سیستم‌ها و فن‌آوری‌های خنک کننده مرکز داده و نحوه کار آن‌ها
یکی از حیاتی‌ترین وظایفی که برای هر مرکز داده تعریف می‌شود، نظارت و مدیریت محیطی است. درجه حرارت و رطوبت بالا می‌تواند به تجهیزات IT آسیب برساند و باعث خرابی آن‌ها شود. خوشبختانه، سیستم‌ها و فن‌آوری‌های زیادی وجود دارند که می‌توانند به نظارت و مدیریت خنک‌کننده مرکز داده برای حفظ دما و رطوبت در محدوده بهینه کمک کنند.
خنک کننده مرکز داده چیست؟
مراکز داده انرژی زیادی مصرف می‌کنند که به گرما تبدیل می‌شود. هرچه تجهیزات بیشتری در یک مرکز قرار داده شود، گرمای تولید شده بیشتر می‌شود. اصطلاح خنک کننده مرکز داده به تجهیزات جمعی، ابزارها، سیستم‌ها، تکنیک‌ها و فرآیندهایی اشاره دارد که درجه حرارت و رطوبت ایده‌آل را در یک مرکز داده حفظ می‌کند. خنک کننده مناسب مرکز داده تضمین می‌کند که کل یک مرکز با خنک کننده، تهویه و کنترل رطوبت کافی تامین می‌شود تا همه تجهیزات را در محدوده دمایی مورد نظر نگه دارد.
چرا خنک کردن مرکز داده مهم است؟
درجه حرارت و رطوبت بالا، شرایطی نامطلوب برای تجهیزات IT و الکتریکی است. اکثر دستگاه‌ها و تجهیزات فناوری اطلاعات گرما تولید می‌کنند که باید به سرعت از شر آن خلاص شوند تا عملکرد آن‌ها تحت تأثیر قرار نگیرد. گرما و رطوبت بیش از حد می‌تواند به دستگاه‌ها و تجهیزات آسیب برساند و باعث خرابی و از کار افتادن آن‌ها شود. تجهیزات آسیب دیده می‌تواند منجر به خطر آتش سوزی و سایر مسائل ایمنی شود. این خطرات هزینه‌های عملیاتی را افزایش می‌دهد زیرا تجهیزات باید مرتبا تعمیر یا جایگزین شوند.
از آنجایی که اکثر مراکز داده با تجهیزات کلاس A1 و A2 کار می‌کنند، مدیران تأسیسات باید اطمینان حاصل کنند که سیستم‌های خنک‌کننده آن‌ها به وظیفه خود عمل می‌کنند.
خنک کننده مرکز داده چگونه کار می‌کند؟
خنک کننده مرکز داده با حذف گرمای اضافی از محیط و جایگزینی آن با هوای خنک‌تر عمل می‌کند. این کار معمولا به یکی از چند روش زیر به انجام می‌رسد:
- تهویه هوای گرم به بیرون و سپس وارد کردن هوای بیرون، خنک کردن و گردش آن در تاسیسات.
- بازیافت هوای داخلی با خنک کردن آن، که معمولا از طریق طراحی راهروی سرد و گرم برای به حداکثر رساندن راندمان خنک‌کننده به انجام می‌رسد.
- خروج هوای گرم به بیرون و سپس کشیدن هوای سرد بیرون به داخل تاسیسات برای کاهش دما. این روش به عنوان خنک کننده رایگان شناخته می‌شود و فقط برای تأسیساتی که در آب و هوای سردتر قرار دارند کار می‌کند.
- خنک کردن یا گرم کردن تاسیسات تا بالاترین دمای توصیه شده و تعویض تجهیزات پس از خرابی. استفاده از این به اصطلاح خنک کننده حرارتی یا خنک کننده نزدیک می‌تواند ارزان‌تر باشد زیرا سایر روش‌های خنک کننده ممکن است به طور قابل توجهی بیشتر از مخارج جایگزینی تجهیزات هزینه داشته باشند.
سیستم‌ها و فن آوری‌های فعلی خنک کننده مرکز داده
خنک کننده هوا یا سیستم‌های هوا خنک (Air Cooling) و خنک کننده مایع (Liquid Cooling) دو نوع از محبوب‌ترین خنک کننده‌های مرکز داده هستند.
Air Cooling
این روش خنک‌کننده برای مراکز داده کوچک‌تر یا مراکز قدیمی‌تر که طبقات مرتفع را با طرح‌های راهروی سرد و گرم ترکیب می‌کنند، ایده‌آل است. هنگامی که واحد تهویه مطبوع اتاق کامپیوتر (CRAC) یا کنترل کننده هوای اتاق کامپیوتر (CRAH) هوای سرد را به بیرون می‌فرستد، فشار زیر قسمت کفی که بالا رفته، افزایش می‌یابد و هوای سرد را به ورودی هوای تجهیزات می‌فرستد. هوای سرد هوای گرم را جابجا می‌کند و سپس به CRAC یا CRAH بازگردانده می‌شود و در آنجا خنک می‌شود و دوباره به گردش در می‌آید.
راهروهای هوای سرد و گرم با امکان قرار دادن هدفمند دریچه‌های ورودی و خروجی، کارایی سیستم‌های خنک کننده مبتنی بر هوا را افزایش می‌دهند. این از مخلوط شدن هوای سرد و گرم جلوگیری می‌کند تا خنک کننده CRAC یا CRAH بتواند کارآمدتر کار کند.
به طور کلی، CRAH کارآمدتر از CRAC است زیرا هوای بیرون را به داخل می‌کشد و آن را با استفاده از آب سرد به جای مبرد خنک می‌کند. یک CRAC مانند یک واحد تهویه مطبوع مسکونی عمل می‌کند که از مبرد برای خنک کردن هوا استفاده می‌کند. واحدهای CRAC برای قفسه‌های مراکز داده کوچک مناسب‌تر هستند زیرا نمی‌توانند با مراکز داده در سطح سازمانی هماهنگی داشته باشند.
چیدمان راهروهای سرد و گرم
در این چیدمان، کابینت‌ها و رک‌های سرور به‌صورت ردیفی چیده شده‌اند و هر ردیف در جهت مخالف ردیف مقابل قرار گرفته‌اند.
این پیکربندی تجهیزات دارای ورودی سرد و دریچه‌های هوای گرم رو به روی یکدیگر است که راهروهای متناوب هوای گرم و سرد را ایجاد می‌کند. CRAHها در هر راهرو یا دریچه یا پمپ هوا هستند تا سیستم خنک کننده به طور موثر کار کند. هوای گرم از راهروی گرم خارج می‌شود و هوای خنک به راهروی سرد پمپ می‌شود.
برای هدایت بیشتر جریان هوا می‌توان درها و دیوارها را به طرح اضافه کرد. کابینت‌ها باید تا حد امکان پر باشند تا از فضاهای خالی، شکاف‌ها و منافذ کابلی که می‌توانند هوای گرم یا سرد را به راهروی مقابل نشت دهند و باعث اضافه کاری سیستم خنک کننده شود، جلوگیری شود.
Liquid Cooling
یک فناوری نسبتا جدیدتر، خنک کننده مایع است. این یک سیستم خنک کننده کارآمدتر و مقرون به صرفه است زیرا می‌توان آن را بر روی دستگاه‌های مرکز داده‌ای که به آن بیشتر نیاز دارند نصب کرد. مایع در انتقال گرما از منابع ساطع کننده کارآمدتر از هوا است. علاوه بر این می‌تواند از تراکم تجهیزات بیشتر و مواردی که گرمای بالاتر از حد متوسط تولید می‌کنند، مانند مراکز داده محاسباتی با تراکم بالا و Edge، پشتیبانی کند.
دو نوع اصلی خنک کننده مایع وجود دارد:
- خنک کننده غوطه وری مایع. این روش کل دستگاه الکتریکی را در سیال غیر رسانا در یک سیستم بسته قرار می‌دهد. سیال گرمای ساطع شده از دستگاه را جذب می‌کند، تبدیل به بخار و دوباره مایع می‌شود و به خنک شدن دستگاه کمک می‌کند.
- خنک کننده مایع مستقیم به تراشه. این روش از لوله‌های انعطاف‌پذیر استفاده می‌کند تا مایع غیر رسانا غیرقابل اشتعال را مستقیما به تراشه پردازنده یا قطعه‌ای از مادربرد که بیشترین گرما را تولید می‌کند، مانند CPU یا GPU، بیاورد. سیال گرما را با تبدیل شدن به بخار جذب می‌کند و گرما را از طریق همان لوله از تجهیزات خارج می‌کند.
سیستم‌ها و فناوری‌های خنک کننده مرکز داده آینده
اگرچه خنک‌سازی مایع هنوز نسبتا جدید است، اما فن‌آوری‌های سرمایش مرکز داده دیگری مانند روش‌های خنک‌کننده زمین‌گرمایی، فناوری‌های هوشمندی که از هوش مصنوعی و یادگیری ماشینی برای نظارت و مدیریت بهتر خنک‌کننده استفاده می‌کنند و سرمایش تبخیری در در آینده این وظیفه را به عهده خواهند گرفت.
استفاده از طبیعت برای خنک کردن مراکز داده
در اینجا چند روش وجود دارد که مراکز داده می‌توانند از طبیعت برای خنک کردن تاسیسات خود استفاده کنند:
- سرمایش زمین گرمایی از دمای تقریبا ثابت زمین در زیر سطح برای تأمین سرمایش استفاده می‌کند. در مراکز داده، خنک کننده زمین گرمایی از یک سیستم لوله مدار بسته با آب یا خنک کننده دیگری استفاده می‌کند که از چاه‌های عمودی زیرزمینی عبور می‌کند که با مایع انتقال دهنده گرما پر شده است.
- خنک‌سازی تبخیری یا خنک‌سازی باتلاقی، از افت دما که زمانی رخ می‌دهد که آب در معرض هوای متحرک قرار می‌گیرد و شروع به تبخیر و تبدیل شدن به گاز می‌کند، استفاده می‌کند. یک فن هوای گرم مرکز داده را از طریق یک پد مرطوب شده با آب یا مایع خنک کننده می‌کشد و با تبخیر مایع، هوا سرد شده و به مرکز داده بازگردانده می‌شود. این روش می‌تواند هزینه بسیار کمتری نسبت به خنک کننده‌های متداول داشته باشد.
- خنک کننده خورشیدی، گرمای خورشید را به یک خنک کننده تبدیل می‌کند که می‌تواند در سیستم‌های خنک کننده هوای مرکز داده استفاده شود. این سیستم انرژی خورشیدی را جمع آوری می‌کند و از یک فرآیند خنک کننده حرارتی برای کاهش دمای هوا در یک ساختمان استفاده می‌کند.
- KyotoCooling بهبود روش خنک‌کننده آزاد است که از چرخ حرارتی برای کنترل جریان هوای سرد و گرم در مرکز داده استفاده می‌کند. هنگام چرخش چرخ، هوای گرم داخلی به بیرون تخلیه می‌شود. سپس هوای بیرون چرخ را خنک می‌کند و هوایی که به داخل تاسیسات باز می‌گردد.
استفاده از فناوری هوشمند برای خنک کردن مرکز داده
از آنجایی که بسیاری از فناوری‌های خنک‌کننده جدیدتر مرکز داده نیازمند سرمایه‌گذاری قابل توجهی از سوی صاحبان تأسیسات هستند، فناوری هوشمند به یک گزینه محبوب تبدیل شده است. دستیارهای هوشمند مرکز داده، فناوری‌های هوش مصنوعی و یادگیری ماشینی می‌توانند به طور مؤثرتری بر امکانات نظارت کنند و تنظیمات را در لحظه برای اطمینان از درجه حرارت و رطوبت بهینه تغییر دهند.
ربات‌های خنک کننده مرکز داده می‌توانند در داخل مرکز حرکت کنند و دما و رطوبت را در کابینت‌های سرور خاص نظارت کنند. تقاضای مرکز داده افزایش خواهد یافت، بنابراین صاحبان تسهیلات و مشتریان آن‌ها باید به دنبال راه حل‌های خنک کننده کارآمدتر و مقرون به صرفه باشند. چه با نگاه کردن به گزینه‌های با آسیب کمتر به محیط زیست، مانند سرمایش زمین گرمایی و رایگان، یا با سرمایه گذاری در فناوری‌های جدیدتر، مانند خنک کننده غوطه‌ور در مایع برای سرورهای پرقدرت، چیزی برای همه وجود دارد.
