Kai pagalvojame apie serverius, dažniausiai įsivaizduojame didžiulius duomenų centrus, kupiną mirguliuojančių lempučių ir besisukančių ventiliatorių. Bet kodėl tie ventiliatoriai apskritai ten yra? Kiekvienas procesorius, kietasis diskas ar atmintis, apdorodami duomenis, paverčia dalį elektros energijos šiluma. Tai fizikos dėsnis, kurio niekaip neapeisite. Kai turite dešimtis ar net šimtus serverių vienoje patalpoje, šilumos kiekis tampa milžiniškas.
Įdomu tai, kad serverių aušinimas nėra vien techninis reikalas. Tai tapo viena didžiausių išlaidų straipsnių duomenų centrams. Pagal kai kurias apskaitas, iki 40% visos elektros energijos sunaudojama būtent aušinimui, o ne pačių serverių darbui.
Oro aušinimas: paprasčiausias ir plačiausiai naudojamas metodas
Pati paprasčiausia ir plačiausiai naudojama aušinimo technologija yra oro aušinimas. Serverių kambariuose šis principas taikomas masiniu mastu. Šaltas oras tiekiamas į patalpą, dažniausiai pro grindų plyšius ar specialias angas priekyje serverių spintų. Oras praeina pro serverius, sugeriant jų išskiriamą šilumą, o tada ištraukiamas iš patalpos per ištraukimo sistemas.
Vienas iš pagrindinių iššūkių - karšto ir šalto oro atskyrimas. Jei šiltas oras iš serverių išėjimo maišosi su šaltu oru prieš patekdamas į serverius, visa sistema tampa neefektyvi. Todėl moderniuose duomenų centruose naudojamos specialios užtvaros, kurios fiziškai atskiria šaltus ir karštuosius koridorius.
Skysčių aušinimas: efektyvesnis, bet sudėtingesnis sprendimas
Kai serveriai tampa vis galingesni ir tankiau supakuoti, oro aušinimas pasiekia savo ribas. Yra keletas skysčių aušinimo būdų. Paprasčiausia versija - uždaros kilpos sistema, kur specialus skystis cirkuliuoja vamzdžiais, prijungtais prie serverių komponentų. Skystis sugerbia šilumą, nukeliauja į šilumokaičius, kur atvėsta, ir grįžta atgal.
Pažangesnis variantas - tiesioginis skysčių aušinimas, kai serverio komponentai tiesiogiai panardinti į specialų neelektrai laidų skystį. Skamba keistai, tiesa? Bet kai kurie duomenų centrai jau naudoja tokias sistemas.
Dar vienas įdomus metodas - dviejų fazių aušinimas. Čia naudojamas skystis, kuris virsta garais žemoje temperatūroje. Kai jis liečia karštą procesorių, iškart išgaruoja, sugerdamas didžiulį šilumos kiekį. Garai tada kondensuojasi atgal į skystį specialiuose šaldytuvuose.
Natūralus aušinimas: išnaudojant gamtos resursus
Ne visada reikia sudėtingų technologijų. Šiaurės šalyse, pavyzdžiui, Islandijoje, Švedijoje ar Suomijoje, išorės temperatūra didelę metų dalį yra pakankamai žema, kad tiesiogiai aušintų serverius. Oras tiesiog įtraukiamas iš lauko, filtruojamas ir tiekiamas į serverių patalpas.
Žinoma, reikia atsižvelgti į oro drėgmę ir užterštumą. Per drėgnas oras gali sukelti kondensaciją, o dulkės ar kitos dalelės gali užsikimšti ventiliatoriai ir radiatoriai. Kai išorės temperatūra pakyla, paprastai naudojamas hibridinis metodas - dalis aušinimo atliekama laisvu oru, o kai jo nepakanka, įsijungia tradiciniai kondicionieriai.
PUE (Power Usage Effectiveness): efektyvumo matas
Duomenų centrų pasaulyje yra specialus rodiklis, vadinamas PUE (Power Usage Effectiveness). Jis parodo, kiek bendrai elektros energijos sunaudojama, palyginti su tuo, kiek eina tiesiogiai IT įrangai. Idealus PUE būtų 1.0, reiškiantis, kad visa energija eina tik serveriams. Vidutinis duomenų centro PUE yra apie 1.5-1.8, o tai reiškia, kad už kiekvieną kilovatą, kurį sunaudoja serveriai, dar 0.5-0.8 kilovato eina aušinimui, apšvietimui ir kitoms infrastruktūros reikmėms.
Kaip pasiekti geresnį PUE?
- Efektyvesnis aušinimas: Kuo mažiau energijos reikia aušinimo sistemoms, tuo geriau.
- Optimalesnis serverių išdėstymas ir oro srautų valdymas.
Netradiciniai aušinimo metodai
Kai kurios kompanijos eksperimentuoja su tikrai netradiciniais aušinimo metodais. Microsoft keletą metų bandė serverius dėti po vandeniu - tiesiogiai į vandenyną. Projektą pavadino „Project Natick”. Idėja buvo paprasta: vandenyno dugne temperatūra stabili ir žema, o vandens aplink daug.
Kita įdomi kryptis - šilumos panaudojimas. Vietoj to, kad tiesiog išmestume šilumą į aplinką, kodėl jos nepanaudoti? Kai kurie duomenų centrai jau šildo gretimus pastatus ar net ištisus kvartalus savo serverių išskiriama šiluma.
Yra ir dar drąsesnių idėjų. Viena kompanija kuria serverius, kurie veikia aukštesnėje temperatūroje - apie 40-50 laipsnių.
Dirbtinis intelektas ir mašininis mokymasis taip pat keičia aušinimo valdymą. Google naudoja AI sistemas, kurios realiu laiku analizuoja tūkstančius duomenų taškų ir optimizuoja aušinimo parametrus.
Praktiniai patarimai, kaip optimizuoti serverių patalpų aušinimą
- Įsitikinkite, kad turite tinkamą oro cirkuliaciją. Serveriai turėtų būti išdėstyti taip, kad šaltas oras patektų į priekį, o šiltas išeitų iš galo.
- Naudokite serverių spintų duris su skylutėmis arba net specialias perforuotas duris. Jos leidžia orui laisvai cirkuliuoti.
- Stebėkite temperatūrą. Įsidiekite kelis temperatūros daviklius skirtingose vietose - priekyje, gale, viršuje ir apačioje. Tai padės pastebėti karštus taškus ir problemas su oro cirkuliacija.
- Reguliariai valykite filtrus ir patikrinkite ventiliatorius. Užsikimšę filtrai ar sugedę ventiliatoriai gali sukelti rimtų problemų.
Duomenų centrų lygiai (Tier)
Remiantis „Uptime“ instituto atlikta analize, duomenų centrai skirstomi į 4 lygius - 4 „Tier“ pakopas. „Tier“ pakopos lygiai apima paslaugas nuo paprastų serverių patalpų nuomos su minimalia duomenų centro konfigūracija, kuri neturi jokių duomenų atkūrimo galimybių, („Tier“ 1) iki pačios atspariausios ir orientuotos į nenutrūkstamą paslaugos teikimą („Tier“ 4).
| Tier Lygis | Aprašymas |
|---|---|
| Tier 1 | Paprasta serverių patalpų nuoma su minimalia konfigūracija. Neturi duomenų atkūrimo galimybių. |
| Tier 2 | Sistemos pagrindas - N+1, realizuotas kritinių komponentų atkūrimas. Sugedus vienam kritiniam komponentui, sistemą galima išimti, o sistema lieka dirbti su N komponentų. Aušinimo, UPS, tinklo įranga dubliuota, bet yra tik vienas paskirstymo kelias. |
| Tier 3 | Turi viską, ką turi „Tier“ 2. Dubliuota elektros instaliacija, kai keičiant komponentus nereikia išjungti duomenų centro. 20 metrų atstumu dubliuotos ryšio linijos. Dubliuotas ryšio kanalas iki kliento IT įrangos. Minimalūs atstumai: iki geležinkelio ar greitkelio - 0,8km; iki oro uosto ar vandens telkinio - 0,4km; iki viešos zonos - 9,8m; tarp darbuotojų ir svečių aikštelių - 9,1m (atskiri įvažiavimai). Atskiros diegimo, išpakavimo, apsaugos, duomenų centro patalpos. Duomenų centro patalpų sienos atlaiko ugnį ilgiau nei 1 val. |
| Tier 4 | Turi viską, ką turi „Tier“ 3. Absoliučiai viskas dubliuota dvigubai. Fizinė duomenų centro apsauga. |
Alternatyvūs vėsinimo sprendimai
Šalčio mašina skirta aušinti serverinių patalpas, palaikyti tinkamą mikroklimatą serverių veiklai. Aušinimas patalpoje vyksta ventiliatoriniais konvektoriais. Atlikus vietinio klimato vertinimą, kliento poreikius bei galimybes, pasirinkta šalčio mašina su freecooling režimu, siekiant maksimalaus efektyvumo šaltuoju metų laiku. Šis pasirinkimas ypač svarbus pramonės srityse, kadangi šalto vandens poreikis išlieka maksimalus, nepriklausomai nuo lauko oro temperatūros.
Šiuolaikinės oro vėsinimo sistemos dažnai tampa integruota bendros patalpų komforto sistemos dalimi - jos ne tik vėsina, bet ir sausiną ar net gali šildyti pereinamuoju laikotarpiu. Daugelis šiuolaikinių kondicionierių yra šilumos siurbliai „oras-oras“, todėl gali ne tik vėsinti, bet ir šildyti patalpas pereinamuoju laikotarpiu.
Vėsinant kondicionierius dalį drėgmės iš oro pašalina, todėl patalpos tampa mažiau tvankios.
Oro drėkinimas serverių patalpose
Neseniai pasaulyje pradėta naudoti serverių patalpos vėsinimui naudojant dirbtinio rūko sistemą, pasižyminčia patikimumu ir paprastu valdymu. Tai raktas duomenų saugykloms, kurioms reikia patikimo ir veiksmingo aušinimo, patikimos prevencijos nuo elektrostatinių išlydžių palaikant santykinę oro drėgmę nuo 45% iki 55%.
Daugumoje elektronikos industrijų drėgmė atlieka svarbų vaidmenį vien tam, jog sumažintų statinės elektros iškrovas. Litavimo procesai ir kitos gamyboje naudojamos mašinos skleidžia šilumą taip didindamos temperatūrą ir džiovindamos orą.
Dirbtinio rūko sistemose naudojamas veikimo principas leidžia greitai padidinti ir išlaikyti reikiamą oro drėgmės lygį bet kokiose patalpose. Rūko sistema sudrėkina orą su labai mažomis energijos sąnaudomis. Palyginimui 1 kg vandens išgarinimui prireikia iki 100 kartų mažiau emergijos lyginant su elektriniais garintuvis, iki 10 kartų mažiau energijos lyginant su ultragarsiniais garintuvais ir iki 7 kartų lyginant su vakuuminiais purkštukais. Aukšto dirbtinio rūko spaudimo purkštukai yra pigesni nei vakuuminiai injektoriai, beje, kuris pačioje montavimo pabaigoje vis tiek yra sujungiamas ir su vandens tiekimo linija. Susumavus visas išlaidas dirbtinio rūko sistema yra 1,5 - 2 kartus pigesnė ir sunaudoja 8-10 kartų mažiau energijos lyginant su vakuumine sistema. O VAR serijos vandens kompresoriai (siurbliai) prisitaiko pagal vandens poreikius sunaudodamas dar mažiau energijos.
Vienas purkštukas gali išpurkšti nuo 2,76 iki 12,12 litrų vandens per valandą, kurį sudaro milijonai mažų vandens lašiukų. Lašiukai greitai išgaruoja ir virsta garais. Standartinėje drėkinimo sistemoje purkštukai tolygiai paskirsto drėgmę po kambarį ar patalpą. Sistemą galim lengvai skaidyti į kelias zonas naudojant valdiklį su drėgmės jutikliais. Patariama naudoti filtravimo sistemas prieš vandeniui patenkant į aukšto spaudimo liniją. Taip bus prailginamas purkštukų veikimas.
Serverių aušinimas gali atrodyti kaip grynai techninis klausimas, bet iš tiesų tai sudėtinga pusiausvyra tarp efektyvumo, patikimumo ir ekonomikos. Svarbu suprasti, kad aušinimo technologijos nuolat tobulėja. Tai, kas prieš dešimtmetį atrodė kaip fantastika - serveriai po vandeniu ar panardinti į alyvą - šiandien jau realybė. O kas bus po dešimties metų? Kol kas viena aišku - kuo daugiau duomenų apdorojame, kuo galingesni tampa serveriai, tuo svarbesnė tampa aušinimo problema. Ir jos sprendimas yra ne tik technologijų klausimas, bet ir kūrybiškumo, novatoriškumo bei atsakomybės aplinkai derinys.