خنک‌سازی مرکزداده، یکی از بحث بر‌انگیزترین و مهم‌ترین موضوعات در صنعت است. صرف‌نظر از سن یا مقیاس تأسیسات، استفاده از برق مرکز داده و کارایی آن بسیار مهم است.
بر کسی پوشیده نیست که دیتاسنترها یکی از بزرگترین مصرفکنندگان برق در سراسر جهان هستند. تخمین زده میشود که صنعت دیتاسنتر مصرف‌کننده 1 تا 1.5 درصد برق جهانی است. انتظار می‌رود این آمار تنها زمانی افزایش یابد که سرویس‌های ابری، محاسبات لبه، اینترنت اشیا، هوش مصنوعی (AI) و سایر فناوری‌های تحول دیجیتال در حال گسترش باشند. بهبود در بهره‌وری فناوری، تنها با افزایش روزافزون محاسبات و ذخیره‌سازی مورد نیاز، برای برآورده کردن نیازهای مصرفکنندگان و کسب‌وکارها جبران میشود.
علاوه بر این، نیاز به افزایش توان مرکز داده سال به سال در حال افزایش است. میانگین چگالی توان رک در حال حاضر حدود 7 کیلو وات است و دیدن چگالی رک 15 یا 16 کیلو وات در هر رک غیر معمول نیست. محاسبات با کارایی بالا (HPC)، چگالی توان را میتواند به 100 کیلو وات در هر رک برساند. در اینجا این پرسش پیش می‌آید که افزایش چگالی توان و کاهش خنک‌سازی مرکز داده چه معنایی دارد؟ چگونه بر اثربخشی مصرف برق (PUE) تأثیر می‌گذارد؟ مالکان و اپراتورهای مراکز داده برای مقابله با تغییرات تقاضاهای مشتریان، در امکانات خود چه اقداماتی میکنند؟
در این مقاله، سیستم‌ها و روش‌های فعلی برای خنک‌سازی تاسیسات مرکز داده و همچنین فناوری‌های خنککننده در آینده را که می‌توانند صنعت مرکز داده را مختل سازند، بررسی می‌شوند. همچنین اجزای مختلف خنک کننده ی مرکز داده و نیز هزینه ها و صرفه جویی های احتمالی بررسی خواهد شد.
چرا سرمایش مرکز داده مهم است؟
هزینه‌های بالای مرتبط با زیرساخت‌های خنککننده یکی از دلایلی است که باعث میشود کسب‌وکارها، مراکز داده‌ی متمرکز در محل خود را رها کرده و به سمت کلوکیشن بروند. از طرفی اکثر مراکز داده‌ی خصوصی و رک‌های مخابراتی برای خنک کردن زیرساخت‌های فناوری اطلاعات کاملاً ناکارآمد هستند. آنها همچنین فاقد قابلیت‌های نظارتی مراکز داده سیار هستند، که بهینه‌سازی کامل زیرساخت‌ها برای کاهش تقاضای خنککننده را بهطور فزاینده‌ای چالش‌برانگیز میکند.
بدیهی است که سرد کردن مرکز داده با مدیریت ضعیف میتواند منجر به گرمای بیش از حد شده و در نتیجه به تنش گرمایی قابل توجهی بر سرورها، دستگاه‌های ذخیره‌سازی و سختافزار شبکه منجر شود. این سرد کردن میتواند آثاری مانند خرابی، آسیب به اجزای حیاتی و طول عمر کوتاه‌تر تجهیزات در پی داشته باشد و به افزایش هزینه های سرمایه ای منجر شود. سیستم های خنککننده ی ناکارآمد می‌توانند هزینه‌های برق را بهطور قابل توجهی افزایش دهند.
سیستم ها و روش‌های خنککننده فعلی
خنککننده CVC
CVC (سرنام Calibrated Vectored Cooling) نوعی فناوری خنک کننده ی مرکز داده است که بهطور خاص برای سرورهایی با چگالی بالا ساخته شده است. این دستگاه مسیر جریان هوا را از طریق تجهیزات بهینه میکند تا به سیستم خنککننده اجازه دهد گرما را بهطور مؤثرتری مدیریت کند، و این امکان را فراهم میکند که به نسبت هر برد الکترونیکی در ازای هر رک سرور، سرما را افزایش دهد.
سیستم آب سرد (چیلد واتر)
آب سرد یک سیستم خنک کننده‌ی مرکز داده است که معمولاً در مراکز داده با اندازهی متوسط تا بزرگ استفاده میشود و برای سرد کردن هوای وارد شده به هواسازها (CRAHs) استفاده میشود. آب خنک توسط یک چیلر واقع در مکانی در تاسیسات تامین میشود.
مهار راهروی سرد/راهروی گرم
مهار راهروهای سرد و گرم، شکل رایجی از استقرار رک سرور مرکز داده است که از ردیف‌های متناوب «راهروهای سرد» و «راهروهای گرم» استفاده میکند. راهروهای سرد دارای ورودی های هوای سرد در جلوی رک‌ها هستند، در حالی که راهروهای گرم از خروجی های هوا در پشت رک‌ها تشکیل می‌شوند. راهروهای گرم، هوای گرم را به داخل ورودی های تهویه‌ی مطبوع وارد میکنند تا سرد شود و سپس به راهروهای سرد تخلیه میشود. رک های خالی پر از پانل های خالی هستند تا از گرم شدن بیش از حد یا هدر رفتن هوای سرد جلوگیری کنند.
تهویه‌ی مطبوع اتاق کامپیوتر (CRAC)
یکی از رایج‌ترین دستگاه‌های هر مراکز داده، واحدهای CRAC(سرنام Computer Room Air Conditioner) هستند که بسیار شبیه به دستگاه‌های تهویه‌ی مطبوع معمولی (اسپلیت‌ها) بوده و توسط یک کمپرسور کار میکنند که هوا را خنک میکنند. آنها از نظر مصرف انرژی کاملاً ناکارآمد ولی تجهیزاتی نسبتاً ارزان هستند.
هواساز اتاق کامپیوتر (CRAH)
یک واحدCRAH (سرنام Computer Room Air Handler) در یک سیستم بزرگ‌تر که شامل یک چیلر است، عمل میکند. آب سرد از طریق یک کویل خنککننده در داخل واحد، جریان می‌یابد و سپس از فن‌های تعدیل‌کننده برای مکش هوا از خارج از تاسیسات استفاده میکند. از آنجایی که واحدهای CRAH با خنک کردن هوای خارجی کار میکنند، این دستگاه‌ها در مکان‌هایی با دمای سالانه‌ی سردتر نسبت به سایر نقاط، استفاده می‌شوند و بسیار کارآمدتر هستند.
بار سرمایش بحرانی
ظرفیت سرمایش قابل استفاده (معمولاً توان بر حسب وات بیان میشود) در کف مرکز داده برای اهداف خنک‌سازی سرورها را نمایش میدهد.
سرمایش تبخیری
با عبور هوای گرم از روی قطرات آب، دما مدیریت می شود که در حقیقت باعث تبخیر آب و از دست رفتن گرمای هوا میشود. از آب می توان در انواع سیستم مه پاش یا مواد مرطوبکننده مانند فیلترنمدی استفاده کرد. این سیستم بسیار کارآمد در مصرف انرژی است زیرا از واحدهای CRAC یا حتی CRAH استفاده نمی‌شود که نیاز به آب زیادی داشته باشد. برج‌های خنک کننده ی دیتاسنتر اغلب برای تسهیل تبخیر و انتقال گرمای اضافی به هوای بیرون استفاده شوند.
سرمایش رایگان
سرمایش رایگان، نوعی سیستم سرمایشی است که بهطور مداوم از هوای خنک بیرون برای ارائه‌ی هوای خنک‌تر به سرورها استفاده میکند. حتی اگر این روش فقط در شرایط آب و هوایی خاص قابل اجرا باشد، یک شکل بسیار کارآمد از سرمایش سرورها است.
کف کاذب
کف کاذب قاب‌هایی است که فاصله‌ی کف دیتاسنتر را از کف دال بتنی (Concrete Slab) ساختمان تعریف میکند. فضای بین این دو برای لوله‌های آب و جریان هوا استفاده می شود. با وجودی که کابل‌های برق و شبکه نیز از این فضا عبور میکنند، در طراحی سرمایش دیتا سنتر جدید و از بهترین شیوه‌های طراحی این است که سیم‌ها را بالای سر رک‌ها قرار می‌دهند.
سیستم‌ها و فناوری‌های سرمایش در آینده
اگرچه فناوری‌های سرمایش هوا در طول سال‌ها بهطور قابل توجهی بهبود یافته است، اما هنوز با مشکلاتی اساسی محدود شده است. علاوه بر هزینه‌های قابل توجه انرژی، سیستم‌های تهویه‌ی مطبوع مقدار زیادی از فضای مرکز داده را اشغال میکنند. آنها همچنین رطوبت را به محیط‌های غیر لازم وارد میکنند و به خرابی‌های مکانیکی بدنام هستند.
تا همین اواخر، مراکز داده هیچ انتخابی برای رفع نیازهای خنککنندهی خود نداشتند. با بسیاری از فن‌آوری‌ها و روش‌های مبرد مایع، مراکز داده کولوکیشن شروع به آزمایش روش‌های جدید برای حل چالش‌های سرمایش خود کرده‌اند.
فناوری خنککننده مایع
کارکرد سیکل اولیه سیستم سرمایش با مبرد مایع کارکردی پیچیده، نامرتب و بسیار گران بود ولی آخرین نسل از آنها کارایی و اثربخشی بیشتری را در خنک‌سازی ارائه میدهد. برخلاف هواساز، که به انرژی زیادی نیاز دارد و آلاینده‌ها را وارد مرکز داده میکند؛ سیستم خنککننده مبرد مایع در عین حال تمیزتر، مقیاس‌پذیرتر و بسیار هدفمند است. دو روش متداول خنک‌سازی توسط مایع مبرد عبارتند از: «سرمایش به شکل غوطه‌وری» و «خنک‌سازی مستقیم تراشه».
خنککننده غوطه‌ور
سیستم‌های غوطه‌وری (Immersion Cooling) شامل غوطه‌ور شدن خود سختافزار در وان مایع دیالکتریک غیر رسانا و غیرقابل اشتعال است. هم سیال و هم سختافزار داخل یک محفظهی ضد نشتی قرار دارند. سیال دیالکتریک گرما را بسیار موثرتر از هوا جذب میکند و با تبدیل شدن آب گرم شده به بخار، متراکم شده و برای کمک به خنک شدن به داخل باز می‌گردد.
سرمایش مستقیم تراشه
برای خنک‌سازی مستقیم تراشه (Direct to Chip Cooling) از لوله‌هایی استفاده میشود که مایع مبرد را مستقیماً به یک صفحهی سرد در بالای تراشه‌های مادربرد می‌رساند تا گرما را خارج کند. گرمای استخراج‌شده متعاقباً به سیکل آب سرد وارد میشود تا به قسمت خنککنندهی تأسیسات منتقل شود تا در نهایت به اتمسفر بیرونی دفع شود. هر دو مبرد گازی یا آبی راه‌حل‌های سرمایش بسیار کارآمدتری را برای استقرار مراکز دادهایی که انرژی زیادی مصرف میکنند ارائه میدهد.
انتظارات آینده از AI ،HPC و GPUها؟
بهره‌وری انرژی و سرمایش، همچنان یکی از دغدغه‌های اصلی مراکز داده در آینده خواهد بود. نسل‌های جدید پردازنده‌ها برای نرم‌افزارهای هوش مصنوعی، تحلیل و یادگیری ماشینی نیاز به انرژی زیادی دارند و مقادیر قابل‌توجهی گرما تولید میکنند.
صاحبان و اپراتورهای مرکز داده چگونه پاسخ خواهند داد؟ فناوری های خنککننده در آینده مانند مبرد مایع و غوطه‌ور نقش مهمی در مرکزداده ی آینده ایفا خواهند کرد. این امور در سطح سازنده سختافزار و همچنین در سطح مرکز داده انجام خواهد شد. علاوه بر این، می‌توان آیندهای را دید که در آن محصولات رک و اتاقک دستخوش تغییرات گسترده‌ای شوند. باید سیستم‌های جدید را اکوسیستم‌های خودکفای روی بتن نامید.
دیدگاه خود را بنویسید