Տվյալների կենտրոնի սառեցման էվոլյուցիան. օդի վրա հիմնված մեթոդներից մինչև անվճար սառեցում

Խնդրի սահմանում

Տվյալների կենտրոնների ենթակառուցվածքի աճող աճը և ՏՏ սարքավորումների օգտագործման միաժամանակյա աճը հանգեցրել են էլեկտրաէներգիայի սպառման աճին:

Քանի որ սերվերները՝ տվյալների կենտրոնների անբաժանելի բաղադրիչները, աշխատելիս էլեկտրաէներգիան վերածում են ջերմության, մենք բախվում ենք բարձր ջերմաստիճանների և տվյալների կենտրոնի սառը տարածքների և սարքավորումների հետ գործ ունենալու խնդրին:

Եկեք արագ հիշենք դպրոցական ֆիզիկայի հիմունքները. հետևելով թերմոդինամիկայի հիմնարար սկզբունքներին՝ էներգիան ոչ թե անհետանում է, այլ փոխակերպվում: Այսպիսով, եթե տվյալների կենտրոնը սպառում է 1 ՄՎտ էլեկտրաէներգիա, ապա այս ամբողջ էներգիայի քվանտը վերածվում է համարժեք ջերմության: Հետևաբար, որքան շատ էլեկտրաէներգիա է սպառվում, այնքան ավելի մեծ է տվյալների կենտրոնի ներսում ստացվող ջերմությունը կառավարելու մարտահրավերը:

Իրավիճակն էլ ավելի է բարդանում, քանի որ ՏՏ սարքավորումները կարող են ունենալ էներգիայի սպառման տարբեր մակարդակներ՝ ունենալով տարբեր ֆիզիկական չափսեր: Օրինակ, էներգիայի մեծ սպառում ունեցող սարքավորումները կարող են ունենալ փոքր չափսեր, ինչը խնդիրներ է առաջացնում կենտրոնացված ջերմության արդյունավետ սառեցման հարցում: Մյուս կողմից, ավելի մեծ ՏՏ սարքավորումները, որոնք ունեն համեմատաբար չափավոր էլեկտրաէներգիայի սպառման արագություն, ավելի հեշտ է սառչել՝ շնորհիվ ավելի մեծ մակերեսի: Տվյալների կենտրոնները սովորաբար պարունակում են սարքավորումների չափսերի և սպառման մակարդակների խառնուրդ՝ ներկայացնելով ոչ միայն տարբեր ՏՏ սարքավորումների սառեցման, այլև դա անելու տարբեր արագություններով՝ թելադրված յուրաքանչյուր սարքավորման ջերմաստիճանի պահանջներով: Ավելորդ է ասել, որ DC-ը սառեցնելու համար մեզ անհրաժեշտ է զգալի քանակությամբ էլեկտրաէներգիա, ինչը ավելացնում է գործառնական ծախսերը:

Էլեկտրաէներգիայի արդյունավետ օգտագործման խնդիրը տվյալների կենտրոններում հատկապես սրվում է էլեկտրաէներգիայի համաշխարհային գների աճով։ Ըստ Statista-ի զեկույցը Էլեկտրաէներգիայի համաշխարհային գները 2021-ից մինչև 2022 թվականներն ընկած ժամանակահատվածում աճել են մինչև 2021-ից մինչև 2022 թվականը: Երբ COVID-19-ի առողջական ճգնաժամը մարեց 2021 թվականի երկրորդ կեսին, էներգիայի պահանջարկն աճեց, և էլեկտրաէներգիայի գները հասան առաջին ռեկորդային առավելագույնի: 2022 թվականի սկզբին էներգետիկ շուկան կրկին խստացավ, և էներգետիկ ճգնաժամը սրվեց։

Տվյալների կենտրոնի էլեկտրաէներգիայի սպառումն աճում է, չնայած կատարողականի արդյունավետության բարձրացմանը:

Այլ կերպ ասած, չնայած մեկ վտ հզորությունը բարելավվում է, ռեսուրսների պահանջարկն էլ ավելի արագ է աճում, ուստի ընդհանուր սպառումը, ինչպես նաև ծախսերը, անխուսափելիորեն մեծանում են: Այնուամենայնիվ, ծախսերի զգալի խնայողություն կարելի է ձեռք բերել հովացման համակարգերի օպտիմալացման միջոցով: Սա ինձ ստիպեց ցանկանալ ավելի խորը ուսումնասիրել արդյունավետ սառեցման մեթոդներն ընդհանրապես և անվճար հովացման մեթոդները, մասնավորապես:

Տվյալների կենտրոններում էներգիայի սպառման մակարդակների գնահատումը սովորաբար հիմնված է էներգիայի օգտագործման արդյունավետության (PUE) չափման վրա: PUE-ն չափում է տվյալների կենտրոնի արդյունավետությունը՝ գնահատելով էներգիայի ընդհանուր սպառումը բացառապես ՏՏ սարքավորումների համար օգտագործվող էներգիայի համեմատ: Այդ մասին ավելի մանրամասն կխոսենք մի փոքր ուշ: Այն, ինչ մենք հիմա պետք է իմանանք, այն է, որ ավելի ցածր PUE-ն նշանակում է տվյալների ավելի արդյունավետ կենտրոն, ինչը ցույց է տալիս ոչ հաշվողական հզորությունից կախվածությունը: Աճող ենթակառուցվածքների և էլեկտրաէներգիայի սպառման աճի պայմաններում PUE-ի օպտիմալացումը հովացման ավելի արդյունավետ համակարգերով ապահովում է ֆինանսական խոհեմություն և կայուն գործողություններ:

Այս հոդվածում մենք կուսումնասիրենք սառեցման ավանդական և նորարարական մեթոդները և կբացահայտենք, թե դրանցից որն է առավելագույն արդյունավետություն:

Սառեցման մեթոդների ակնարկ

Օդային և ոչ օդային

Պարզեցված դասակարգման մեջ հովացման տեխնիկան կարելի է բաժանել երկու հիմնական կատեգորիաների՝ օդի վրա հիմնված և ոչ օդային մեթոդների: Ավելի մանրամասն, օդի սառեցումը ներառում է սովորական մոտեցումներ, մինչդեռ ոչ օդային կատեգորիան ներառում է տարբեր մեթոդներ, որոնք օգտագործում են այնպիսի նյութեր, ինչպիսիք են ջուրը, յուղը կամ պինդ նյութերը: Հատկանշական է, որ հովացման մեթոդների ճնշող մեծամասնությունը՝ 99%-ը, ընկնում է օդային հովացման հովանու ներքո։

Օդորակիչներ

Օդորակման համակարգերը օդի սառեցման ամենատարածված միջոցն են պրոֆեսիոնալ տվյալների կենտրոնների կարգավորումներում: Նրանց հիմնարար սկզբունքը համընկնում է բնակելի օդորակիչների հետ. սերվերների միջով հոսող օդը շրջանառվում է օդորակիչի միջոցով, հովացվում է ռադիատորի վանդակաճաղի միջոցով և այնուհետև վերաշրջանառվում է սերվերների մեջ: Այս ցիկլային գործընթացը ապահովում է շարունակական սառեցման մեխանիզմ:

Չիլլերներ

Օդորակիչներից հետո չիլլերները հանդիսանում են երկրորդ ամենալայն ընդունված հովացման համակարգը: Ի տարբերություն օդորակիչների, չիլերները օգտագործում են ջուր (կամ ջրի վրա հիմնված լուծույթ) ջերմությունը տեղափոխելու համար կլիմայի հսկողություն պահանջող տարածքներից: Թեև օդորակումը ավելի պարզ է և, ընդհանուր առմամբ, ավելի մատչելի, դրա էներգիայի բարձր ծախսերը երբեմն կարող են զսպող գործոն լինել բիզնեսի համար: Մյուս կողմից, սառեցված ջրի համակարգերն ավելի էներգաարդյունավետ են, սակայն դրանց տեղադրման և պահպանման համար պահանջում են ավելի շատ բաղադրիչներ և բարդություններ:

Adiabatic Chambers and Mats

Ադիաբատիկ սառեցումը ներառում է խցիկների կամ գորգերի օգտագործում, որտեղ ջուրը լցվում և գոլորշիացվում է: Երբ ջուրը գոլորշիանում է, խցիկները և գորգերը սառչում են ներսի օդի հետ միասին: Թեև ադիաբատիկ սառեցումը երրորդ կենսունակ տարբերակն է, այն համարվում է որոշ չափով էկզոտիկ և այնքան էլ սովորաբար չի օգտագործվում տվյալների կենտրոնի սառեցման մեջ, համեմատած օդորակիչների և սառեցնող սարքերի հետ:

Ջրային սառեցում

Ջրի հովացման համակարգերում ջերմության արտանետման համար օգտագործվում են ջուր կամ ջուր պարունակող հեղուկներ։ Ջրի խողովակները ռազմավարականորեն տեղադրված են սերվերի սենյակներում, որոնցից յուրաքանչյուրը միացված է երկու խողովակների՝ մեկը տաք ջրի արտահոսքի, իսկ մյուսը՝ սառը ջրի ներհոսքի համար: CPU-ների, GPU-ների և այլ սարքավորումների ռադիատորները ուղղակիորեն կապված են այս ջրամատակարարման համակարգին: Այս մոտեցումը ոչ միայն սառեցնում է տվյալների կենտրոնի սարքավորումները և տարածքները, այլ նաև առաջացնում է տաք ջրի մատակարարում լրացուցիչ օգտագործման համար:

Ջերմափոխանակիչներ

Այս մեթոդը բարձրացնում է սառեցման արդյունավետությունը՝ օգտագործելով արտաքին սառը միջավայրերը:

Երբ մոտակա սառը աղբյուրը, ինչպիսին է լիճը, ծովը կամ սառը գետինը, հասանելի է, ջրի խողովակները կարող են տեղակայվել հենց դրա մեջ՝ մեծ քանակությամբ ջերմություն փոխանցելու ՏՏ սարքավորումներից:

Էկզոտիկա

Կան նաև ոչ ավանդական մեթոդներ. Դրանցից մեկը հիմնված է Peltier տարրերի կամ ջերմաէլեկտրական հովացուցիչների (TEC) վրա։ Այս մոտեցումը հիմնված է կիսահաղորդչային էֆեկտների վրա և ենթադրում է էլեկտրաէներգիա մատակարարել հատուկ ափսեին, որը մի կողմից տաքացվում է, իսկ մյուս կողմից՝ սառչում:

Մեկ այլ ավանգարդ մոտեցում է ստորջրյա տվյալների կենտրոնների տեղակայումը: Մեջ Microsoft-ի Project Natick Օրինակ՝ 2018 թվականի գարնանը Հյուսիսային կղզիներում տվյալների կենտրոնը ջրի տակ է անցել 117 ոտնաչափ խորության վրա: Հետագա երկու տարիների ընթացքում թիմն իրականացրել է տվյալների կենտրոնի սերվերների խիստ փորձարկում և մոնիտորինգ: Հաստատվել է, որ օվկիանոսի հատակին փակ կոնտեյների տեղադրումը կարող է բարձրացնել տվյալների կենտրոնի ընդհանուր հուսալիությունը՝ մեղմելով այնպիսի խնդիրները, ինչպիսիք են կոռոզիան, ջերմաստիճանի տատանումները և ֆիզիկական խանգարումները, որոնք սովորաբար տեղի են ունենում ցամաքում:

Անվճար սառեցում

Այս տեխնիկան հատկապես ուղղված է սառեցման արդյունավետությունը առավելագույնի հասցնելուն: Անվճար սառեցումը թարմացնում է օդը տվյալների կենտրոնի ներսում՝ առանց հենվելու ավանդական հովացման համակարգերի: Այն օգտագործում է բնական արտաքին օդը, ինչպես որ կա: Սովորաբար արտաքին օդը ենթարկվում է խոնավության վերահսկման, այնուհետև բնական թերմոդինամիկական պրոցեսները կարգավորում են ջերմաստիճանը տվյալների սենյակներում:

Այս մեթոդը զգալիորեն նվազեցնում է էներգիայի սպառումը (75%-ից 92%-ով պակաս՝ համեմատած այլ CRAH համակարգերի հետ), նվազեցնում է ածխաթթու գազի արտանետումները և վերացնում է հովացման համակարգում ջրի կարիքը:

Անվճար սառեցումը ամենաէկոլոգիապես մաքուր տարբերակներից մեկն է, որը պահանջում է ավելի քիչ էներգիա: Բացի այդ, այն կարող է օգնել խնայել ծախսերը, քանի որ տվյալների կենտրոնների կողմից օգտագործվող էներգիայի 40%-ը գնում է սառեցման: Այս համակարգը բարձրացնում է օդով հովացվող բոլոր սարքավորումների աշխատանքը նույնիսկ ծանր պայմաններում: Ահա ազատ սառեցման գործընթացի պարզ տեսողական ներկայացում.

Ինչպես տեսնում եք, համակարգը գործում է շատ պարզ ձևով՝ արտաքին օդը փոխանցելով ֆիլտրերի, ՏՏ սարքավորումների և արտաքսելով այն: Բարդության այս կրճատումը, քանի որ միայն երկրպագուները որպես պոտենցիալ խոցելիություն, ուժեղացնում է DC-ի ընդհանուր հուսալիությունը անվճար հովացման դեպքում:

Ի տարբերություն բարդ սարքավորումներով համակարգերի, բարդ բաղադրիչների բացակայությունը նաև նվազեցնում է ինչպես սկզբնական տեղադրման ծախսերը, այնպես էլ ընթացիկ սպասարկման ծախսերը: Այսպիսով, ֆինանսական առավելությունները սկսվում են արդեն շինարարության փուլում, որտեղ անվճար հովացման պարզեցված դիզայնը վերածվում է շոշափելի խնայողության:

Ընտրության տառապանք

Կոնֆերանսների և հանդիպումների ժամանակ ես հաճախ ստանում եմ բազմաթիվ հարցեր, որոնք պտտվում են պարադոքսի շուրջ. եթե անվճար սառեցումը նույնքան ձեռնտու է ծախսերի խնայողության և պարզության առումով, ինչու՞ այն համընդհանուր ընդունված չէ արդյունաբերության մեջ:

Սա ավելի լայն հարց է առաջացնում, թե ինչու, չնայած դրա առավելություններին, միայն սահմանափակ թվով ընկերություններ են ընդունել անվճար սառեցումը, մինչդեռ մյուսները շարունակում են մնալ սովորական մեթոդներով: Սրա պատասխանը կայանում է գերակշռող արդյունաբերության դինամիկայի բազմակողմանի քննության մեջ:

Արդյունաբերական դիկտատուրա

Տվյալների կենտրոնների արդյունաբերության մեջ, որտեղ հուսալիությունը առաջնային նշանակություն ունի, նորարար լուծումների ընդունումը հաճախ հանդիպում է դիմադրության: Ես դա վերագրում եմ առաջին հերթին DC արդյունաբերության պահպանողական բնույթին, որտեղ որոշում կայացնողները առաջնահերթություն են տալիս ապացուցված հայեցակարգերին, քան նորարար լուծումներին:

Թեև նոր տեխնոլոգիաները, ինչպիսիք են անվճար սառեցումը, խոստանում են ծախսարդյունավետություն և արդյունավետություն, ոլորտի ներկայացուցիչները գերադասում են ավանդական, բայց հուսալի մոտեցումները՝ ապահովելու սերվերների անխափան աշխատանքը:

Շուկայավարման խոչընդոտներ

Մեկ այլ կետ այստեղ այն է, որ առևտրային DC մատակարարները, որոնք կազմում են արդյունաբերության մոտ 80%-ը, ապավինում են անկախ մարմինների հավաստագրերին, ինչպիսիք են Uptime ինստիտուտ շուկայավարել դրանց հուսալիությունը: Այնուամենայնիվ, սա մարտահրավեր է անվճար հովացման լուծումների համար, քանի որ դրանց համար դեռ հաստատված հավաստագիր չկա: Այս իրավիճակը ստիպում է առևտրային մատակարարներին դիմակայել սառեցման այլընտրանքային մեթոդներին՝ վկայակոչելով դրանց հուսալիության և հավաստագրման նախադեպի բացակայությունը:

Գլոբալ տաքացման մտահոգությունները

Քննադատները հաճախ մտահոգություն են հայտնում գլոբալ տաքացման ազդեցության վերաբերյալ անվճար սառեցման կենսունակության վրա: Այնուամենայնիվ, փաստարկը հերքվում է՝ ճանաչելով գլոբալ տաքացման աստիճանական բնույթը՝ մեկ տասնամյակի ընթացքում մոտ 1,5 աստիճանով աճով: Ջերմաստիճանի այս համեստ փոփոխությունը դժվար թե մոտ ապագայում վտանգի ենթարկի անվճար հովացման լուծույթների կայունությունը:

«Ամեն դեպքում» փաստարկ

DC հովացման մեթոդ ընտրող ընկերությունների ևս մեկ տարածված պրակտիկա է որպես կանխարգելիչ միջոց՝ ի լրումն անվճար սառեցման: Այս «միայն դեպքում» փաստարկը խարխլում է անվճար հովացման հիմնական հայեցակարգը՝ ներմուծելով անհարկի բարդություն և վտանգելով ֆինանսական և գործառնական արդյունավետությունը:

Նույնիսկ փոքր օդորակիչի համար անհրաժեշտություն է առաջանում ապահովել տարբեր բաղադրիչներ, ինչպիսիք են ֆրեոնը, լարերը, հեղուկները, համակարգերը և հսկիչները: Պահուստային օդորակիչ ունենալու գաղափարը ընդունելու փոխարեն՝ արդյունաբերությունը պետք է կենտրոնանա իր անվճար հովացման համակարգը պայմանների լայն շրջանակին հարմարեցնելու վրա՝ առանց կեղծ հույսերի վրա հույս դնելու:

Իրական ռիսկեր և նկատառումներ

Անվճար հովացման լուծման մասին մտածելիս ուշադրություն են պահանջում որոշ շոշափելի ռիսկեր և նկատառումներ: Առաջնային նկատառումներից մեկը աշխարհագրական տարածաշրջանն է, քանի որ Արաբական Էմիրությունների նման տարածաշրջանում անվճար սառեցման տեղակայումը կարող է արդարացված չլինել:

Մատչելիությունը ևս մեկ ասպեկտ է, որը պետք է հիշել: Ընտրված տարածաշրջանը պետք է ունենա անհրաժեշտ ենթակառուցվածք և հեշտությամբ հասանելի լինի մասնագիտացված անձնակազմի կողմից, որոնց հանձնարարված է տվյալների կենտրոնի սպասարկումը: Կարևոր է նաև կապը, ներառյալ օպտիկական գծերի առկայությունը: Օրինակ, Արկտիկական շրջանից դուրս ազատ հովացման տվյալների կենտրոնի ստեղծումը դառնում է անիրագործելի՝ կապի գծերի բացակայության և հմուտ աշխատուժի պահպանման մարտահրավերի պատճառով:

Այս նյութատեխնիկական նկատառումներից դուրս, անվճար հովացման միակ սահմանափակումները վերաբերում են տարածաշրջանի առավելագույն ջերմաստիճանին (մոտ 38-40 աստիճան) և օդի որակին: Չափազանց աղտոտված տարածքները, ինչպիսիք են բանուկ մայրուղիներին կամ գյուղատնտեսական ինտենսիվ գործունեությունը, կարող են խնդիրներ առաջացնել: Թեև բացարձակ արգելք չկա, նման վայրերում զտիչները հաճախակի փոխարինման կարիք կունենան: Ի տարբերություն սովորական օդորակիչով տվյալների կենտրոնների, որոնք շրջանառում են ներքին օդը, ազատ հովացման կենտրոնները ներս են քաշում արտաքին օդը՝ պահանջելով ավելի ջանասիրաբար ֆիլտրերի սպասարկում: Տեղադրության այլ պարամետրերը համընկնում են ավանդական տվյալների կենտրոնների համար կիրառելի պարամետրերի հետ:

Պիոներները և ապագա միտումները

Չնայած ոլորտի պահպանողական բնույթին, որոշ ապագա մտածող կորպորատիվ ընկերություններ գնահատում են այլընտրանքների շոշափելի առավելությունները: Հաշվարկելով անվճար հովացման ծախսարդյունավետությունը թվային վերլուծության միջոցով՝ նրանք գիտակցում են դրա առաջարկած հնարավոր ծախսերի խնայողությունները:

Մի քանի նշանավոր ընկերություններ, ինչպիսիք են Facebook-ը (այժմ՝ Meta), Google-ը, Amazon-ը, Yandex-ը և Wildberries-ը, ռահվիրաներ են անվճար հովացման տեխնոլոգիայի ընդունման գործում: Նրանց առաջնային կարգավիճակը բխում է ռիսկերը գնահատելու և այս տեխնոլոգիային բնորոշ ֆինանսական առավելությունները ճանաչելու նրանց պատրաստակամությունից: Այս ընկերությունների ընտրությունը պարզ էր. կամ գնացեք սովորական սխեմաների և կրեք ավելի մեծ ծախսեր, կամ վերցրեք ռիսկերն ու օգուտները՝ դառնալով տվյալների կենտրոնների սառեցման ռահվիրաներ:

Արդյունաբերության զարգացող լանդշաֆտը ցույց է տալիս կորպորատիվ հիպերսանդղակավորողների աճող միտումը դեպի անվճար հովացման լուծումներ կիրառելու: Քանի որ ավելի շատ ընկերություններ գիտակցում են այս տեխնոլոգիայի ծախսարդյունավետությունը և գործառնական առավելությունները, ակնկալվում է, որ ապագայում կհայտնվեն կորպորատիվ առանց հովացման տվյալների կենտրոնների աճող թիվը:

Եթե ​​դուք հետաքրքրված եք ավելին իմանալով ազատ սառեցման ֆիզիկայի մասին, ուսումնասիրեք թեման իմ նոր հոդվածում «Ազատ սառեցում. տեխնոլոգիայի խորը սուզում»: