Modes tendences datu centru izveidē
MODES TENDENCES
Apskatīsim kopīgās tendences pasaules industrijas
globalizācijas procesā, kad uzņēmumi, kas līdz šim bijuši līderi noteiktos ar
datu centriem saistītos tehnoloģijas virzienos, pamazām ar citu kompāniju
pārpirkšanu panāk arvien plašāku risinājumu piedāvājumu vienas korporācijas
ietvaros. Piemēram izvēlēsimies daudziem agrāk tikai ar nepārtrauktās barošanas
avotiem pazīstamo APC (American Power
Conversion Corp.), Friedhelm LOH grupa (ietilpst tādi zīmoli kā Rittal, Lampertz), kas sākotnēji bija
pazīstami ar speciālajiem seifiem IT aparatūrai un aparatūras telpu
modulārajiem risinājumiem, un Emerson
Network Power ar uzņēmumu Liebert
un Knurr, ko šajā
tirgus segmentā noteikti pazīst pēc visplašākajiem precīzās kondicionēšanas
risinājumiem.
Iespējamie dzesēšanas risinājumi
Air Flow Enhancer
(Emerson Network Power) ventilatori, ko montē uz statnes
aizmugurējām durvīm.
Liebert XD CoolFrame,
kurā ir iebūvēti freona dzesēšanas kontūri, aukstuma jauda ir līdz 10 kW.
CoolAdd risinājums (KNURR)
līdz 8 kW. Pievieno kā papildu moduli, mainot aizmugurējās durvis, izmanto 4
ventilatorus un dzesēšanu ar atdzesētu (chilled)
ūdeni.
Cooling Unit Top-Mounting
uz statnes jumta uzstādāmā kondicionēšanas iekārta, jauda no 900 līdz 2700 W.
Cooling Unit Wall Installation
uz durvīm uzstādāmā kondicionēšanas iekārta, jauda no 900 līdz 2700 W,
aukstumnesējs freons.
Cooling output durvīs
montējamas kondicionēšanas iekārtas no 1 līdz 2,5 kW (Rittal).
Climate controlled doors
durvīs montējamas kondicionēšanas iekārtas
(Rittal).
TopTherm-Plus uz jumta
montējams, jauda līdz 2,5 kW, ar ūdens aukstumnesēju (Rittal).
InfraStruXure® InRow RC
kondicionēšanas risinājums ar atdzesētu ūdeni (APC).
RimatriX5 Liquid Cooling Package
modulārs dzesēšanas risinājums Standard (līdz
20 kW), sastāv no trim blokiem, paredzēts lokālai vienas vai divu statņu
dzesēšanai, aukstumnesējs ūdens (Rittal).
RimatriX5 Liquid Cooling Package
modulārs dzesēšanas risinājums Plus
(28 kW vai 40 kW), paredzēts lokālai vienas vai divu statņu dzesēšanai,
aukstumnesējs ūdens (Rittal).
CoolTherm®
kondicionēšanas risinājumi ar jaudu no 10 līdz 35 kW, aukstumnesējs ūdens.
Liebert XDFN Closed Loop Rack
Cooling dzesēšanai līdz 24 kW, par aukstumnesēju izmantojot
freonu.
APC Rack Air Containment Rear
Assembly modulis ar gaisa dzesēšanu.
Aparatūras statnes
un dzesēšana
Kopīgās tendences statņu izveidē ir šādas:
joprojām tiek piedāvātas gan 60 cm, gan 80 cm platas
statnes. Platākās, protams, ir ērtākas savienojumu un komutācijas vadu
montāžai, taču kopējais statnes laukums jau tā dārgajā datu centra telpā tiek
izmantots mazāk racionāli bez liekiem 20 cm platumā, ko statne aizņem
salīdzinājumā ar
60 cm konstrukciju, jāņem vērā arī attiecīgi platākas priekšējās un
aizmugurējās durvis, kas kopumā rada statnes aizņemamā laukuma pieaugumu par 30
procentiem salīdzinājumā ar kompakto 60 cm variantu;
šobrīd populārākās ir tieši 42U (aptuveni 1,9 m)
augstas statnes, jo bieži vien ēku durvju (it īpaši liftu) konstrukcijas nav
piemērotas maksimālā augstuma 47U statņu transportēšanai, kā arī tāpēc, ka
tipveida kompaktie serveri (1U vai 2U augstumā) savu siltumpatēriņa parametru
dēļ neļauj pilnībā aizpildīt statni;
statnes
tipiskais dziļuma gabarīts tiek izvēlēts jau vismaz 1 m vai 1,1 m, jo mūsdienu
kompaktie 2U-4U serveri un it īpaši disku masīvi tiek veidoti dziļumā līdz pat
900 mm, kas kopā ar savienojošajiem vadiem veido lietderīgo izmēru vismaz 1 m;
plānojot iespējamo ievietojamo iekārtu veidu un to
enerģijas patēriņu, jāmodelē arī iespējamais to dzesēšanas risinājums, kas liek
izvēlēties pareizo statnes priekšējo un aizmugurējo durvju tipu. Vēl pavisam
nesen 90 procentiem statņu bija monolītas (stikla vai metāla) durvis, statnes
ventilāciju nodrošinot no apakšas virzienā uz augšu, bet tagad 90 procentos
gadījumu jārēķinās ar dzesēšanas virzienu, kas vērsts paralēli grīdai un
virzītos no statnes priekšpuses uz tās aizmuguri. To iespējams nodrošināt,
tikai izmantojot perforētās metāla durvis gan statnes priekšpusē, gan
aizmugurē.
Dzesēšanas risinājumi
Tagad par atšķirīgajām tendencēm. Statnes iekšpusē izvietojamo iekārtu
dzesēšana kļūst par arvien sāpīgāku problēmu. Teorētiski pilna augstuma statnē
var ievietot 47 serverus, kas patērētu vismaz 14 kW jaudas. Šobrīd, izmantojot
atdzesēta gaisa plūsmu, statnē var nodrošināt tikai 35 kW slodzes dzesēšanu.
Lai novērstu nedaudz lielākas jaudas dzesēšanu, papildus izmanto ventilatorus,
ko montē statnes priekšējā vai aizmugurējā sienā.
Lielākas jaudas (parasti robežās no 5 līdz 30 kW) statnē ražotāji piedāvā
izveidot lokālo dzesēšanas risinājumu, kurā apvieno noslēgtu aparatūras statni
un iekšpusē izvietotu dzesēšanas risinājumu. Tas samazina telpas kubatūru, kurā
tad jāpanāk lielā siltuma daudzuma aizvadīšana. Tas ir īpaši aktuāls
risinājumiem ar lielu aparatūras jaudas koncentrāciju, piemēram, izmantojot
asmeņserverus (blade).
Precīzās kondicionēšanas risinājumi telpai
Iepriekš minētajos risinājumos galvenokārt apskatījām tendences, kas
orientētas uz vienas vai dažu karstāko statņu liekā siltuma izvadīšanu. Taču,
arī veidojot lielāku datu centru, kur katras statnes siltuma jauda nepārsniedz
45 kW, ir jādomā par optimālo izvietošanas principu. Iepriekšējo gadu
dzesēšanas principi bija diezgan viendabīgi tika veidota aukstā gaisa plūsma
zem dubultās grīdas, kas no statnes apakšas virzījās uz augšu, ceļā atdzesējot
visas iekārtas. Tika izmantotas statnes ar noslēgtām (bez perforācijas) durvīm.
Taču, pārejot uz kompaktajiem (1U, 2U, 4U) serveru risinājumiem, tie sāka
aizņemt visu statnes dziļumu, līdz ar to nosprostojot iespējamo ventilācijas
ceļu. Turklāt serveros ventilācijas plūsma tika veidota no korpusa priekšpuses
uz aizmuguri.
Tāpēc ir tikai likumsakarīgi, ka šī iemesla dēļ jaunajos datu centros
lieto aparatūras statnes ar perforētajām durvīm (izņemot tos gadījumos, kurus
iepriekšējā nodaļā apskatījām kā īpaši karstu risinājumu dzesēšanu). Šobrīd ļoti plaši tiek izmantota
dzesēšana, auksto plūsmu virzot zem paceltās grīdas un to izvadot pa
ventilācijas atverēm pie statnes priekšējām durvīm. Šeit jāņem vērā tie daži
ierobežojumi, ko limitē paceltās grīdas augstums (attiecīgi arī gaisa tilpums,
ko laika vienībā caur šo telpu var izplatīt), kā arī paceltajā grīdā iemontēto
ventilācijas kanālu caurlaides spēja.
Aptuvenos aprēķinos pieņem, ka vienas standarta grīdas plāksnes (60 x
60 cm) ventilācijas kanāls spēj izlaist cauri līdz 1500 m3/h auksta
gaisa plūsmu. Lai nodrošinātu attiecīgu gaisa plūsmu statnēm ar lielu
siltumjaudu, jārēķinās ar vairāku ventilācijas kanālu uzstādīšanu, kas
palielina nosacīti nelietderīgo laukumu datu centra telpā. Lai optimizētu šādu
risinājumu, ražotāji piedāvā jaunas konstrukcijas kondicionēšanas iekārtas,
kuras paredzētas stiprināšanai pie griestiem un kuru uzdevums ir nodrošināt
aukstuma veidošanu statnes augšējā daļā (kas vienmēr būs karstāka siltā gaisa
konvekcijas rezultātā).
Lai sasniegtu maksimālo efektivitāti pašreizējā iekārtu jaudas pieaugumā
aparatūras statnēs, tiek piedāvāta principiāli jauna pieeja statņu un siltuma
plūsmu organizēšanai starp tām auksto
un karsto koridoru veidošana,
maksimālu dzesēšanas jaudu lietojot tikai aukstajā
koridorā, īpaši neuztraucoties par temperatūru karstajā
zonā (sk. attēloto temperatūras sadalījumu dažādos risinājumos). Protams,
personālam, kas līdz šim bija pieradis rūpēties, lai temperatūra būtu vienādi
zema visā datu centra telpā, tas būtu diezgan nepierasti, bet, kā rāda lielāko
ražotāju pieredze un rekomendācijas, tas šobrīd ir efektīvākais un lētākais
veids, kā panākt optimālo režīmu aparatūrai, kas atrodas statnēs. Ja papildus
nelieto aukstā koridora
veidošanas iekārtas, ko novieto pie griestiem, dažreiz ir lietderīgi norobežot
telpu virs pašām statnēm ar papildu vertikālu plāksni, lai novērstu karstā
gaisa plūsmas atgriešanos statnes
augšējā daļā tās aukstā koridora pusē. Lai nodrošinātu šādu koridoru veidošanu,
aparatūras statnes izvieto koridoros, orientējot to priekšējās durvis vienu
pret otru.
Nobeigums
Šeit apzināti tika apskatīta tikai datu centra telpās redzamā daļa,
sīkāk nepievēršoties telpas vai ēkas ārpusē esošajai aukstuma veidošanas daļai
t. s. kondensatoram vai arī Drycooler
vai Chiller. To veidi,
izmantotais aukstumnesējs un ar to izvietošanu saistītie risinājumi ir
atsevišķa apskata vērti. Taču, pieaugot dzesējamā siltuma dzesēšanas jaudām
pašā datu centrā, šādu risinājumu, ko līdz šim apzināti atdalīja no visas ēkas
kondicionēšanas risinājuma (no drošības un nepārtrauktības nodrošināšanas
viedokļa), mēģina integrēt arī ar to.
Argumenti ir saprotami šāda infrastruktūras elementa efektivitātes
paaugstināšana, pirmkārt, taupot elektroenerģiju un apvienojot dažādu sistēmu
kopīgos elementus. Viens no ceļiem ir lietot dzesēšanas elementus, kas
aukstajos gadalaikos izmanto auksto āra gaisu (Freecooling).
Protams, siltā gadalaikā šāda biroja un datu centra kondicionēšanas sistēmu aukstuma veidošanas resursu kooperācija
nav iespējama. Arī sākotnējās investīcijas biroja kondicionēšanas risinājumā ir
lielākas, lai nodrošinātu šo iekārtu augstāku darbības drošības un pieejamības
līmeni, taču ilgākā laika periodā, uzskaitot elektroenerģijas patēriņu, šāda
pieeja var sākt attaisnoties. Vismaz pārskatāmā nākotnē nekas neliecina, ka
izmantojamo dabas resursu cenas varētu kļūt lētākas.
Aivars Orbidåns
Apskatīsim kopīgās tendences pasaules industrijas globalizācijas procesā, kad uzņēmumi, kas līdz šim bijuši līderi noteiktos ar datu centriem saistītos tehnoloģijas virzienos, pamazām ar citu kompāniju pārpirkšanu panāk arvien plašāku risinājumu piedāvājumu vienas korporācijas ietvaros. Piemēram izvēlēsimies daudziem agrāk tikai ar nepārtrauktās barošanas avotiem pazīstamo APC (American Power Conversion Corp.), Friedhelm LOH grupa (ietilpst tādi zīmoli kā Rittal, Lampertz), kas sākotnēji bija pazīstami ar speciālajiem seifiem IT aparatūrai un aparatūras telpu modulārajiem risinājumiem, un Emerson Network Power ar uzņēmumu Liebert un Knurr, ko šajā tirgus segmentā noteikti pazīst pēc visplašākajiem precīzās kondicionēšanas risinājumiem.
Iespējamie dzesēšanas risinājumi
Air Flow Enhancer (Emerson Network Power) ventilatori, ko montē uz statnes aizmugurējām durvīm.
Liebert XD CoolFrame, kurā ir iebūvēti freona dzesēšanas kontūri, aukstuma jauda ir līdz 10 kW.
CoolAdd risinājums (KNURR) līdz 8 kW. Pievieno kā papildu moduli, mainot aizmugurējās durvis, izmanto 4 ventilatorus un dzesēšanu ar atdzesētu (chilled) ūdeni.
Cooling Unit Top-Mounting uz statnes jumta uzstādāmā kondicionēšanas iekārta, jauda no 900 līdz 2700 W.
Cooling Unit Wall Installation uz durvīm uzstādāmā kondicionēšanas iekārta, jauda no 900 līdz 2700 W, aukstumnesējs freons.
Cooling output durvīs montējamas kondicionēšanas iekārtas no 1 līdz 2,5 kW (Rittal).
Climate controlled doors durvīs montējamas kondicionēšanas iekārtas (Rittal).
TopTherm-Plus uz jumta montējams, jauda līdz 2,5 kW, ar ūdens aukstumnesēju (Rittal).
InfraStruXure® InRow RC kondicionēšanas risinājums ar atdzesētu ūdeni (APC).
RimatriX5 Liquid Cooling Package modulārs dzesēšanas risinājums Standard (līdz 20 kW), sastāv no trim blokiem, paredzēts lokālai vienas vai divu statņu dzesēšanai, aukstumnesējs ūdens (Rittal).
RimatriX5 Liquid Cooling Package modulārs dzesēšanas risinājums Plus (28 kW vai 40 kW), paredzēts lokālai vienas vai divu statņu dzesēšanai, aukstumnesējs ūdens (Rittal).
CoolTherm® kondicionēšanas risinājumi ar jaudu no 10 līdz 35 kW, aukstumnesējs ūdens.
Liebert XDFN Closed Loop Rack Cooling dzesēšanai līdz 24 kW, par aukstumnesēju izmantojot freonu.
APC Rack Air Containment Rear Assembly modulis ar gaisa dzesēšanu.
Aparatūras statnes
un dzesēšana
Kopīgās tendences statņu izveidē ir šādas:
joprojām tiek piedāvātas gan 60 cm, gan 80 cm platas
statnes. Platākās, protams, ir ērtākas savienojumu un komutācijas vadu
montāžai, taču kopējais statnes laukums jau tā dārgajā datu centra telpā tiek
izmantots mazāk racionāli bez liekiem 20 cm platumā, ko statne aizņem
salīdzinājumā ar
60 cm konstrukciju, jāņem vērā arī attiecīgi platākas priekšējās un
aizmugurējās durvis, kas kopumā rada statnes aizņemamā laukuma pieaugumu par 30
procentiem salīdzinājumā ar kompakto 60 cm variantu;
šobrīd populārākās ir tieši 42U (aptuveni 1,9 m) augstas statnes, jo bieži vien ēku durvju (it īpaši liftu) konstrukcijas nav piemērotas maksimālā augstuma 47U statņu transportēšanai, kā arī tāpēc, ka tipveida kompaktie serveri (1U vai 2U augstumā) savu siltumpatēriņa parametru dēļ neļauj pilnībā aizpildīt statni;
statnes tipiskais dziļuma gabarīts tiek izvēlēts jau vismaz 1 m vai 1,1 m, jo mūsdienu kompaktie 2U-4U serveri un it īpaši disku masīvi tiek veidoti dziļumā līdz pat 900 mm, kas kopā ar savienojošajiem vadiem veido lietderīgo izmēru vismaz 1 m;
plānojot iespējamo ievietojamo iekārtu veidu un to enerģijas patēriņu, jāmodelē arī iespējamais to dzesēšanas risinājums, kas liek izvēlēties pareizo statnes priekšējo un aizmugurējo durvju tipu. Vēl pavisam nesen 90 procentiem statņu bija monolītas (stikla vai metāla) durvis, statnes ventilāciju nodrošinot no apakšas virzienā uz augšu, bet tagad 90 procentos gadījumu jārēķinās ar dzesēšanas virzienu, kas vērsts paralēli grīdai un virzītos no statnes priekšpuses uz tās aizmuguri. To iespējams nodrošināt, tikai izmantojot perforētās metāla durvis gan statnes priekšpusē, gan aizmugurē.
Dzesēšanas risinājumi
Tagad par atšķirīgajām tendencēm. Statnes iekšpusē izvietojamo iekārtu dzesēšana kļūst par arvien sāpīgāku problēmu. Teorētiski pilna augstuma statnē var ievietot 47 serverus, kas patērētu vismaz 14 kW jaudas. Šobrīd, izmantojot atdzesēta gaisa plūsmu, statnē var nodrošināt tikai 35 kW slodzes dzesēšanu. Lai novērstu nedaudz lielākas jaudas dzesēšanu, papildus izmanto ventilatorus, ko montē statnes priekšējā vai aizmugurējā sienā.
Lielākas jaudas (parasti robežās no 5 līdz 30 kW) statnē ražotāji piedāvā izveidot lokālo dzesēšanas risinājumu, kurā apvieno noslēgtu aparatūras statni un iekšpusē izvietotu dzesēšanas risinājumu. Tas samazina telpas kubatūru, kurā tad jāpanāk lielā siltuma daudzuma aizvadīšana. Tas ir īpaši aktuāls risinājumiem ar lielu aparatūras jaudas koncentrāciju, piemēram, izmantojot asmeņserverus (blade).
Precīzās kondicionēšanas risinājumi telpai
Iepriekš minētajos risinājumos galvenokārt apskatījām tendences, kas orientētas uz vienas vai dažu karstāko statņu liekā siltuma izvadīšanu. Taču, arī veidojot lielāku datu centru, kur katras statnes siltuma jauda nepārsniedz 45 kW, ir jādomā par optimālo izvietošanas principu. Iepriekšējo gadu dzesēšanas principi bija diezgan viendabīgi tika veidota aukstā gaisa plūsma zem dubultās grīdas, kas no statnes apakšas virzījās uz augšu, ceļā atdzesējot visas iekārtas. Tika izmantotas statnes ar noslēgtām (bez perforācijas) durvīm. Taču, pārejot uz kompaktajiem (1U, 2U, 4U) serveru risinājumiem, tie sāka aizņemt visu statnes dziļumu, līdz ar to nosprostojot iespējamo ventilācijas ceļu. Turklāt serveros ventilācijas plūsma tika veidota no korpusa priekšpuses uz aizmuguri.
Tāpēc ir tikai likumsakarīgi, ka šī iemesla dēļ jaunajos datu centros lieto aparatūras statnes ar perforētajām durvīm (izņemot tos gadījumos, kurus iepriekšējā nodaļā apskatījām kā īpaši karstu risinājumu dzesēšanu). Šobrīd ļoti plaši tiek izmantota dzesēšana, auksto plūsmu virzot zem paceltās grīdas un to izvadot pa ventilācijas atverēm pie statnes priekšējām durvīm. Šeit jāņem vērā tie daži ierobežojumi, ko limitē paceltās grīdas augstums (attiecīgi arī gaisa tilpums, ko laika vienībā caur šo telpu var izplatīt), kā arī paceltajā grīdā iemontēto ventilācijas kanālu caurlaides spēja.
Aptuvenos aprēķinos pieņem, ka vienas standarta grīdas plāksnes (60 x 60 cm) ventilācijas kanāls spēj izlaist cauri līdz 1500 m3/h auksta gaisa plūsmu. Lai nodrošinātu attiecīgu gaisa plūsmu statnēm ar lielu siltumjaudu, jārēķinās ar vairāku ventilācijas kanālu uzstādīšanu, kas palielina nosacīti nelietderīgo laukumu datu centra telpā. Lai optimizētu šādu risinājumu, ražotāji piedāvā jaunas konstrukcijas kondicionēšanas iekārtas, kuras paredzētas stiprināšanai pie griestiem un kuru uzdevums ir nodrošināt aukstuma veidošanu statnes augšējā daļā (kas vienmēr būs karstāka siltā gaisa konvekcijas rezultātā).
Lai sasniegtu maksimālo efektivitāti pašreizējā iekārtu jaudas pieaugumā aparatūras statnēs, tiek piedāvāta principiāli jauna pieeja statņu un siltuma plūsmu organizēšanai starp tām auksto un karsto koridoru veidošana, maksimālu dzesēšanas jaudu lietojot tikai aukstajā koridorā, īpaši neuztraucoties par temperatūru karstajā zonā (sk. attēloto temperatūras sadalījumu dažādos risinājumos). Protams, personālam, kas līdz šim bija pieradis rūpēties, lai temperatūra būtu vienādi zema visā datu centra telpā, tas būtu diezgan nepierasti, bet, kā rāda lielāko ražotāju pieredze un rekomendācijas, tas šobrīd ir efektīvākais un lētākais veids, kā panākt optimālo režīmu aparatūrai, kas atrodas statnēs. Ja papildus nelieto aukstā koridora veidošanas iekārtas, ko novieto pie griestiem, dažreiz ir lietderīgi norobežot telpu virs pašām statnēm ar papildu vertikālu plāksni, lai novērstu karstā gaisa plūsmas atgriešanos statnes augšējā daļā tās aukstā koridora pusē. Lai nodrošinātu šādu koridoru veidošanu, aparatūras statnes izvieto koridoros, orientējot to priekšējās durvis vienu pret otru.
Nobeigums
Šeit apzināti tika apskatīta tikai datu centra telpās redzamā daļa, sīkāk nepievēršoties telpas vai ēkas ārpusē esošajai aukstuma veidošanas daļai t. s. kondensatoram vai arī Drycooler vai Chiller. To veidi, izmantotais aukstumnesējs un ar to izvietošanu saistītie risinājumi ir atsevišķa apskata vērti. Taču, pieaugot dzesējamā siltuma dzesēšanas jaudām pašā datu centrā, šādu risinājumu, ko līdz šim apzināti atdalīja no visas ēkas kondicionēšanas risinājuma (no drošības un nepārtrauktības nodrošināšanas viedokļa), mēģina integrēt arī ar to.
Argumenti ir saprotami šāda infrastruktūras elementa efektivitātes paaugstināšana, pirmkārt, taupot elektroenerģiju un apvienojot dažādu sistēmu kopīgos elementus. Viens no ceļiem ir lietot dzesēšanas elementus, kas aukstajos gadalaikos izmanto auksto āra gaisu (Freecooling). Protams, siltā gadalaikā šāda biroja un datu centra kondicionēšanas sistēmu aukstuma veidošanas resursu kooperācija nav iespējama. Arī sākotnējās investīcijas biroja kondicionēšanas risinājumā ir lielākas, lai nodrošinātu šo iekārtu augstāku darbības drošības un pieejamības līmeni, taču ilgākā laika periodā, uzskaitot elektroenerģijas patēriņu, šāda pieeja var sākt attaisnoties. Vismaz pārskatāmā nākotnē nekas neliecina, ka izmantojamo dabas resursu cenas varētu kļūt lētākas.
Aivars Orbidåns