آینده سیستم‌های خنک کننده دیتاسنتر، روش‌ها و فناوری‌ها

خنک سازی دیتاسنترها، یکی از مباحث بسیار مهم در صنعت است. صرف نظر از سن و مقیاس تاسیسات، استفاده از انرژی و کارایی دیتاسنتر بسیار مهم است.

هیچ شکی نیست که دیتاسنترها یکی از بزرگترین مصرف کنندگان برق در سراسر جهان هستند. تخمین زده شده است که صنعت دیتاسنتر مسئول 1 تا 1.5 درصد از مصرف برق جهانی است. انتظار می رود این آمار با افزایش سرویس‌های ابری، اینترنت اشیا، هوش مصنوعی (AI) و سایر فناوری‌های تحول دیجیتال، افزایش یابد.

بعلاوه، نیازهای چگالی توان دیتاسنترها سال به سال همچنان افزایش می یابد. متوسط ​​چگالی توان رک در حال حاضر حدود 7 کیلو وات است و دیدن چگالی رک تا 15-16 کیلووات در هر رک غیرمعمول نیست. با محاسبه عملکرد بالا high performance compute (HPC)، تراکم قدرت می‌تواند به 100 کیلووات در هر رک برسد.

در این مقاله، سیستم‌ها و روش‌های فعلی خنک سازی امکانات دیتاسنترها و همچنین فن آوری های خنک کننده آینده را که می‌تواند صنعت دیتاسنتر را مختل کند، بررسی می کنیم.

چرا خنک سازی دیتاسنتر مهم است؟

هزینه‌های بالای مرتبط با زیرساخت‌های خنک سازی یکی از دلایلی است که باعث می‌شود مشاغل دیتا سنترهای داخلی را حدف کنند. بیشتر دیتاسنترها خصوصی و مخابراتی هنگام خنک سازی زیرساخت‌های فناوری اطلاعات کاملاً ناکارآمد هستند. باید بدیهی باشد که خنک‌سازی دیتاسنتر با مدیریت ضعیف می‌تواند منجر به گرمای بیش از حد شود که می‌تواند منجر به استرس قابل توجهی در سرورها، دستگاه های ذخیره سازی و سخت افزار شبکه شود. و منجر به خرابی، آسیب به اجزای حیاتی و طول عمر کمتری برای تجهیزات شود که هزینه ها را افزایش می‌دهد. سیستم‌های خنک کننده ناکارآمد می‌توانند هزینه‌های برق را از منظر عملیاتی به طور قابل توجهی افزایش دهند.

سامانه سبز رایان | samaneh sabz | آینده سیستم‌های خنک سازی دیتاسنتر، روش‌ها و فناوری‌ها

سیستم‌ها و روش‌های خنک کننده فعلی

خنک کننده بردار کالیبره شده (CVC)

CVC نوعی فناوری خنک کننده دیتاسنتر است که به طور خاص برای سرورهای با چگالی بالا ساخته شده است. مسیر جریان هوا را از طریق تجهیزات بهینه سازی می‌کند تا سیستم خنک کننده بتواند گرما را به طور موثرتر کنترل کند.

سیستم آب سرد

آب خنک یک سیستم خنک کننده دیتاسنتر است که معمولاً در یتاسنترهایی با اندازه متوسط ​​تا بزرگ استفاده می‌شود و از آب گرم شده برای خنک کردن هوایی که توسط جابجایی هوا (CRAH) آورده می‌شود استفاده می‌کند. آب از طریق کارخانه چیلر واقع در مکانی از تأسیسات تأمین می‌شود.

Cold Aisle/Hot Aisle Containment

نوعی رایج برای خنک کردن دیتاسنتر است که از ردیف های متناوب راهروهای سرد و راهروهای گرم استفاده می‌کند. یک راهرو سرد دارای ورودی هوای سرد در جلوی قفسه‌ها است، در حالی که راهروهای گرم از اگزوز هوای پشتی قفسه‌ها تشکیل شده است. راهروهای گرم هوای گرم را به داخل ورودی‌های تهویه مطبوع دفع می‌کنند تا سرد شوند و سپس در راهروهای سرد تخلیه می‌شوند.

کولر گازی اتاق کامپیوتر (CRAC)

یکی از رایج‌ترین ویژگی‌های هر دیتاسنتر، واحدهای CRAC بسیار شبیه کولرهای گازی معمولی هستند که از کمپرسور تغذیه می‌شوند و هوا را از طریق واحد خنک کننده می‌کشند. آنها از نظر مصرف انرژی کاملاً ناکارآمد هستند، با این حال، تجهیزات نسبتاً ارزان هستند.

کنترل کننده هوا اتاق کامپیوتر (CRAH)

یک واحد CRAH در یک سیستم گسترده‌تر شامل یک کارخانه آب سرد (یا چیلر) در جایی از تاسیسات است. آب خنک از داخل یک سیم پیچ خنک کننده در داخل واحد جریان می‌یابد، سپس از فن‌های تعدیل کننده برای بیرون کشیدن هوا از خارج از مرکز استفاده می‌شود. از آنجا که آنها با خنک کردن هوای خارجی کار می‌کنند، واحدهای CRAH در مکان‌هایی با دمای سالانه سردتر بسیار کارآمدتر هستند.

Critical Cooling Load

این اندازه‌گیری نشان دهنده ظرفیت خنک کننده کامل قابل استفاده است (که معمولاً با وات توان بیان می شود) در کف دیتاسنتر برای اهداف سرورهای خنک کننده.

Evaporative Cooling

با قرار دادن هوای گرم در معرض آب، دما را کنترل می‌کند و این باعث تبخیر آب می‌شود و همچنین گرما از هوا خارج می‌شود. در حالی که این سیستم بسیار کم مصرف است زیرا از CRAC یا حتی واحدهای CRAH استفاده نمی‌کند، اما به مقدار زیادی آب نیاز دارد. از برج‌های خنک کننده Datacenter اغلب برای سهولت در تبخیر و انتقال گرمای اضافی به جو خارج استفاده می‌شود.

Free Cooling

هر سیستم خنک کننده دیتاسنتر که از فضای خارجی استفاده می‌کند تا هوای خنک‌تری را به جای سرد شدن مداوم همان هوا به سرورها ارائه دهد. حتی اگر این مورد فقط در شرایط خاص آب و هوایی قابل اجرا باشد، یک نوع خنک کننده سرور بسیار کم مصرف است.

Raised Floor

فریمی است که کف دیتاسنتر را بالاتر از کف دال بتنی ساختمان قرار می‌دهد. فضای بین این دو برای لوله‌های خنک کننده آب یا جریان هوا اختصاص یافته است. در حالی که کابل‌های برق و شبکه نیز گاهی از طریق این فضا هدایت می شوند.

سیستم‌های خنک کننده آینده و فن آوری‌ها

گرچه در طی سال‌ها فناوری خنک کننده هوا به طور قابل توجهی بهبود یافته است، اما هنوز توسط مشکلات اساسی محدود شده است. علاوه بر هزینه‌های قابل توجه انرژی، سیستم‌های تهویه مطبوع مقدار زیادی از فضای دیتاسنتر را مصرف می‌کنند. آنها همچنین رطوبت را به محیط های مهر و موم شده وارد می کنند و به دلیل خرابی‌های مکانیکی مشهور هستند. تا همین اواخر، دیتاسنترها گزینه دیگری برای تأمین خواسته‌های خنک کننده خود نداشتند. با در دسترس بودن بسیاری از فناوری‌ها و روش‌های خنک کننده مایع جدید، دیتاسنترهای همگانی شروع به آزمایش روش‌های جدید برای حل چالش‌های خنک کنندگی خود کرده‌اند.

تکنولوژی های خنک کننده سیال

برخلاف خنک کننده هوا، که به انرژی زیادی احتیاج دارد و آلاینده‌ها و میعانات را به دیتاسنتر وارد می‌کند، یک سیستم خنک کننده مایع تمیزتر، مقیاس پذیرتر و بسیار هدفمندتر است. دو روش معمول خنک کننده مایع خنک سازی کامل غوطه وری و خنک کننده مستقیم تراشه است.

Immersion Cooling

سیستم‌های غوطه‌وری شامل غوطه ور شدن سخت افزار در یک وان مایع دی الکتریک غیر رسانا و غیر قابل اشتعال است. مایعات و سخت افزار هر دو در یک مورد ضد نشت موجود است. سیال دی الکتریک گرما را بسیار کارآمدتر از هوا جذب می‌کند و هنگامی که آب گرم شده به بخار تبدیل می‌شود، متراکم می‌شود و دوباره در مایع می‌افتد تا به خنک شدن کمک کند.

خنک سازی Direct to Chip Cooling

خنک سازی مستقیم به تراشه از لوله هایی استفاده می‌کند که مایع خنک کننده مایع را مستقیماً به یک صفحه سرد منتقل می‌کند که در بالای تراشه های مادربرد قرار دارد تا گرما را بیرون بکشد. گرمای استخراج شده پس از آن به مقداری از حلقه آب سرد خورانده می‌شود تا دوباره به کارخانه خنک کننده تأسیسات منتقل شود. هر دو روش راه حل‌های خنک کننده بسیار کارآمدتری را برای استقرار دیتاسنترهای تشنه برق فراهم می‌کنند.

تقاضای آینده از هوش مصنوعی، HPC و GPU چیست؟

بازده انرژی و خنک سازی همچنان در آینده مهمترین نگرانی دیتاسنتر خواهد بود. نسل های جدید پردازنده‌ها برای یادگیری ماشین با برنامه‌های هوش مصنوعی و تجزیه و تحلیل به تقاضای انرژی زیادی نیاز دارند و مقدار قابل توجهی گرما تولید می‌کنند.

پاسخ مالکان و اپراتورهای دیتاسنترها چگونه خواهد بود؟ فناوری های خنک کننده آینده مانند خنک کننده مایع و غوطه وری نقش مهمی در دیتاسنترهای آینده دارند. این امر در سطح سازنده سخت افزار و همچنین در سطح دیتاسنتر انجام خواهد شد.