, moy yoki qattiq materiallar kabi moddalarni ishlatadigan turli usullar kiradi. Shunisi e'tiborga loyiqki, sovutish usullarining 99% ni tashkil etuvchi aksariyat qismi havoni sovutish soyaboniga to'g'ri keladi.

Konditsionerlar

Konditsioner tizimlari professional ma'lumotlar markazlarida havo sovutishning eng keng tarqalgan vositasidir. Ularning asosiy printsipi turar-joy konditsionerlarini aks ettiradi: serverlar orqali oqib o'tadigan havo konditsioner orqali aylanadi, radiator panjara orqali sovutiladi va keyin serverlarga qayta aylanadi. Ushbu tsiklik jarayon uzluksiz sovutish mexanizmini ta'minlaydi.

Sovutgichlar

Konditsionerlardan keyin sovutgichlar ikkinchi eng keng tarqalgan sovutish tizimi hisoblanadi. Konditsionerlardan farqli o'laroq, sovutgichlar iqlim nazoratini talab qiladigan bo'shliqlardan issiqlikni uzatish uchun suvdan (yoki suvga asoslangan eritma) foydalanadi. Konditsioner oddiyroq va odatda arzonroq bo'lsa-da, uning yuqori energiya xarajatlari ba'zan korxonalar uchun to'sqinlik qilishi mumkin. Boshqa tomondan, sovutilgan suv tizimlari ko'proq energiya tejamkor, lekin ularni o'rnatish va texnik xizmat ko'rsatishda ko'proq komponentlar va murakkabliklarni talab qiladi.

Adiabatik kameralar va paspaslar

Adiabatik sovutish suv quyilgan va bug'langan kameralar yoki paspaslardan foydalanishni o'z ichiga oladi. Suv bug'langanda, kameralar va paspaslar ichidagi havo bilan birga soviydi. Adiabatik sovutish uchinchi maqbul variant bo'lsa-da, u biroz ekzotik hisoblanadi va konditsionerlar va sovutgichlar bilan solishtirganda ma'lumotlar markazini sovutishda unchalik qo'llanilmaydi.

Suvni sovutish

Suv sovutish tizimlarida issiqlik tarqalishi uchun suv yoki suv o'z ichiga olgan suyuqliklar ishlatiladi. Suv quvurlari strategik jihatdan server xonalarida joylashtirilgan, har bir server ikkita quvurga ulangan - biri issiq suv oqimi uchun, ikkinchisi esa sovuq suv oqimi uchun. CPU, GPU va boshqa uskunalardagi radiatorlar to'g'ridan-to'g'ri ushbu suv ta'minoti tizimiga ulangan. Ushbu yondashuv nafaqat ma'lumotlar markazi jihozlari va binolarini sovutadi, balki qo'shimcha foydalanish uchun iliq suv ta'minotini ham yaratadi.

Issiqlik almashinuvchilari

Bu usul tashqi sovuq muhitdan foydalanish orqali sovutish samaradorligini oshiradi.

Ko'l, dengiz yoki sovuq zamin kabi yaqin atrofdagi sovuq manba mavjud bo'lganda, IT uskunasidan katta hajmdagi issiqlikni uzatish uchun suv quvurlari to'g'ridan-to'g'ri unga joylashtirilishi mumkin.

Ekzotika

Bundan tashqari, noan'anaviy usullar mavjud. Ulardan biri Peltier elementlariga yoki termoelektrik sovutgichlarga (TEC) asoslangan. Ushbu yondashuv yarimo'tkazgich effektlariga tayanadi va bir tomondan isitiladigan va boshqa tomondan sovutilgan maxsus plastinkaga elektr energiyasini etkazib berishni o'z ichiga oladi.

Yana bir avangard yondashuv - bu suv osti ma'lumotlar markazlarini joylashtirish. In Microsoft-ning Natick loyihasi , masalan, 2018-yil bahorida Shimoliy orollarda maʼlumotlar markazi 117 fut chuqurlikka choʻkib ketdi. Keyingi ikki yil davomida jamoa maʼlumotlar markazi serverlarini qattiq sinovdan oʻtkazdi va monitoring qildi. Muhrlangan konteynerni okean tubiga joylashtirish odatda quruqlikda yuzaga keladigan korroziya, harorat o'zgarishi va jismoniy buzilishlar kabi muammolarni yumshatish orqali ma'lumotlar markazining umumiy ishonchliligini oshirishi mumkinligi tasdiqlandi.

Bepul sovutish

Ushbu texnika, ayniqsa, sovutish samaradorligini maksimal darajada oshirishga qaratilgan. Bepul sovutish an'anaviy sovutish tizimlariga tayanmasdan ma'lumotlar markazi ichidagi havoni yangilaydi. U tabiiy tashqi havodan qanday bo'lsa, shunday foydalanadi. Odatda tashqi havo faqat namlik nazorati ostida bo'ladi va keyin tabiiy termodinamik jarayonlar ma'lumotlar xonalari ichidagi haroratni tartibga soladi.

Bu usul energiya sarfini sezilarli darajada kamaytiradi (boshqa CRAH tizimlariga nisbatan 75% dan 92% gacha kamroq), karbonat angidrid chiqindilarini kamaytiradi va sovutish tizimida suvga bo'lgan ehtiyojni yo'q qiladi.

Bepul sovutish kam energiya talab qiladigan eng ekologik toza variantlardan biridir. Bundan tashqari, bu xarajatlarni tejashga yordam beradi, chunki ma'lumotlar markazlari tomonidan ishlatiladigan quvvatning 40% sovutishga ketadi. Ushbu tizim hatto og'ir sharoitlarda ham havo bilan sovutilgan barcha jihozlarning ish faoliyatini yaxshilaydi. Bu erda erkin sovutish jarayonining oddiy vizual tasviri:

Ko'rib turganingizdek, tizim juda sodda tarzda ishlaydi, tashqi havoni filtrlar, IT uskunalari orqali yo'naltiradi va uni tashqariga chiqaradi. Murakkablikning bu qisqarishi, faqat fanatlar potentsial zaiflik sifatida, erkin sovutish bo'yicha DC ning umumiy ishonchliligini oshiradi.

Murakkab uskunalarga ega tizimlardan farqli o'laroq, murakkab komponentlarning yo'qligi ham dastlabki sozlash xarajatlarini, ham davomiy ta'mirlash xarajatlarini kamaytiradi. Shunday qilib, moliyaviy afzalliklar qurilish bosqichida boshlanadi, bu erda bepul sovutishning soddalashtirilgan dizayni sezilarli tejashga aylanadi.

Tanlov azobi

Konferentsiyalar va yig'ilishlar paytida men ko'pincha paradoks atrofida aylanadigan ko'plab savollarni olaman: agar bepul sovutish xarajatlarni tejash va soddalik nuqtai nazaridan foydali bo'lsa, nega sanoatda universal tarzda qo'llanilmaydi?

Bu nima uchun uning afzalliklariga qaramay, faqat cheklangan miqdordagi kompaniyalar bepul sovutishni qo'llab-quvvatladilar, boshqalari esa an'anaviy usullardan foydalanishda davom etmoqdalar, degan kengroq savol tug'iladi. Bunga javob ustunlik qilayotgan sanoat dinamikasini ko'p qirrali tekshirishda yotadi.

Sanoat diktaturasi

Ishonchlilik asosiy ahamiyatga ega bo'lgan ma'lumotlar markazi sanoatida innovatsion echimlarni qabul qilish ko'pincha qarshilikka duch keladi. Men buni, birinchi navbatda, DC sanoatining konservativ tabiati bilan bog'layman, bu erda qaror qabul qiluvchilar innovatsion echimlardan ko'ra tasdiqlangan kontseptsiyalarga ustunlik beradi.

Bepul sovutish kabi yangi texnologiyalar tejamkorlik va samaradorlikni va'da qilsa-da, sanoat vakillari serverlarning uzluksiz ishlashini ta'minlash uchun an'anaviy, ammo ishonchli yondashuvlarni afzal ko'rishadi.

Marketing to'siqlari

Bu erda yana bir nuqta shundaki, sanoatning qariyb 80 foizini tashkil etuvchi tijorat DC provayderlari mustaqil tashkilotlarning sertifikatlariga tayanadi. Ish vaqti instituti ularning ishonchliligini bozorga chiqarish. Biroq, bu bepul sovutish echimlari uchun qiyinchilik tug'diradi, chunki ular uchun hali o'rnatilgan sertifikat mavjud emas. Bu holat tijorat provayderlarini muqobil sovutish usullariga qarshilik ko'rsatishga olib keladi, ularning ishonchliligi va sertifikatlash pretsedentining yo'qligi bilan bog'liq noaniqliklarni keltirib chiqaradi.

Global isish tashvishlari

Tanqidchilar ko'pincha global isishning erkin sovutishning hayotiyligiga ta'siri haqida tashvishlanishadi. Biroq, argument global isishning bosqichma-bosqich tabiatini tan olish orqali rad etiladi, o'n yil ichida taxminan 1,5 darajaga o'sadi. Bu oddiy harorat o'zgarishi yaqin kelajakda erkin sovutish eritmalarining barqarorligini buzishi dargumon.

"Faqat vaziyatda" argumenti

To'g'ridan-to'g'ri sovutish usulini tanlaydigan kompaniyalar uchun yana bir keng tarqalgan amaliyot - bu bepul sovutishdan tashqari ehtiyot chorasi sifatida zaxira konditsioner qurilmalarni kiritishdir. Ushbu "har qanday holatda" dalil bepul sovutishning asosiy kontseptsiyasini buzadi, keraksiz murakkablikni kiritadi va moliyaviy va operatsion samaradorlikni buzadi.

Kichkina konditsioner uchun ham freon, simlar, suyuqliklar, tizimlar va boshqaruv elementlari kabi turli komponentlarni ta'minlash zarurati tug'iladi. Zaxira konditsionerga ega bo'lish g'oyasini qabul qilish o'rniga, sanoat yolg'on umidlarga tayanmasdan, erkin sovutish tizimini keng sharoitlarga moslashtirishga e'tibor qaratishi kerak.

Haqiqiy xavflar va mulohazalar

Bepul sovutish yechimini o'ylab ko'rayotganda, ba'zi jiddiy xavflar va fikrlar e'tiborni talab qiladi. Asosiy e'tibor jug'rofiy mintaqadir, chunki Arab Amirliklari kabi mintaqada bepul sovutishni o'rnatish oqlanmasligi mumkin.

Foydalanish imkoniyati - bu e'tiborga olinadigan yana bir jihat. Tanlangan hudud zarur infratuzilmaga ega bo'lishi va ma'lumotlar markaziga texnik xizmat ko'rsatish vazifasi yuklangan ixtisoslashgan xodimlar tomonidan osonlik bilan yetib borishi kerak. Ulanish, shu jumladan optik liniyalarning mavjudligi ham muhimdir. Misol uchun, Arktika doirasidan tashqarida erkin sovutadigan ma'lumotlar markazini tashkil etish aloqa liniyalarining yo'qligi va malakali ishchi kuchini saqlash muammosi tufayli amaliy bo'lmaydi.

Ushbu logistika nuqtai nazaridan tashqari, bepul sovutish uchun yagona cheklovlar mintaqaning maksimal harorati (taxminan 38-40 daraja) va havo sifati bilan bog'liq. Haddan tashqari ifloslangan joylar, masalan, gavjum avtomagistrallar yoki intensiv qishloq xo'jaligi faoliyati yaqinlari muammolarga olib kelishi mumkin. To'g'ridan-to'g'ri taqiq bo'lmasa-da, bunday joylarda filtrlarni tez-tez almashtirish kerak bo'ladi. Ichki havoni aylanib yuradigan an'anaviy konditsionerli ma'lumot markazlaridan farqli o'laroq, erkin sovutish markazlari tashqi havoni tortib oladi va filtrni yanada ehtiyotkorlik bilan saqlashni talab qiladi. Boshqa joylashuv parametrlari anʼanaviy maʼlumotlar markazlari uchun qoʻllaniladigan parametrlarga mos keladi.

Kashshoflar va kelajak tendentsiyalari

Sanoatning konservativ tabiatiga qaramay, ba'zi istiqbolli korporativ kompaniyalar alternativalarning sezilarli afzalliklarini baholaydilar. Raqamli tahlil orqali bepul sovutishning iqtisodiy samaradorligini hisoblab, ular taklif qiladigan potentsial xarajatlarni tejashni tushunadilar.

Facebook (hozirgi Meta), Google, Amazon, Yandex va Wildberries kabi bir qancha taniqli kompaniyalar bepul sovutish texnologiyasini joriy etishda kashshoflardir. Ularning ilg'or holati xavflarni baholash va ushbu texnologiyaga xos bo'lgan moliyaviy afzalliklarni tan olishga tayyorligidan kelib chiqadi. Ushbu kompaniyalar uchun tanlov aniq edi - yo an'anaviy sxemalarga o'ting va yuqori xarajatlarga duchor bo'ling yoki ma'lumotlar markazini sovutish bo'yicha kashshof bo'lish xavfi va foydasini oling.

Sanoatning rivojlanayotgan landshafti korporativ giper-skalerlar orasida bepul sovutish yechimlarini joriy qilish tendentsiyasi ortib borayotganidan dalolat beradi. Ko'proq kompaniyalar ushbu texnologiyaning tejamkorligi va operatsion afzalliklarini tan olishlari sababli, kelajakda korporativ sovutishsiz ma'lumotlar markazlari soni ortib borishi kutilmoqda.

Agar siz bepul sovutish fizikasi haqida ko'proq ma'lumotga qiziqsangiz, mening yangi maqolamdagi mavzuni o'rganing Free Cooling: Technology Deep Dive.