زمان تخمینی مطالعه:10 دقیقه 

یکی از مهم‌ترین مسئولیت‌های متخصصان شاغل در مرکز داده، نظارت و مدیریت محیطی است. درجه حرارت و رطوبت بالا می‌تواند به سرعت به تجهیزات فناوری اطلاعات آسیب وارد کند و باعث خرابی آن‌ها شود. این مساله می‌تواند شرایط ناخوشایندی را برای افرادی که در این مراکز مشغول به کار هستند به‌وجود آورد.

خوشبختانه، سامانه‌ها و فناوری‌های زیادی وجود دارند که می‌توانند در زمینه نظارت و مدیریت بر دمای دیتاسنتر و حفظ دما و رطوبت در محدوده بهینه به کارشناسان شبکه و مرکز داده کمک کنند.

خنک‌سازی مرکز داده چیست؟

تجهیزات مستقر در مرکز داده انرژی زیادی را مصرف می‌کنند که بخش عمده‌ای از این انرژی به شکل گرما هدر می‌رود. هرچه تجهیزات بیشتری در یک مرکز قرار گرفته باشند به همان نسبت گرمای بیشتری نیز تولید می‌شود. اصطلاح خنک‌سازی مرکزداده (data center cooling) به مجموعه راه‌حل‌ها، فناوری‌ها و تجهیزاتی اشاره دارد که برای دفع گرمای محیط و هدایت آن به‌سمت خارج از مرکزداده استفاده می‌شوند، به‌طوری که درجه حرارت و رطوبت در شرایط ایده‌آل قرار بگیرند.

سامانه‌های خنک‌سازی مراکزداده تضمین می‌کنند که مرکز در شرایط پایداری قرار دارد و تجهیزات خنک‌سازی به‌شکل درستی فرآیند تهویه را انجام می‌دهند و اجازه نمی‌دهند رطوبت فراتر از حد مجاز برود. به‌طوری که همه تجهیزات در محدوده دمایی که کارشناسان مرکزداده تعیین می‌کنند، کار خواهند کرد.

چرا خنک‌سازی مرکز داده مهم است؟

درجه حرارت و رطوبت بالا شرایط نامطلوب و ناپایداری را برای تجهیزات فناوری‌اطلاعات به‌وجود می‌آورد. اکثر دستگاه‌ها و تجهیزات فناوری اطلاعات گرما تولید می‌کنند و باید به سرعت این گرما دفع شود تا عملکرد آن‌ها تحت تاثیر قرار نگیرد. گرما و رطوبت بیش از حد می‌‌تواند به دستگاه‌ها و تجهیزات آسیب برساند و باعث خرابی و از کار افتادن آن‌ها شود. علاوه بر این، تجهیزات آسیب‌دیده می‌توانند باعث آتش‌سوزی شده و مسایل مختلفی را به وجود آورند. این خطرات هزینه‌های عملیاتی را افزایش می‌دهد، زیرا تجهیزات باید مرتبا تعمیر یا جایگزین شوند.

با توجه به این‌که، بیشتر مراکز داده تجهیزات کلاس A1 و A2 را میزبانی می‌کنند، مدیران مرکز داده باید اطمینان حاصل کنند که سامانه‌های خنک‌کننده به خوبی وظیفه خود را انجام می‌دهند. خرید تجهیزات اضافی یا به‌روز برای پاسخ‌گویی به نیازهای خنک‌سازی یکی از نکات مهمی است که هنگام طراحی دیتاسنتر باید به آن دقت شود. جالب آن‌که، کارشناسان حوزه شبکه پیش‌بینی کرده‌اند که بازار سامانه‌های خنک‌سازی مرکزداده در ایالات متحده تا سال 2025 به ارزش بیش از 3.5 میلیارد دلار خواهد رسید.

تجهیزات خنک‌سازی مرکز داده چگونه کار می‌کنند؟

به‌طور کلی، تجهیزات خنک‌سازی مرکزداده به این صورت کار می‌کنند که گرمای محیطی را مکش کرده و به‌سمت خارج از ساختمان هدایت می‌کنند. به‌طوری که جریان هوای گرم با هوای خنک‌تر جایگزین می‌شود. این راهکار به روش‌های مختلف زیر انجام می‌شود:

جریان هوای گرم به‌سمت بیرون از ساختمان هدایت شده و سپس جریان هوای سرد از طریق تاسیسات مستقر در خارج از ساختمان به‌سمت رک‌ها و اتاق سرور هدایت می‌شود.

بازیافت هوای محیطی و خنک‌سازی آن از طریق طراحی راهروی سرد و گرم به طوری که درجه حرارت مرکزداده به شرایط مطلوب برسد.

مکش هوای گرم به سمت تاسیسات خنک‌سازی که از قبل در بیرون از مرکز داده مستقر شده‌اند و سپس انتقال هوای سرد از طریق کانال‌های تهویه به‌سمت مرکز داده و رک‌ها. این تکنیک که pre-chilled  از طریق فناوری Water Chilled انجام می‌شود و تنها قابل استفاده در مراکزداده‌ای است که مناطق سردسیری قرار دارند.

راهکاری دیگری که چند وقتی است مورد توجه سازمان‌ها قرار دارد، قرار دادن رک‌ها درون محفظه‌ها و مایعات خاصی است که باعث کاهش دمای تجهیزات می‌شوند. البته، این روش به‌دلیل هزینه بالایی که دارد تنها از سوی سازمان‌های بزرگ مورد استفاده قرار می‌گیرد.

آشنایی با سامانه‌ها و فناوری‌های خنک‌کننده مرکز داده

به‌طور کلی، تجهیزات خنک‌سازی هوایی و مایع دو مورد از محبوب‌ترین تجهیزاتی هستند که برای متعادل نگه داشتن جریان هوای مراکزداده استفاده می‌شوند.

خنک‌کننده با هوا (Air cooling)

این روش خنک‌سازی برای دیتاسنتر کوچک یا مراکز قدیمی‌ که دارای کف کاذب با راهروی سرد و گرم هستند، ایده‌آل است. هنگامی که واحد AC اتاق کامپیوتر (CRAC) یا کنترل‌کننده هوای اتاق کامپیوتر (CRAH) سرنام computer room air handler هوای سرد را به بیرون می‌فرستد، فشار هوا در زیر کف افزایش پیدا می‌کند و هوای سرد را به ورودی تجهیزات می‌فرستد. در ادامه، هوای گرم جای خود را به هوای سرد می‌دهد و سپس به CRAC یا CRAH بازگردانده می‌شود و آن منطقه خنک می‌شود.

راهروهای هوای سرد و گرم با قابلیت هدف قرار دادن دریچه‌های ورودی و خروجی، عملکرد سامانه‌های خنک‌کننده هوا-محور را افزایش می‌دهند. این راهکار مانع ترکیب شدن هوای سرد و گرم می‌شود و باعث می‌شود تجهیزات سرمایشی CRAC یا CRAH بتواند کارآمدتر کار کنند.

CRAH عملکردی بهتر از CRAC دارد، زیرا هوای بیرون را به داخل می‌کشد و به‌دلیل این‌که از سامانه چیلر خنک‌کننده آبی به جای کولر یا فن استفاده می‌کند، محیط را بهتر خنک می‌کند. به بیان دقیق‌تر، عملکردی شبیه به کولرهای آبی دارد که در منازل استفاده می‌شود. تجهیزات CRAC گزینه مناسبی برای مراکزداده‌ای هستند که میزبان رک‌های کوچک هستند که خرید تجهیزات گران‌قیمت برای کاهش دمای آن‌ها مقرون به صرفه نیست.

آرایش راهروهای سرد و گرم

در آرایش فوق، کابینت‌ها و رک‌های سرور به‌صورت ردیفی چینش می‌شوند و هر ردیف در جهت مخالف ردیف مقابل قرار می‌گیرد. این پیکربندی تجهیزات دارای ورودی سرد و دریچه‌های هوای گرم رو به‌روی یکدیگر قرار می‌دهد که راهروهای متناوب هوای گرم و سرد را ایجاد می‌کنند. در معماری فوق، CRAHها در هر راهرو، دریچه یا پمپ هوا مستقر می‌شوند تا سامانه خنک‌کننده به‌طور موثرتری کار کند. در این حالت، هوای گرم از راهروی گرم خارج می‌شود و هوای خنک از راهروی سرد پمپ می‌شود.

برای هدایت بیشتر جریان هوا می‌توان درها و دیوارهای کاذبی را به طراحی اضافه کرد. نکته مهمی که باید در ارتباط با معماری فوق به آن دقت کنید این است که کابینت‌ها باید تا حد امکان نزدیک به‌هم باشند تا مانع به وجود آمدن فضاهای خالی، شکاف‌ها و منافذی شوند که باعث می‌شوند راهروهای گرم و سرد کارایی خود را از دست بدهند و با مشکل نشت روبه‌رو شوند. به‌همین دلیل، راهکار فوق در ارتباط با مراکزداده‌ای مناسب است که رک‌های زیادی در آن‌ها مستقر شده‌اند. شکل زیر معماری و نحوه آرایش رک‌ها با هدف پیاده‌سازی راهروهای گرم و سرد را نشان می‌دهد.

خنک‌کننده مایع (Liquid cooling)

خنک‌کننده مایع یک فناوری نسبتا جدیدتر نسبت به خنک‌کننده هوایی است. خنک‌کننده مایع یک راهکار سرمایشی کارآمدتر و مقرون به صرفه است، زیرا امکان استقرار آن روی تجهیزات مستقر در مراکزداده وجود دارد. اگر از منظر درس شیمی به قضیه نگاه کنیم باید بگوییم که مایع در فرآیند انتقال گرمای ساطع شد از منابع و تجهیزات عملکرد بهتری نسبت به هوا دارد. همچنین؛ می‌تواند از تراکم تجهیزات بیشتر و تجهیزاتی که گرمای بالاتر از حد متوسط تولید می‌کنند به شکل بهتری پشتیبانی کند. به همین دلیل، این تجهیزات سرمایشی، گزینه مناسبی برای استقرار در مراکزداده محاسباتی با چگالی بالا و لبه هستند. به‌طور کلی، عملکرد تجهیزات خنک‌کننده مایع شبیه به رادیاتور نصب شده در وسایله نقلیه است که آب و مایع ضدجوش نقش به همراه فنی که مقابل رادیاتور قرار می‌گیرد، نقش مهمی در کاهش دمای قطعات دارند.

به‌طور کلی، دو نوع اصلی خنک‌کننده مایع به شرح زیر وجود دارد:

سامانه خنک‌سازی غوطه‌ور در مایع (Liquid immersion cooling): در روش فوق کل دستگاه الکتریکی یا رک در سیال دی‌الکتریک و در یک محفظه بسته قرار می‌گیرد. سیال گرمای ساطع شده از دستگاه را جذب می‌کند، آن را به بخار تبدیل می‌کند، آن‌را متراکم می‌کند و به خنک شدن دستگاه کمک می‌کند.

خنک‌کننده مایع مستقیم به تراشه (Direct-to-chip liquid cooling): در روش فوق از لوله‌های انعطاف‌پذیر استفاده می‌شود تا مایع خنک‌کننده غیرقابل اشتعال به شکل مستقیم به تراشه پردازشی یا قطعه‌ای روی مادربرد که بیشترین گرما را تولید می‌کند، مثل پردازنده مرکزی یا پردازنده گرافیکی انتقال پیدا کند. سیال گرما را با تبدیل به بخار جذب می‌کند و گرما را از طریق لوله‌هایی به خارج از سامانه هدایت می‌کند. به‌طور معمول، کارشناسان حرفه‌ای از نیتروژن مایع در این زمینه استفاده می‌کنند.

استفاده از طبیعت برای خنک‌سازی مراکزداده

در چند سال اخیر، شرکت‌ها روش‌های جالب توجهی برای خنک‌سازی مراکزداده با محوریت طبیعت ابداع کرده‌اند که از مهم‌ترین آن‌ها به موارد زیر باید اشاره کرد:

سرمایش زمین‌گرمایی

 از دمای تقریبا ثابت زمین در زیر سطح برای تامین سرمایش استفاده می‌کند. این راهکار مبتنی بر یک ایده قدیمی است که قرن‌ها پیش برای سرد نگه داشتن غذا استفاده می‌شد و اکنون از این روش برای خنک‌سازی تجهیزات استفاده می‌شود. در معماری خنک‌کننده زمین‌گرمایی از یک سامانه مبتنی بر لوله‌های حلقه‌ای با آب یا مایع خنک‌کننده استفاده می‌کند که از چاه‌های عمودی زیرزمینی عبور می‌کند و مایع درون این لوله‌ها فرآیند انتقال گرما را انجام می‌دهند. مرکز داده پنسیلوانیا در غرب کوهستان Iron، Verne Global در ایسلند و Green Mountain در نروژ از خنک‌کننده زمین‌گرمایی برای مراکزداده خود استفاده می‌کنند.

خنک‌سازی تبخیری

مکانیزم فوق بر مبنای افت دما زمانی که آب در معرض هوای در حال جریان قرار می‌گیرد و شروع به تبخیر و تبدیل شدن به گاز می‌کند، استفاده می‌کند. یک فن هوای گرم مرکزداده را از طریق یک پد مرطوب شده با آب یا مایع خنک‌کننده می‌مکد و با تبخیر مایع، هوای سرد شده را به مرکزداده باز می‌گرداند. به‌طور معمول، در معماری فوق از یک سامانه HVAC استفاده می‌شود.

استفاده از فناوری‌های هوشمند برای خنک‌کردن مرکزداده

از آن‌جایی که فناوری‌های خنک‌کننده پیشرفته‌ مراکزداده نیازمند سرمایه‌گذاری قابل‌توجهی از سوی صاحبان تاسیسات هستند، شرکت‌ها برای کاهش هزینه‌ها به سراغ فناوری‌های هوشمند رفته‌اند. حس‌گرهای هوشمند مراکزداده، فناوری‌های هوش‌مصنوعی و یادگیری ماشین می‌توانند به‌طور موثرتری بر امکانات نظارت کنند و تنظیمات را در زمان واقعی انجام دهند تا درجه حرارت و رطوبت را در وضعیت مطلوب نگه دارند. به‌طور مثال، گوگل از کنترل‌های هوشمند دما برای کاهش گرما و سرمایش استفاده می‌کند.

این شرکت از راهکار ابداعی شرکت DeepMind AI برای کاهش مصرف انرژی تجهیزات خنک‌کننده تا 40 درصد استفاده می‌کند. علاوه بر این، ربات‌های خنک‌کننده مرکزداده می‌توانند داخل مرکز حرکت کنند و دما و رطوبت را در کابینت‌هایی که میزبان سرورها هستند کنترل کنند. یکی از چالش‌های نظارت بر دما در کابینت‌ها به صورت دستی این است که هر زمان درهای کابینت‌ها و رک‌ها باعث می‌شود شرایط به سرعت تغییر می‌کند. شرکت‌هایی مانند OneNeck IT Solutions یک کاوشگر حسگر روباتی ایجاد کرده‌اند که در کابینت‌های استاندارد قرار می‌گیرد. ربات یک ریل تسمه محور داخل کابینت را بالا و پایین می‌کند تا داده‌های دما را برای هر رک جمع‌آوری کند. سپس داده‌ها را از طریق بلوتوث به دستگاه‌های متصل منتقل می‌کند تا متخصصان مرکزداده بتوانند یک نقشه حرارتی کامل از کابینت ایجاد کنند.

کلام آخر

آمارها همگی به این نکته اشاره دارند که تقاضای برای مرکزداده در سال‌های آتی روند رو به‌رشدی خواهد داشت. از این‌رو، صاحبان زیرساخت‌ها و مراکزداده به‌دنبال راه‌حل‌های خنک‌کننده کارآمدتر و مقرون به صرفه خواهند بود. خوشبختانه، راهکارهای کم خطرتر برای محیط زیست، مثل سرمایش زمین‌گرمایی، فناوری‌های هوشمند، خنک‌کننده غوطه‌ور در مایع گزینه‌های قابل دسترسی هستند که به سازمان‌ها در کاهش دمای مراکزداده کمک می‌کنند.

منبع:  techtarget

بخوانید: کانکتور های فضای باز