آموزشی, دیتا سنتر

طراحی دیتا سنتر

طراحی-دیتا-سنتر

طراحی دیتا سنتر یا یک مرکز داده کارآمد کار بزرگی است. قبل از شروع، مؤلفه‌های مربوط به تأسیسات و زیرساخت مرکز داده و استانداردهای مختلف را بررسی کنید.

دیتا سنتر مرکز فناوری عملیات مدرن در سازمان است. مرکز داده زیرساخت بسیار مهم در فناوری اطلاعات مورد نیاز برای ارائه منابع و خدمات به کارمندان، شرکا و مشتریان تجاری در سراسر جهان را فراهم می کند.

یک بیزینس کوچک یا حتی متوسط اغلب می تواند یک “مرکز داده” مفید را در محدوده یک رک یا سرور روم دیگر با تغییرات اندک، در صورت وجود، پیاده سازی کند. در صورتی که، در مقیاس بزرگ محاسبات یک سازمان، فضای اختصاصی نسبتا بزرگی را می طلبد که با دقت طراحی شود. این کار سبب می شود تا از فضا، نیرو، خنک کننده یا کولینگ، مدیریت، قابلیت اطمینان و نیازهای امنیتی زیرساخت فناوری اطلاعات پشتیبانی کند.

در نتیجه، دیتا سنتر بزرگترین و ارزشمند ترین دارایی یک بیزینس را نشان می دهد. هم از نظر سرمایه گذاری و هم از نظر هزینه های عملیاتی مکرر، ارزشمند است. مدیران کسب و کار و همچنین بخش IT باید به مسائل مربوط به طراحی و ساخت دیتا سنتر توجه زیادی داشته باشند. تا اطمینان حاصل کنند که تسهیلات حاصل نیازهای تجاری را در طول مدت زمان مورد نیاز و شرایط تغییر کسب و کار برآورده می کند.

شما می توانید برای دریافت مشاوره در زمینه خدمات طراحی مرکز داده یا دیتاسنتر با تیم مشاورین کالوات در ارتباط باشید.

فهرست مقاله نمایش

اجزای اصلی دیتا سنتر چیست

در طراحی دیتا سنتر دو قسمت وجود دارد: تسهیلات، و زیرساخت فناوری اطلاعات که در داخل مرکز قرار دارد. این جنبه ها با هم وجود دارند و با هم کار می کنند، اما می توان آنها را جداگانه مورد بحث قرار داد.

تسهیلات دیتاسنتر

این تسهیلات مذکور، ساختمان و تجهیزات فیزیکی مورد استفاده برای مرکز داده است. به زبان دیگر، مرکز داده فقط یک فضا در ابعاد مختلف است که زیرساخت ها در آن مستقر خواهند شد. هر فضایی پتانسیل بهره برداری از زیرساخت IT را دارد، اما یک مرکز به درستی طراحی شده مجموعه ای از عوامل زیر را در نظر گرفته است:

فضا در مرکز داده

باید فضای کف به اندازه کافی وجود داشته باشد. برای نگهداری زیرساخت های IT که کسب و کار قصد دارد در زمان کنونی و در آینده به کار گیرد. فضای مورد نیاز باید در یک فضای خوب و مقرون به صرفه واقع شود. این فضا اغلب برای تطبیق با اهداف مختلف یا مدل های مختلف کاربری تقسیم می شود.

فضای-بیرونی-دیتاسنتر

توان الکتریکی

برای راه اندازی تمام زیرساخت های فناوری اطلاعات، باید توان کافی  (بر حسب وات) اغلب به 100 مگاوات وجود داشته باشد. برق مورد مصرف در دیتا سنتر باید از نظر اقتصادی مقرون به صرفه، تمیز  (به معنی بدون نوسان یا اعوجاج ) و مطمئن باشد. انرژی تجدید پذیر و مکمل/کمکی باید در نظر گرفته شود.

کولینگ دیتا سنتر یا خنک کننده

مقدار عظیمی از توان تحویل داده شده به یک مرکز داده به محاسبات و گرمای زیادی تبدیل می شود. که باید با استفاده از سیستم های HVAC و همچنین فناوری های دیگر خنک کننده غیر متعارف از زیرساخت IT حذف شود.

امنیت

با توجه به اهمیت و هزینه های ساخت یک مرکز داده، امنیت آن باید مورد توجه قرار گیرد. مرکز داده باید شامل دسترسی کنترل شده با استفاده از انواع روش ها، از دسترسی به نشان کارمندان تا نظارت تصویری تمامی مکان ها باشد.

مدیریت

در مراکز داده مدرن از یک سیستم مرکزی مدیریت ساختمان Building Management System (BMS) استفاده می شود. که برای کمک به مدیران IT و کسب و کار در نظارت بر محیط دیتا سنتر در زمان واقعی، از جمله نظارت بر دما، رطوبت، سطوح برق و سرمایش، و همچنین ثبت دسترسی و امنیت طراحی شده است.

زیر ساخت

زیرساخت نشان دهنده مجموعه گسترده ای از تجهیزات IT است. این تجهیزاتی است که برنامه ها را اجرا می کند و خدماتی را به بیزینس مربوطه و کاربرانش ارائه می دهد. یک زیرساخت IT معمولی شامل اجزای زیر است:

  • سرورها این رایانه ها میزبان برنامه های سازمانی هستند و وظایف محاسباتی را انجام می دهند.
  • ذخیره سازی یا استوریج. سیستم‌های فرعی، مانند آرایه‌های دیسک، برای ذخیره و محافظت از داده‌های کاربردی و تجاری استفاده می‌شوند.
  • شبکه سازی تجهیزات مورد نیاز جهت به وجود آمدن یک شبکه تجاری شامل سوئیچ ها، روترها، فایروال ها و عناصر دیگر در امنیت سایبری است.
  • کابل ها و رک ها. کیلومترها کابل شبکه و فیبر نوری را به هم متصل می‌کنند و از رک سرور فیزیکی برای سازماندهی سرورها و سایر تجهیزات در فضای تأسیسات استفاده می‌شود.

نیروی برق پشتیبان

منبع تغذیه بدون وقفه (UPS)، فلایویل و سایر سیستم های برق اضطراری برای اطمینان از رفتار منظم زیرساخت در صورت قطع برق اصلی بسیار مهم هستند.

پلتفرم های مدیریتی زیرساخت مرکز داده Data center infrastructure management (DCIM) برای نظارت و مدیریت و تهیه گزارش زیرساخت IT در مورد سلامت، در دسترس بودن، ظرفیت و پیکربندی سیستم مورد نیاز است.

ups-دیتاسنتر

هنگامی که یک کسب و کار تصمیم به طراحی و ساخت یک دیتا سنترمی گیرد، تمرکز طبیعی بر روی طراحی و ساخت تاسیسات است. اما مدیران بخش فناوری اطلاعات باید زیرساخت هایی را که برای اعتبار دادن به پروژه وارد تاسیسات می شود، در نظر بگیرند.

چگونه یک دیتا سنتر طراحی کنیم

هیچ استاندارد الزامی یا الزامی برای طراحی یا ساخت دیتا سنتر وجود ندارد. یک دیتا سنتر برای پاسخ دادن به نیازهای یکتای یک کسب و کار کلی طراحی شده است، نه برعکس. با این حال، هدف اصلی هر استاندارد به وجود آوردن یک پلت فرم مشترک از بهترین روش ها است. مجموعه ای از استانداردهای فعلی مرکز داده وجود دارد. و یک کسب و کار می تواند یک یا چند استاندارد را در پروژه مرکز داده ترکیب کند.

استانداردها کمک می نمایند تا اطمینان نسبت به انجام موارد زیر حاصل شود:

  • طراحی مفهومی؛
  • چیدمان و برنامه ریزی فضا؛
  • الزامات ساخت و ساز ساختمان؛
  • مسائل امنیتی فیزیکی؛
  • وسایل داخلی ساختمان (سیستم های مکانیکی، الکتریکی، لوله کشی و آتش نشانی)؛
  • عملیات و گردش کار؛ و
  • نگهداری.

استانداردهای اصلی طراحی دیتا سنتر

در زیر برخی از این استاندارد ها آورده شده است.

استاندارد ردیف مؤسسه Uptime

استاندارد Tier Institute Uptime بر طراحی، ساخت و راه اندازی دیتا سنتر تمرکز دارد و برای تعیین انعطاف پذیری تسهیلات در ارتباط با چهار سطح افزونگی/قابلیت اطمینان استفاده می شود.

ANSI/TIA 942-B

این استاندارد شامل برنامه ریزی، طراحی، ساخت و راه اندازی مشاغل ساختمانی و همچنین حفاظت در برابر آتش، فناوری اطلاعات و تعمیر و نگهداری می باشد. همچنین از چهار سطح رتبه بندی قابلیت اطمینان استفاده می کند. که توسط متخصصان دارای گواهی BICSI پیاده سازی شده است.

استاندارد-tia-942

سری EN 50600

این سری از استانداردها بر روی کابل فناوری اطلاعات و طراحی شبکه در دیتا سنتر تمرکز دارد. و دارای مفاهیم افزونگی و قابلیت اطمینان زیرساخت های مختلف است. که بر اساس استاندارد Tier مؤسسه Uptime بنا شده است.

ASHRAE

دستورالعمل های ASHRAE – که مختص IT یا مراکز داده نیست – به طراحی و اجرای گرمایش، تهویه، تهویه مطبوع، تبرید و زمینه های مرتبط مربوط می شود.

استاندارد-ashrae

بیشتر بدانید: دیتا سنتر چیست

علاوه بر این، استانداردهای نظارتی و عملیاتی بسیار متنوعی وجود دارد که می‌توان آنها را برای مراکز داده اعمال کرد. استانداردهای نظارتی عبارتند از HIPAA، قانون Sarbanes-Oxley، SAS 70 Type I یا II و قانون Gramm-Leach-Bliley. استانداردهای عملیاتی می تواند شامل ISO 9000 برای کیفیت، ISO 14000 برای مدیریت محیطی، ISO 27001 برای امنیت اطلاعات، استاندارد امنیت داده صنعت کارت پرداخت برای امنیت کارت پرداخت و EN 50600-2-6 در مورد مدیریت و اطلاعات عملیاتی باشد.

استانداردها به اطمینان از طراحی، ساخت و بهره برداری مناسب دیتا سنتر کمک می کنند. علاوه بر این، پذیرش و مستندسازی دقیق استفاده از استانداردهای مربوطه می‌تواند به کسب‌وکار کمک کند. تا از انطباق کافی از طریق انعطاف‌پذیری مناسب تسهیلات، مدیریت و آمادگی‌های تداوم کسب‌وکار اطمینان حاصل کند.

سازمان دهی فضای فیزیکی مرکز داده

اگرچه یک مرکز داده در کلاس سازمانی می تواند یک تعهد بزرگ و پیچیده باشد، مهمترین مسئله یک موضوع ساده فضایی است که به صورت متر مربع بیان می شود.

شاید مهم ترین و گیج کننده ترین مسئله فضایی، اندازه مناسب مرکز داده برای کسب و کار باشد.

ایجاد تسهیلاتی که ظرفیت رشد و در عین حال بهره برداری را بهینه می کند بسیار مهم است. اندازه مرکز داده گاهی به خودی خود یک هنر در نظر گرفته می شود. فاکتورهای بی شمار دیگری که در طراحی فضای دیتا سنتر (Data center) باید در نظر گرفته شود عبارتند از:

  • نورپردازی. روشنایی بیشتر مراکز داده بدون حضور انسان کم یا خاموش می شود.
  • درجه حرارت. نیازهای خنک کننده می تواند دما را پایین نگه دارد، بنابراین ممکن است انسان به برخی از لباس های محافظ نیاز داشته باشد.
  • سر و صدا. فن های خنک کننده در ده ها – حتی صدها – سرور می توانند صدای ناهنجاری ایجاد کنند که به محافظت از شنوایی نیاز دارد.
  • وزن. تجهیزات سنگین هستند و کفپوش باید طوری طراحی شود که وزن بسیار زیاد را تحمل کند. ملاحظات وزن خاصی ممکن است برای کفپوش های برجسته مورد نیاز باشد که برای کنترل جریان هوای خنک کننده استفاده می شود.

فراتر از فضای فیزیکی، طراحی‌ دیتا سنتر باید شامل بررسی دقیق مکان‌ها و چیدمان‌های تجهیزات باشد. رایج‌ترین ویژگی هر طرح‌بندی مرکز داده، رک سرور است. رک یک قاب فلزی خالی با فاصله استاندارد و گزینه‌های نصب است که برای نگهداری تجهیزات استاندارد فناوری اطلاعات روی رک مانند سرورها، سیستم‌های ذخیره‌سازی، تجهیزات شبکه مانند کابل‌ شبکه، سیستم‌های برق کمکی مانند دستگاه‌های UPS و گزینه‌های I/O مانند صفحه کلید و مانیتور برای دسترسی اداری.

رک ها همچنین نقش حیاتی در طرح های خنک کننده مرکز داده ایفا می کنند.

امنیت مرکز داده

امنیت مرکز داده معمولاً شامل سه جنبه متمایز امنیت دسترسی، امنیت تسهیلات و امنیت سایبری است.

طراحی امنیت فیزیکی مدیریت پرسنل انسانی و حفاظت از تأسیسات فیزیکی و همچنین زیرساخت فناوری اطلاعات دیتا سنتر است. وقتی به درستی اجرا شود، امنیت تضمین می‌کند که فقط پرسنل مجاز به تاسیسات و تجهیزات دسترسی دارند. و تمام فعالیت‌های انسانی مستند هستند. این مطلب می تواند شامل مجموعه ای از اقدامات زیر باشد:

  • دسترسی به نشان به داخل و اطراف تأسیسات (از جمله مناطق تجهیزات)
  • دسترسی کلید به رک ها و سرورهای خاص
  • اسکورت برای افراد غیر کارمند
  • نظارت تصویری
  • پرسنل امنیتی در محل

امنیت تاسیسات

امنیت فیزیکی همچنین به یکپارچگی محیط مرکز داده، از جمله دما، رطوبت و شرایط دود/آتش/سیل گسترش می‌یابد. این جنبه از حفاظت از مرکز داده اغلب توسط یک BMS انجام می شود. که شرایط محیطی یا اضطراری را نظارت کرده و به مدیران ساختمان گزارش می دهد.

امنیت سایبری

امنیت سایبری بر کنترل دسترسی به داده های سازمانی و برنامه های کاربردی میزبانی شده در زیرساخت فناوری اطلاعات مرکز داده تمرکز دارد. هدف از امنیت سایبری این است که اطمینان حاصل شود که فقط کاربرانی که به درستی احراز هویت شده اند می توانند به داده ها دسترسی داشته باشند. یا از برنامه ها استفاده کنند و هر گونه نقض فورا گزارش و رسیدگی شود.

به عنوان مثال، امنیت فیزیکی از لمس یک دیسک در مرکز داده توسط انسان جلوگیری می کند. در حالی که امنیت سایبری از دسترسی همان انسان به داده های روی دیسک از صدها مایل دورتر در یک شبکه جلوگیری می کند. امنیت سایبری از ترکیبی از ضد بدافزار، مدیریت پیکربندی، تشخیص/جلوگیری از نفوذ، ثبت فعالیت و سایر ابزارها برای نظارت بر فعالیت شبکه و شناسایی تهدیدات احتمالی استفاده می‌کند.

طراحی برق مورد نیاز و عملکرد دیتا سنتر

برق مورد نیاز یک چالش همیشگی برای هر مرکز داده در کلاس سازمانی است. یک تاسیسات بزرگ می‌تواند حدود 90 مگاوات مصرف کند (برای تامین انرژی حدود 70000 خانه کافی است). بنابراین، اپراتورهای مرکز داده خواسته های زیر را برای برق شهری مطرح می کنند:

  • ظرفیت. برای راه اندازی مرکز داده باید توان کافی وجود داشته باشد.
  • هزینه. برق باید تا حد امکان ارزان باشد.
  • کیفیت. برق باید از نظر الکتریکی تمیز باشد (یعنی عاری از نویز الکتریکی نامطلوب باشد).
  • قابلیت اطمینان. برق باید بدون خاموشی یا سایر اختلالات باشد.

این مسائل به طور فزاینده ای با گزینه های تولید محلی و به طور فزاینده ای تجدید پذیر، از جمله تولید باد، خورشیدی و در محل مورد توجه قرار می گیرند.

اما برای اینکه یک کسب و کار بتواند مسائل مربوط به برق را برای هر سایت مرکز داده درک کند، مهم است که طراحان مرکز داده و رهبران فناوری اطلاعات، نیازهای برق تاسیسات و زیرساخت فناوری اطلاعات آن را محاسبه کنند. این معیار است که به یک کسب و کار امکان می دهد هزینه های تقریبی برق را درک کند و ظرفیت را با شرکت های برق منطقه ای مورد بحث قرار دهد.

هیچ وسیله واحدی برای برآورد توان مورد نیاز وجود ندارد. برای این تأسیسات، توان یک برآورد ساده از نیازهای روشنایی و HVAC است. تقاضای برق زیرساخت فناوری اطلاعات می‌تواند پیچیده‌تر باشد. زیرا نیازهای برق سرور با حجم کاری – به عنوان مثال، میزان کاری که برنامه‌ها انجام می‌دهند – و پیکربندی هر سرور، از جمله انتخاب CPU، حافظه نصب شده و سایر دستگاه‌های توسعه‌دهنده، در نوسان است.

روش سنتی براورد برق مصرفی به روش سنتی

رویکرد مبتنی بر تعداد رک به طور کلی یک تخمین استاندارد توان مصرفی در هر رک را اختصاص می‌دهد. برای مثال، یک مدیر فناوری اطلاعات ممکن است تخمینی بین 7 کیلووات تا 10 کیلووات در هر رک اختصاص دهد. اگر مرکز داده قصد استقرار 50 رک را داشته باشد، تخمین توان یک مضرب ساده است. یک رویکرد مشابه، برآورد کلی مرکز داده بر حسب وات بر فوت مربع (W/ft2) است.

با این حال، از آنجایی که این رویکرد توجه کمی به تجهیزات نصب شده در هر قفسه دارد، اغلب نادرست ترین وسیله برای برآورد توان است.

روش طراحی برق دیتا سنتر با نام گذاری

رهبران فناوری اطلاعات را قادر می‌سازد تا توان مورد نیاز ذکر شده در پلاک نام هر سرور یا سایر دستگاه‌های فناوری اطلاعات را اضافه کنند. این یک رویکرد معمولاً می تواند تخمین های بهتری را ارائه دهد. با این حال، تقاضای برق ذکر شده در پلاک نام هر دستگاه می‌تواند بسیار نادرست باشد و کار واقعی دستگاه را در نظر نمی‌گیرد.

روش طراحی برق با محاسبه توان مصرفی هر رک

یک رویکرد جدیدتر استفاده از اندازه‌گیری‌های توان واقعی در هر سرور است که با دستگاه‌های مدیریت توان فناوری اطلاعات، مانند واحدهای توزیع برق هوشمند (PDUs) که در هر رک قرار دارند، انجام می‌شود. اندازه‌گیری‌های واقعی می‌توانند دقیق‌ترین تخمین‌ها را به دست آورند. و به اپراتورهای مرکز داده درک بهتری از اینکه چگونه تقاضاها و هزینه‌های برق می‌توانند با تقاضای حجم کاری نوسان دارند، ارائه دهند.

در نهایت، برق شهری به ناچار دچار اختلالات گاه به گاه در تولید و توزیع خواهد شد. بنابراین دیتا سنتر باید یک یا چند گزینه برای برق اضافی یا پشتیبان داشته باشند. بسته به این که کسب و کار قصد دارد در برابر چه مسائلی از آن محافظت کند، می‌تواند چندین لایه از قدرت ثانویه قرار داده شود.

در سطح تأسیسات، یک مرکز داده می‌تواند از ژنراتورهای پشتیبان دیزل یا گاز طبیعی استفاده کند. که می‌توانند کل تأسیسات را در درازمدت راه‌اندازی کنند. انرژی پشتیبان را می توان با منابع انرژی تجدیدپذیر محلی، مانند نیروگاه های خورشیدی یا بادی تکمیل کرد. در سطح زیرساخت فناوری اطلاعات، رک‌ها می‌توانند گزینه‌های UPS را در خود جای دهند، که پشتیبان‌گیری کوتاه‌مدت باتری را برای خاموش کردن منظم سیستم در زمانی که قطع برق اجتناب‌ناپذیر می‌شود، فراهم می‌کند.

ups-انلاین-دیتاسنتر

ups-انلاین-وصل

کارایی و پایداری مرکز داده

نگرانی های امروزی در مورد اثرات زیست محیطی انتشار CO2 ناشی از تولید برق، بسیاری از سازمان ها را بر آن داشته است تا تاکید جدیدی بر کارایی و پایداری مرکز داده داشته باشند.

بازده مرکز داده

بازده اساساً معیاری از کار انجام شده در مقابل میزان انرژی مصرف شده برای انجام آن کار است. اگر تمام آن انرژی ورودی با موفقیت به کار مفید تبدیل شود، راندمان 100٪ است. اگر هیچ یک از این انرژی ورودی منجر به موفقیت در کار نشود، راندمان 0٪ است. کسب و کارها به دنبال بهبود کارایی تا 100٪ هستند، به طوری که هر دلاری که در انرژی صرف می شود، کار مفید مرکز داده را هدایت می کند.

pue-دیتا-سنتر

اقداماتی مانند اثربخشی مصرف انرژی (PUE) برای کمک به سازمان ها در سنجش کارایی در دسترس هستند. PUE به عنوان توان ورودی به مرکز داده تقسیم بر توان مورد استفاده در زیرساخت فناوری اطلاعات محاسبه می شود. این نسبت ساده ای را به دست می دهد که با نزدیک شدن بازده به 100% به 1.0 نزدیک می شود. و درصد مربوطه به عنوان کارایی زیرساخت مرکز داده بیان می شود. کسب‌وکارها می‌توانند نسبت PUE را با کاهش میزان انرژی در استفاده‌های غیر فناوری اطلاعات، مانند کاهش روشنایی و سرمایش در فضاهای غیر فناوری اطلاعات و اجرای سایر طرح‌های ساختمانی با مصرف انرژی، بهبود بخشند.

پایداری دیتا سنتر

تولید برق باعث ایجاد آلودگی می شود که اعتقاد بر این است که تغییرات اقلیمی را تحریک می کند و سلامت سیاره را کاهش می دهد. ایجاد یک مرکز داده پایدار یا سبز به معنای تلاش برای انتشار خالص کربن صفر برای قدرتی است که مراکز داده را به حرکت در می آورد. صفر خالص به این معنی است که انرژی از منابع تجدید پذیری که صفر دی اکسید کربن را به جو اضافه می کنند به دست می آید.

در برخی موارد، کسب‌وکار می‌تواند با استفاده از انرژی از منابع غیرآلاینده، مانند نیروگاه‌های خورشیدی یا بادی، به صفر خالص نزدیک شود. در موارد دیگر، توان را می توان از ارائه دهندگان برق خریداری کرد که قادر به جذب یا بازیابی مقدار معادل CO2 منتشر شده در تولید انرژی هستند که انتشار خالص صفر را به همراه دارد.

برای دستیابی به صفر خالص، کسب‌وکارها باید از حفظ انرژی، بهره‌وری انرژی – مانند طرح‌های PUE – و منابع انرژی غیرآلاینده تجدیدپذیر استقبال کنند.

بهترین شیوه های طراحی دیتاسنتر

هیچ راه واحدی برای طراحی یک مرکز داده وجود ندارد و طرح های بی شماری وجود دارد که نیازهای منحصر به فرد هر کسب و کار را برآورده می کند. اما استراتژی‌های زیر می‌توانند یک طراحی مرکز داده با کارایی و پایداری برتر ایجاد کنند:

اندازه گیری راندمان برق

اپراتورهای مرکز داده نمی توانند آنچه را که اندازه گیری نمی کنند مدیریت کنند، بنابراین از معیارهایی مانند PUE برای نظارت بر کارایی مرکز داده استفاده کنید. PUE باید یک اندازه گیری مداوم در فواصل زمانی مکرر در طول سال باشد، زیرا فصول و آب و هوا می توانند بر مصرف برق تأثیر بگذارند.

بررسی جریان هوا

خنک کننده برای عملکرد ایمن زیرساخت فناوری اطلاعات ضروری است، اما جریان هوا باید مدیریت و بهینه شود. این می تواند شامل محدود کردن اختلاط هوای گرم/هوای سرد، استفاده از طرح های مهار راهروی گرم/راهروی سرد و حتی استفاده از صفحات خالی برای پوشاندن دهانه های رک های های استفاده نشده باشد. که از جریان هوای خنک به مکان هایی که هیچ تجهیزی را خنک نمی کنند، جلوگیری می کند.

بررسی دما

هر چه اتاق سرور سردتر باشد، انرژی مصرفی و گرانی بیشتری دارد. به جای سردتر نگه داشتن اتاق سرور، تأثیر افزایش واقعی دما را ارزیابی کنید. به عنوان مثال، به جای اجرای راهروی سرد در دمای 68 تا 72 درجه فارنهایت، راهروی سرد را با دمای 78 تا 80 درجه فارنهایت در نظر بگیرید. اکثر تجهیزات IT می توانند دماهای بالا را به این ترتیب تحمل کنند.

بررسی روش های کولینگ

یک سیستم HVAC ممکن است برای مراکز داده کافی باشد. اما راه هایی را برای کاهش یا حذف وابستگی به HVAC معمولی است. برای نمونه، مراکز داده در آب و هوای سردتر ممکن است استفاده از HVAC را کاهش دهند. و هوای بیرون خنک‌تری را که خنک‌کننده رایگان نامیده می‌شود، به تاسیسات وارد کنند. به طور مشابه، تهویه مطبوع را می توان با چیلرهای خنک شونده با آب یا سایر فناوری های تبادل حرارتی که انرژی بسیار کمتری مصرف می کنند، تکمیل یا جایگزین کرد.
بهبود در توزیع برق و راندمان برق مرکز داده اغلب به دلیل ناکارآمدی در دستگاه های کنترل و توزیع نیرو، مانند ترانسفورماتورهای تجهیزات، PDU ها و UPS از بین می رود.

مشکلات طراحی دیتا سنتر

اگرچه هیچ فرمول واحد واحدی برای طراحی و ساخت مرکز داده وجود ندارد، اما چالش‌های همیشگی متعددی برای طراحان و اپراتورهای مرکز داده وجود دارد. در زیر چندین ملاحظات و چالش های کلی وجود دارد:

مقیاس پذیری

ساخت و بهره برداری از مرکز داده یک فعالیت بلندمدت است که می‌تواند برای چندین دهه مورد استفاده باشد. اما دیتاسنتری که امروزه کار می‌کند ممکن است با مرکز داده‌ای که یک یا دو دهه بعد از آن کار می‌کند تفاوت قابل‌توجهی داشته باشد. طراحان باید راه‌هایی را برای مدیریت بارهای کاری و خدمات امروزی در نظر بگیرند. در حالی که همچنین در نظر بگیرند که چگونه این منابع باید به خوبی در آینده گسترش یابند.

چالش در فراهم کردن فضا برای رشد در فضا، نیرو و سرمایش و در عین حال کاهش هزینه‌های چنین ظرفیتی تا زمانی که به آن نیاز باشد، است.

انعطاف پذیری

یک مرکز داده کمی شبیه به یک طبقه تولید سنگین وزن است. تجهیزات در جای خود قرار می گیرند اما حرکت و تغییر آن با رشد تقاضاها تقریبا غیرممکن است. چالش پاسخگویی به نیازهای جدید، بدون زمان توقف یا طراحی مجدد پرهزینه و وقت گیر است.

تاب آوری

یک بیزینس به مرکز داده خود متکی است. اگر مرکز داده یا دیتاسنتر کار نکند، کسب و کار تعطیل می شود. قطع برق، اختلال در شبکه، فجایع محیطی و حتی هک و سایر اعمال سوء می تواند یک مرکز داده را از بین ببرد. طراحان با چالش درک رایج ترین تهدیدها و طراحی انعطاف پذیری مناسب برای رویارویی با این تهدیدات روبرو هستند.

تغییر دادن

فناوری های محاسباتی جدید و الزامات جدید همیشه در حال توسعه و معرفی هستند. طراحان مرکز داده باید در نظر بگیرند که چگونه تغییرات اغلب غیرقابل پیش‌بینی را بدون نیاز به طراحی مجدد زیرساخت فناوری اطلاعات برای تطبیق با هر تغییر، تطبیق داده و ترکیب کنند.

ابزار مدیریت و نرم افزار زیرساخت مرکز داده

دیتا سنتر ها، مکانیزم های پیچیده ای هستند. آنها نیاز به نظارت و مدیریت مداوم در هر دو سطح تسهیلات و زیرساخت فناوری اطلاعات دارند. اپراتورهای مرکز داده معمولاً از ابزارهای DCIM برای ارائه چشم انداز به عملکرد تسهیلات و زیرساخت استفاده می کنند.

مجموعه ای از وظایف کنترلی رایج مورد نیاز برای راه اندازی یک مرکز داده شامل ایتم های زیر است:

رصد و نظارت بر مرکز داده

وظایف رصد شامل نظارت بر برق، دما و رطوبت در داخل تأسیسات است. مشاهده در زیرساخت می تواند شامل ظرفیت موجود باشد، به این معنی که کدام سیستم ها مورد استفاده قرار می گیرند و کدام رایگان هستند.

سلامت برنامه برای نظارت بر عملکرد صحیح بارهای الکتریکی اضافه در ساعات کاری یکی از مطالب مهم است. وظایف مشاهده معمولاً به سیستم‌های هشدار برای اولویت‌بندی و رفع مشکلات در صورت شناسایی مرتبط است.

آماده سازی و اصلاح

مدیریت مرکز داده همچنین شامل وظایف آماده‌سازی، مانند فرآیندهای بازیابی فاجعه و پشتیبان‌گیری سیستم است. وظایف اصلاحی شامل سرویس های معمول، به همراه ارتقای دوره ای سیستم و عیب یابی و تعمیر موقت سیستم است.

ظرفیت و توانمندی

مدیریت دیتاسنتر نیز در مورد برنامه ریزی برای آینده است. ابزارهای مدیریتی می‌توانند بر ظرفیت فعلی نظارت داشته باشند. آنها همچنین به پشتیبانی از بهبودهای منظم در قابلیت مرکز داده، مانند ارتقاء سیستم، به روز رسانی فناوری و معرفی فناوری های جدید مرکز داده، کمک می کنند.

مدیریت یک عنصر اساسی در تضمین خدمات تجاری و قراردادهای سطح خدمات (SLA) است. بسیاری از مراکز داده به شکلی از SLA محدود می شوند. یا به بخش ها یا بخش های داخلی یا به شرکای تجاری و مشتریان خارجی محدود می شوند. نظارت و مدیریت با DCIM و سایر ابزارها برای تضمین پایبندی به SLA یا شناسایی نقض‌های SLA که می‌توانند به‌سرعت جداسازی و اصلاح شوند، ضروری هستند.

علاوه بر این، نظارت و مدیریت جامع به اطمینان از تداوم کسب و کار و بازیابی فاجعه کمک می کند، که می تواند برای تعهدات انطباق با مقررات امروزی حیاتی باشد.

طراحی کولینگ یا سیستم های خنک کننده دیتا سنتر

توان تحویل داده شده به مرکز داده به کار انجام شده توسط زیرساخت فناوری اطلاعات و همچنین به یک محصول جانبی نامطلوب به اسم گرما تبدیل می شود. این گرما باید از سرورها و سیستم ها حذف شود و سپس از مرکز داده تخلیه شود. در نتیجه، سیستم های خنک کننده یک نگرانی حیاتی برای طراحان و اپراتورهای مرکز داده است.

دو مشکل اصلی خنک کننده وجود دارد. اولین مسئله میزان سرمایش مورد نیاز است که در نهایت اندازه یا ظرفیت زیرسیستم های HVAC مرکز داده را مشخص می کند. با این حال، طراحان باید از تقاضای برق مرکز داده بر حسب وات (W) به ظرفیت خنک‌کننده با تن (t) ترجمه کنند. محاسبه معمولی ابتدا نیاز به تبدیل وات به واحدهای حرارتی بریتانیا (BTU) در ساعت دارد، که سپس می تواند به تن تبدیل شود:

W x 3.41 = BTU/hour

BTU/hour / 12,000 = t

نکته کلیدی درک نیازهای برق مرکز داده بر حسب وات و مقیاس پذیری برنامه ریزی شده است. بنابراین اندازه مناسب خنک کننده یا کولینگ ساختمان مهم است. اگر سیستم خنک‌کننده خیلی کوچک باشد، مرکز داده نمی‌تواند میزان مورد انتظار زیرساخت فناوری اطلاعات را نگه دارد یا مقیاس‌بندی کند. اگر سیستم کولینگ بیش از حد بزرگ باشد، یک ابزار پرهزینه و ناکارآمد برای کسب و کار ایجاد می کند.

مدیریت هوای سرد و گرم

دومین مسئله خنک کننده برای مراکز داده، استفاده کارآمد و مدیریت هوای سرد و گرم شده است. برای یک فضای انسانی معمولی، فقط وارد کردن هوای خنک شده از یک دریچه و سپس خروج هوای گرم شده از دریچه دیگر در جای دیگر اتاق، باعث اختلاط و میانگین دمایی می شود. که آسایش کافی را برای انسان به ارمغان می آورد.

طراحان دیتاسنتر باید مراقب باشند که از مخلوط شدن هوای سرد و گرم که فضاهای دارای تهویه مطبوع انسان را بسیار راحت نگه می‌دارد، اجتناب کنند.

طراحان به طور معمول از طریق استفاده از طرح‌های مهار، مانند چیدمان راهروهای گرم/سرد، به مدیریت هوای اتاق سرور می‌پردازند. دو ردیف قفسه تجهیزات را در نظر بگیرید. جایی که قسمت های عقب رو به روی یکدیگر قرار دارند (نمودار دوم را در زیر ببینید). هوای سرد از سیستم HVAC به راهروهای جلوی هر ردیف رک ها وارد می شود. در حالی که هوای گرم شده از راهروی گرم معمولی جمع آوری و تخلیه می شود.

دیتاسنتر-بدون-راهرو-سرد-گرم

کولینگ-راهرو-سرد-گرم

سایر روش‌های خنک‌سازی شامل سیستم‌های تهویه مطبوع انتهای ردیف و بالای رک است. که هوای خنک را به بخش‌هایی از ردیف رک ها وارد می‌کند. و هوای گرم شده را به راهروهای گرم تخلیه می‌کند.

برخی از مراکز داده حتی از فناوری های نوظهور خنک کننده مایع استقبال می کنند. که تجهیزات فناوری اطلاعات را در حمام مایعات خنک و خنثی الکتریکی مانند روغن های معدنی غوطه ور می کند.

چیلر مایع کوچک و کم مصرف است و مایعات می توانند چندین برابر بیشتر از خنک کننده هوا راندمان انتقال حرارت را ارائه دهند. با این حال، خنک‌کننده مایع با چالش‌های دیگری از جمله نشت/سیل، خوردگی بخشی یا حساسیت به نفوذ مایع، فیلتر مایع و تمیزی و ایمنی انسان مواجه است.

کولینگ-مایع-دیتاسنتر

نگاهی به تکنولوژی کولینگ دیتا سنتر

تنها هدف فناوری خنک کننده مرکز داده، حفظ شرایط محیطی مناسب برای عملیات تجهیزات فناوری اطلاعات (ITE) است. دستیابی به این هدف مستلزم حذف گرمای تولید شده توسط ITE و انتقال آن به مقداری هیت سینک است. در اکثر مراکز داده، اپراتورها انتظار دارند که سیستم خنک کننده به طور مداوم و قابل اعتماد کار کند.

درک این نکته مهم است که خنک سازی راحت هدف اصلی سیستم های خنک کننده مرکز داده نیست، حتی اگر مرکز داده باید برای افرادی که در آن کار می کنند ایمن باشد. در واقع، کاملاً قابل قبول (و معمولی) است که مناطق درون یک مرکز داده برای اشغال طولانی مدت ناراحت کننده باشند.

مانند هر سیستمی که به خوبی مهندسی شده است، یک سیستم خنک کننده مرکز داده باید عملکرد خود را به نحو احسن انجام دهد. مراکز داده می توانند بسیار انرژی بر باشند، و این امکان وجود دارد که یک سیستم خنک کننده به اندازه کامپیوترهایی که پشتیبانی می کند (یا بیشتر) انرژی مصرف کند. برعکس، یک سیستم خنک کننده با طراحی و کارکرد خوب ممکن است تنها بخش کوچکی از انرژی مصرف شده توسط ITE را مصرف کند.

در این بخش، تاریخچه ای در مورد خنک سازی مرکز داده ارائه خواهم کرد. سپس برخی از عناصر فنی خنک‌سازی مرکز داده را به همراه مقایسه فناوری‌های خنک‌کننده مرکز داده، مورد بحث قرار خواهم داد.

قانون مور چیست

در اوایل تا اواسط دهه 2000، طراحان و اپراتورها نگران توانایی فن‌آوری‌های خنک‌کننده هوا برای خنک‌کردن سرورهای پر انرژی بودند. با نزدیک شدن یا بیش از تراکم طراحی به 5 کیلووات (کیلووات) در هر رک، برخی بر این باور بودند که اپراتورها باید به فناوری هایی مانند مبدل های حرارتی درب عقب و انواع دیگر خنک کننده های ردیفی متوسل شوند تا با تراکم فزاینده همگام شوند.

در سال 2007، کن بریل از مؤسسه Uptime به طرز معروفی فروپاشی اقتصادی قانون مور را پیش‌بینی کرد. او گفت که مقدار فزاینده گرمای ناشی از نصب ترانزیستورهای بیشتر و بیشتر بر روی یک تراشه به نقطه پایانی می رسد که در آن دیگر خنک کردن مرکز داده بدون پیشرفت های چشمگیر در فناوری از نظر اقتصادی مقرون به صرفه نخواهد بود.

نمودار-ashrae

حتی کنگره ایالات متحده نیز وارد این ماجرا شد. کنگره به آژانس حفاظت از محیط زیست ایالات متحده (EPA) دستور داد تا گزارشی در مورد مصرف انرژی مرکز داده ارائه کند (قانون عمومی 109-341). این قانون همچنین EPA را به شناسایی استراتژی‌های کارایی و هدایت بازار به سمت کارآمدی هدایت کرد. در این گزارش استفاده از انرژی توسط مراکز داده به میزان قابل توجهی افزایش می یابد مگر اینکه اقداماتی برای افزایش قابل توجه کارایی انجام شود.

مصرف-برق

از سال 2014، قانون مور هنوز شکست نخورده است. هنگامی که این کار انجام شود، پایان کار نتیجه محدودیت های فیزیکی درگیر در طراحی تراشه ها و ترانزیستورها خواهد بود که هیچ ربطی به محیط دیتا سنتر ندارند.

سیستم های خنک کن قدیمی و پایان دوره استفاده از کف کاذب

برای چندین دهه، اتاق های کامپیوتر و مراکز داده از سیستم های کف کاذب برای رساندن هوای سرد به سرورها استفاده می کردند. هوای سرد حاصل از تهویه مطبوع اتاق کامپیوتر (CRAC) یا کنترل کننده هوای اتاق کامپیوتر (CRAH) فضای زیر کف را تحت فشار قرار می دهد. تایل های کف سوراخ‌دار وسیله‌ای برای خروج هوای سرد از کف و ورود به فضای اصلی – ایده‌آل در مقابل ورودی‌های سرور – فراهم می‌کردند.

پس از عبور از سرور،معمولاً پس از مخلوط شدن با هوای سرد، هوای گرم شده به CRAC/CRAH بازگشت تا خنک شود. دمای برگشت واحد CRAC نقطه تنظیمی بود که برای کنترل عملکرد سیستم خنک کننده استفاده می شد. معمولاً فن‌های واحد CRAC با سرعت ثابت کار می‌کردند و CRAC دارای یک مرطوب‌کننده در داخل واحد بود که بخار تولید می‌کرد. مزیت اصلی کف کاذب، از نقطه نظر خنک کننده، ارائه هوای سرد در جایی که نیاز است، با تلاش بسیار کم، به سادگی با تعویض یک تایل سوراخ دار است.

طراحی-سنتی-کولینگ-دیتا-سنتر

سیستم قدیمی بر یکی از اصول خنک کننده متکی است: مقدار نسبتاً کمی هوای مطبوع را تحویل دهید و بگذارید آن حجم کم هوای مطبوع با حجم بیشتری از هوا در فضا مخلوط شود تا به دمای مطلوب برسد. این سیستم زمانی که تراکم ITE کم بود به خوبی کار می کرد. چگالی کم سیستم را قادر می سازد تا علیرغم ایراداتش به هدف اصلی خود برسد .
در این مرحله، اغراق است که بگوییم کف کاذب منسوخ شده است. با این حال، بیشتر مراکز داده مدرن، تنها به این دلیل که تکنیک‌های انتقال هوا بهبود یافته، آن را غیرضروری کرده‌اند.

سرمای مورد نیاز در طراحی دیتا سنتر چقدر است

گرما باید از مجاورت قطعات الکتریکی ITE حذف شود تا از گرم شدن بیش از حد قطعات جلوگیری شود. اگر سرور بیش از حد داغ شود، سیستم آن را خاموش می کند تا به سرور آسیب نرسد.

[دستورالعمل کمیته فنی ASHRAE TC9.9 توصیه می کند که ورودی دستگاه بین 18-27 درجه سانتی گراد و رطوبت نسبی 20-80٪ (RH) باشد تا معیارهای تعیین شده سازنده را برآورده کند. مؤسسه Uptime همچنین توصیه می‌کند که حد بالایی به 25 درجه سانتیگراد کاهش یابد تا امکان ایجاد اختلالات، شرایط متغیر در کار، یا جبران خطاهای ذاتی در سنسورهای دما و/یا سیستم‌های کنترل وجود داشته باشد.]

درک این نکته بسیار مهم است که دستورالعمل‌های TC 9.9 بر اساس دمای ورودی سرور است – نه دمای سرور داخلی، نه دمای اتاق، و نه مطمئناً دمای خروجی سرور. همچنین درک مفاهیم شرایط توصیه شده و مجاز نیز مهم است.
اگر سرور خیلی داغ نگه داشته شود، اما نه آنقدر داغ باشد که خودش خاموش شود، عمر آن کاهش می یابد. به طور کلی، این کاهش طول عمر تابعی از دمای بالایی است که سرور تجربه می کند و مدت زمان قرار گرفتن در معرض آن.

در ارائه محدوده مجاز گسترده تر، ASHRAE TC 9.9 پیشنهاد می کند که ITE می تواند ساعت های بیشتری در هر سال در معرض دماهای بالاتر قرار گیرد.

با توجه به اینکه تجدید فناوری می تواند هر 3 سال یکبار اتفاق بیفتد، اپراتورهای ITE باید در نظر بگیرند که کاهش طول عمر چقدر به عملیات آنها مرتبط است. پاسخ ممکن است به ویژگی های یک موقعیت معین بستگی داشته باشد. در یک محیط همگن با نرخ نوسازی 4 سال یا کمتر، نرخ خرابی افزایش دما ممکن است برای طراحی خنک کننده کافی نباشد. به خصوص اگر سازنده ITE را در دماهای بالاتر تضمین کند.

علاوه بر دما، رطوبت و آلودگی نیز می تواند بر ITE تأثیر بگذارد. رطوبت و آلودگی تنها زمانی بر ITE تأثیر می گذارد که ITE برای مدت طولانی در معرض شرایط غیرقابل قبول قرار گیرد. البته، در موارد شدید (اگر کسی یک سطل آب یا خاک را روی رایانه ریخته باشد) انتظار می رود که یک اثر فوری مشاهده شود.

خطر نبود رطوبت کافی در دیتا سنتر

نگرانی در مورد رطوبت کم شامل تخلیه الکترواستاتیک (ESD) است. همانطور که اکثر مردم تجربه کرده اند، در محیطی با رطوبت کمتر در هوا (رطوبت کمتر)، احتمال بروز حوادث ESD بیشتر است. با این حال، نگرانی های مربوط به ESD مربوط به رطوبت کم در یک مرکز داده تا حد زیادی نادیده گرفته شده است.

از طرف دیگر، کنترل رطوبت هیچ تضمینی برای محافظت در برابر ESD برای ITE با حذف پوشش آن نیست. تکنسینی که بدنه را برای کار روی قطعات جدا می کند باید از مچ بند دست استفاده کند.

از سوی دیگر، به نظر می رسد رطوبت بالا یک تهدید واقعی برای ITE باشد. در حالی که تراکم قطعاً نباید اتفاق بیفتد، اما در اکثر مراکز داده تهدید قابل توجهی نیست. تهدید اولیه چیزی به نام ذرات گرد و غبار رطوبت سنجی است. اساساً، رطوبت بیشتر می تواند گرد و غبار موجود در هوا را بیشتر به اجزای الکتریکی رایانه بچسباند. وقتی گرد و غبار می چسبد، می تواند انتقال حرارت را کاهش داده و احتمالاً باعث خوردگی آن اجزا شود. اثر کاهش انتقال حرارت بسیار شبیه به اثری است که در اثر دماهای بالا ایجاد می شود.

خطر گرد و غبار در دیتا سنتر

چندین تهدید مرتبط با آلودگی وجود دارد. گرد و غبار می تواند اجزای الکترونیکی را بپوشاند و انتقال حرارت را کاهش دهد. انواع خاصی از غبار که سبیل روی نامیده می شوند رسانا هستند. سبیل های روی بیشتر در کاشی های کف برآمده آبکاری شده یافت می شوند. سبیل های روی می توانند در هوا منتقل شوند و در داخل کامپیوتر فرود آیند.

از آنجایی که آنها رسانا هستند، در واقع می توانند باعث آسیب دیدن شورت در اجزای داخلی کوچک شوند..

علاوه بر تهدیدات ناشی از آلودگی ذرات فیزیکی، تهدیدات مربوط به آلودگی گازی نیز وجود دارد. گازهای خاصی می توانند برای قطعات الکترونیکی خورنده باشند.

مراحل فرایند کولینگ یا خنک سازی در طراحی دیتا سنتر

فرآیند خنک سازی را می توان به مراحل زیر تقسیم کرد:

1. خنک کننده سرور. حذف گرما از ITE

2. خنک کننده فضا. حذف گرما از فضایی که ITE در آن قرار دارد

3. دفع حرارت. رد گرما به یک هیت سینک در خارج از مرکز داده

4. تهویه مایع. تمپر کردن و بازگشت مایع به فضای سفید، برای حفظ مناسب شرایط داخل فضا

خنک کردن سرور

ITE گرما تولید می کند زیرا قطعات الکترونیکی در ITE از برق استفاده می کنند. این فیزیک نیوتنی است: انرژی در الکتریسیته ورودی حفظ می شود. وقتی می گوییم سرور از برق استفاده می کند، به این معناست که اجزای سرور به طور موثر وضعیت انرژی را از برق به گرما تغییر می دهند.

گرما از یک جامد (جزء الکتریکی) به یک سیال (معمولاً هوا) درون سرور، اغلب از طریق جامد دیگر (غرق حرارت در سرور) منتقل می شود. فن های ITE هوا را به قطعات داخلی می کشند و این انتقال حرارت را تسهیل می کنند.

برخی از سیستم ها از مایعات برای جذب و حمل گرما از ITE استفاده می کنند. به طور کلی، مایعات این عملکرد را موثرتر از هوا انجام می دهند. من سه تا از این سیستم ها را دیده ام:

تماس مایع با هیت سینک. یک مایع از طریق سرور جریان می یابد و با یک هیت سینک در داخل تجهیزات تماس پیدا می کند و گرما را جذب می کند و آن را از ITE خارج می کند.

خنک کننده غوطه وری. اجزای ITE در یک مایع غیر رسانا غوطه ور می شوند. مایع گرما را جذب می کند و آن را از اجزای سازنده دور می کند.

سیال دی الکتریک با تغییر حالت. اجزای ITE با یک مایع غیر رسانا اسپری می شوند. مایع تغییر حالت می دهد و گرما را به مبدل حرارتی دیگری می برد، جایی که سیال گرما را پس می زند و حالت را به مایع تبدیل می کند.

در این مقاله، من بر روی سیستم‌های مرتبط با ITE با هوا خنک تمرکز می‌کنم، زیرا این روش بسیار رایج‌ترین روش مورد استفاده در صنعت است.

خنک کننده فضا

در طراحی های قدیمی مرکز داده، هوای گرم شده از سرورها با هوای دیگر موجود در فضا مخلوط می شود و در نهایت راه خود را به واحد CRAC/CRAH باز می کند. هوا گرمای خود را از طریق یک سیم پیچ به سیال درون CRAC/CRAH منتقل می کند. در مورد CRAC، سیال یک مبرد است. در مورد CRAH، مایع آب سرد است. مبرد یا آب سرد گرما را از فضا حذف می کند. هوای خارج شده از CRAC/CRAH اغلب دارای دمای تخلیه 55-60 درجه فارنهایت (13-15.5 درجه سانتیگراد) است.

CRAC/CRAH هوا را به داخل پلنوم کف کاذب می دمد – معمولاً با استفاده از فن هایی با سرعت ثابت. پیکربندی استاندارد CRAC/CRAH از بسیاری از سازندگان و طراحان، خنک کننده واحد را بر اساس دمای هوای برگشتی کنترل می کند.

گزینه های طرح بندی و خارج کردن حرارت

در حالی که خنک کننده بدون کف کاذب در فضاهای کم تراکم که هیچ کس به راندمان توجه نمی کرد به خوبی کار می کرد، نمی توانست نیازهای افزایش چگالی گرما و راندمان را برآورده کند – حداقل نه آن گونه که در گذشته از آن استفاده می شد. من در مراکز داده قدیمی با دماسنج‌ها بوده‌ام و دما را در حدود 60 درجه فارنهایت (15.5 درجه سانتی‌گراد) در پایه رک و دمای نزدیک به 80 درجه فارنهایت (26 درجه سانتی‌گراد) در بالای همان رک اندازه‌گیری کرده‌ام. و همچنین PUE ها را به خوبی بیش از دو محاسبه کرد.

مردم شروع به استفاده از بهترین شیوه‌ها و فناوری‌ها از جمله راهروهای گرم و سرد، پلنوم‌های سقفی، مدیریت طبقه‌های مرتفع، و پانل‌های خالی سرور برای بهبود عملکرد خنک‌کننده در محیط‌های طبقه مرتفع کردند. این روش ها قطعا سودمند هستند و اپراتورها باید از آنها استفاده کنند.

در حدود سال 2005، متخصصان طراحی و اپراتورها شروع به آزمایش ایده مهار کردند. ایده ساده است. از یک مانع فیزیکی برای جداسازی هوای خنک ورودی سرور از هوای خروجی گرم شده سرور استفاده کنید. جلوگیری از اختلاط هوای خنک و هوای خروجی گرم شده چندین مزیت دارد، از جمله:

  1. هوای ورودی با دمای سازگارتر
  2. هوا با دمای عرضه شده به فضای سفید را می توان افزایش داد و گزینه ها را برای کارایی بهبود بخشید.
  3. دمای هوای برگشتی به سیم پیچ بالاتر است، که به طور معمول باعث می شود کارایی بیشتری داشته باشد
  4. فضا می تواند تجهیزات با تراکم بالاتر را در خود جای دهد

در حالت ایده آل، در یک محیط محدود، هوا از تجهیزات انتقال هوا در دما و رطوبت مناسب برای عملیات ITE خارج می شود. هوا فقط یک بار از ITE عبور می کند و سپس برای تهویه به تجهیزات انتقال هوا باز می گردد.

مهار راهرو گرم در مقابل مهار راهرو سرد

در سیستم مهار راهروی سرد در طراحی دیتا سنتر، هوای خنک از هواگیرها محفوظ است، در حالی که هوای گرم خروجی سرور اجازه دارد آزادانه به هواگیرها بازگردد. در سیستم نگهدارنده راهروی داغ، هوای داغ خروجی محصور شده و معمولاً از طریق یک پلنوم برگشت سقفی به هواگیرها باز می گردد.

کولینگ-دیتاسنتر-راهرو-گرم

محفظه راهروی سرد می تواند در مقاوم سازی بسیار مفید باشد، به خصوص اگر پلنوم سقفی برای بازگشت وجود نداشته باشد. در چنین حالتی، ممکن است بتوان رک ها را کم و بیش به همان شکلی که هستند، رها کرد. البته تا زمانی که در چیدمان راهروی سرد/راهروی گرم باشند.

بیشتر محیط های نگهدارنده راهروی سرد همراه با طبقه مرتفع استفاده می شوند. همچنین می توان از محفظه راهروی سرد با سیستم تحویل دیگری مانند کانال کشی بالای سر استفاده کرد. گزینه طبقه برآمده امکان انعطاف پذیری را فراهم می کند. به محض نصب کانال، حرکت دادن آن بسیار دشوارتر است.

به طور خلاصه، مهار حرارت به وسیله راهروی سرد در مواردی که طراح و اپراتور به چیدمان کابینت‌های ITE اطمینان دارند و در مواردی که بارگذاری ITE تغییر چندانی نمی‌کند یا به طور گسترده‌ای متفاوت است، بهترین کار را انجام می‌دهد.

در یک محیط مهار راهرو گرم که به درستی کنترل شده است، ITE تعیین می کند که چه مقدار هوا مورد نیاز است. انعطاف پذیری قابل توجهی در چگالی وجود دارد. سیستم خنک کننده اتاق را با هوای معتدل پر می کند. همانطور که هوا توسط فن های سرور از قسمت خنک اتاق خارج می شود، ناحیه فشار کمتر باعث می شود هوای بیشتری برای جایگزینی آن جریان یابد.

مهار راهروی گرم به یک طرح کنترل بسیار ساده‌تر نیاز دارد و طرح‌بندی رک های انعطاف‌پذیرتری نسبت به یک سیستم معمولی مهار راهرو سرد ارائه می‌دهد.

خنک کننده مجاورتی

روش های دیگری نیز برای حذف گرما از فضاهای سفید وجود دارد، از جمله راه حل های داخل ردیفی و داخل رک ها است. به عنوان مثال، مبدل‌های حرارتی درهای عقب، گرما را از سرورها می‌پذیرند و آن را از طریق یک مایع از مرکز داده حذف می‌کنند.

دستگاه های خنک کننده ردیفی در نزدیکی سرورها قرار می گیرند، معمولاً به عنوان یک قطعه تجهیزات در ردیفی از رک های ITE قرار می گیرند. همچنین سیستم هایی وجود دارند که در بالای کابینت سرور قرار دارند.

این سیستم های خنک کننده، انرژی فن مورد نیاز برای حرکت هوا را کاهش می دهند. چنین سیستمی احتمالاً گران‌تر و انعطاف‌پذیرتر از طرح‌بندی‌های مهار راهرو داغ برای برآوردن نیازهای ناشناخته مشتریان آینده است. راه‌حل‌های خنک‌کننده نزدیک تجهیزات می‌توانند کاربردهای خوبی داشته باشند، مانند افزایش تراکم در مراکز داده قدیمی.

نحوه دفع حرارت

پس از حذف گرمای سرور از فضای سفید، باید به یک هیت سینک رد شود. رایج ترین هیت سینک اتمسفر است. انتخاب های دیگر شامل آب یا زمین است.

روش‌های مختلفی برای انتقال حرارت دیتا سنتر به سینک حرارتی نهایی آن وجود دارد. در اینجا یک لیست جزئی وجود دارد:

  •  واحدهای CRAH با چیلرهای آب خنک و برج های خنک کننده
  • واحدهای CRAH با چیلرهای هوا خنک
  • سیستم تقسیم واحدهای CRAC
  • واحدهای CRAC با برج خنک کننده یا خنک کننده سیال
  • مایع پمپ شده (به عنوان مثال، از خنک کننده در ردیف) و برج های خنک کننده
  • صرفه جویی در کنار هوا
  • صرفه جویی در کنار هوا با خنک کننده تبخیری مستقیم (DEC)
  • خنک کننده تبخیری غیر مستقیم (IDEC)

خنک کننده اکونومایزر

اکثر سیستم های قدیمی شامل نوعی چرخه ترمودینامیکی مبتنی بر مبرد برای به دست آوردن شرایط محیطی مطلوب هستند. صرفه‌جویی به خنک‌سازی گفته می‌شود که در آن چرخه مبرد خاموش می‌شود – چه در قسمتی از زمان یا تمام وقت.

اکونومایزرهای Airside هوای بیرون را به داخل مرکز داده می کشند، که اغلب با هوای برگشتی مخلوط می شود تا شرایط مناسب را به دست آورند، قبل از ورود به مرکز داده. IDEC نوعی از این است که در آن هوای بیرون وارد مرکز داده نمی شود بلکه گرما را از هوای داخل از طریق یک مبدل حرارتی جامد دریافت می کند.

سیستم های خنک کننده تبخیری (مستقیم یا غیرمستقیم) از آب تبخیر شده برای تکمیل در دسترس بودن خنک کننده اکونومایزر یا خنک کننده کارآمدتر مبتنی بر مبرد استفاده می کنند. تغییر حالت آب انرژی را جذب می کند و دمای حباب خشک را تا حدی کاهش می دهد که به دمای حباب مرطوب (اشباع) هوا نزدیک می شود.

طراحی-جریان-هوا-دیتاسنتر

در سیستم‌های اکونومایزر کنار آب، زمانی که شرایط بیرونی به اندازه کافی سرد است تا به نقطه تنظیم دمای آب سرد مورد نظر برسد، چرخه مبرد لازم نیست. آب سرد شده از یک مبدل حرارتی عبور می کند و گرما را مستقیماً به حلقه آب کندانسور دفع می کند.

معیارهای طراحی دیتا سنتر

برای طراحی یک سیستم خنک کننده، تیم طراحی باید با معیارهای خاصی موافقت کند.

بار گرمایی (اغلب بر حسب کیلووات اندازه گیری می شود) معمولاً بیشترین توجه را به خود جلب می کند. اغلب، بار گرمایی در واقع شامل دو عنصر است: گرمای کل که باید دفع شود و چگالی آن گرما.

به طور سنتی، مراکز داده چگالی گرما را بر حسب وات بر فوت مربع اندازه گیری می کردند. بسیاری فرض می‌کنند که چگالی باید در واقع بر حسب کیلووات در هر رک اندازه‌گیری شود، که در مواردی که تعداد کابینت‌هایی را که باید مستقر شوند می‌دانند، بسیار قابل دفاع است.

در همه سیستم ها، به ویژه در محیط های محدود، مهم است که حجم هوای تولید شده توسط سیستم خنک کننده، نیاز ITE را برآورده کند. رابطه مستقیمی بین افزایش گرما از طریق سرور، توان مصرفی سرور و جریان هوا از طریق آن سرور وجود دارد. افزایش گرما از طریق سرور معمولاً با تفاوت دمایی بین ورودی سرور و اگزوز سرور یا دلتا T (∆T) اندازه‌گیری می‌شود. جریان هوا بر حسب حجم در طول زمان اندازه گیری می شود، معمولاً فوت مکعب در دقیقه (CFM).

با فرض اینکه بار قبلاً تعیین شده است، یک طراح باید یک ΔT را بداند (یا به طور واقعی تر، فرض کند). اگر طراح یک ∆T را فرض نکند، طراح این کار را به سازنده تجهیزات واگذار می‌کند تا طرح ΔT را تعیین کند، که می‌تواند منجر به جریان هوای ناسازگار با الزامات شود.

معمولاً طراحان دمای 20 درجه فارنهایت (11 درجه سانتیگراد) ΔT را در نظر می گیرند. تجهیزات با چگالی بالاتر، معمولاً ΔT بالاتری دارند. با این حال، اکثر سرورهای کالا به خوبی به دمای 20 درجه فارنهایت (11 درجه سانتیگراد) ΔT می رسند. (محافظه مناسب و نقاط تنظیم مختلف نیز می تواند تفاوت فوق العاده ای ایجاد کند.)

شرایط هوایی در نظر گرفته شده در طراحی دیتا سنتر

روز طراحی دیتا سنتر برابر با شدیدترین شرایط هوای بیرون است که طراحی در نظر گرفته شده است. مالک و طراحان باید تصمیم بگیرند که چقدر گرم است، زیرا بر عملکرد تجهیزات تأثیر می گذارد.

یک مالک باید تعیین کند که دما و رطوبت در فضا چقدر باشد. به طور معمول، این برای یک روز طراحی مشخص می شود که N تجهیزات در حال کار هستند و واحدهای اضافی خارج از خط هستند. بسته به سیستم، طراحان نقاط تنظیم تخلیه هواگیر را بر اساس این شرایط تعیین می‌کنند و فرضیات و/یا محاسبات افزایش دما بین تخلیه هواگیر و ورودی سرور را انجام می‌دهند.

مالک و طراح باید اهداف قابلیت اطمینان مرکز داده را درک کنند و کنترل‌های مکانیکی، الکتریکی و برای پشتیبانی از این اهداف قابلیت اطمینان طراحی کنند. البته، هنگام در نظر گرفتن این موارد، تیم طراحی ممکن است در معرض بیش از حد ساختمان قرار گیرد.

شایان ذکر است که مراکز داده معمولاً در بار طراحی کار نمی کنند. در واقع، در طول بیشتر طول عمر یک مرکز داده، ممکن است در حالت بارگذاری کمی کار کند. اپراتورها و طراحان باید مدتی را صرف کارآمدی مرکز داده در آن شرایط کنند، نه فقط زمانی که به بار طراحی نزدیک می شود. شکل زیر نشان می دهد که ما به میانگین شرایط PUE 1.20 در تنها 10 درصد بارگذاری در یکی از مراکز داده عملیاتی آن رسیدیم.

طراحی-برق-دیتا-سنتر

در آینده نزدیک، انتظار می رود که سیستم های خنک کننده مبتنی بر هوا با مهار همچنان سیستم انتخابی برای مراکز داده خنک کننده باشند. در درازمدت، از مشاهده افزایش پذیرش فناوری‌های خنک‌کننده مایع تعجب نمی‌کنم.

نتیجه گیری

با وجود این تغییرات و عدم قطعیت ها، تمام مراکز داده ای که طراحی و اجرا می شود، دارای عناصر مشترک خاصی هستند. آنها از محفظه راهروی داغ بدون کف کاذب استفاده می کنند. همه دارای یک پلنوم برگشت سقفی برای هوای خروجی سرور هستند و اتاق را برای هوای ورودی سرور پر می کنند. این مراکز داده از نوعی اکونومایزر استفاده می کنند.

می توان از انواع سیستم‌های مکانیکی مختلف با مهار راهرو داغ استفاده کرد، اما معمولا هواگیرهای IDEC ترجیح دارد. بیشتر اوقات، سیستم در حالت مبدل حرارتی خشک کار می کند. این سیستم تمایل دارد توالی کنترل بسیار ساده را تسهیل کند و این سادگی قابلیت اطمینان را افزایش می دهد. سیستم ها به سرعت راه اندازی مجدد می شوند، که در وقفه های خدماتی خوب است. به محض اینکه ژنراتورها شروع به تامین برق کردند، فن ها به چرخش ادامه می دهند و به سرعت بالا می روند. آب در مخزن باقی می ماند، بنابراین فرآیند خنک سازی تبخیری اساساً نیازی به زمان شروع مجدد ندارد.

تا زمانی که سرورهای خنک شونده با مایع پذیرفته شوند، به نظر می رسد فرصت های اولیه در بهینه سازی مراکز داده یا دیتا سنترها با خنک کننده هوا باشد.

سوالات متداول (FAQ)

  • ایتم های مهم در طراحی مرکز داده یا دیتاسنتر چیست

طراحی چیدمان و فضا – طراحی الکتریکال – طراحی روشنایی – طراحی شبکه – طراحی امنیت – طراحی کولینگ و …

  • متداول ترین روش خنک کردن هوای مرکز داده چیست

استفاده از راهروی هوای گرم یا سرد بسته به نوع پروژه

author-avatar

درباره وحید رفیعیان

اینجانب وحید رفیعیان در تاریخ 1364/10/07 در شهر یزد متولد شدم. مقاطع ابتدایی، راهنمایی و دبیرستان را در مدرسه سیدالشهدای یزد گذراندم. در کنکور دانشگاه آزاد سال 82 در رشته کارشناسی برق گرایش قدرت قبول شدم. در سال 90 همزمان با استخدام در شرکت رایا تدبیر کویر، در مقطع کارشناسی ارشد رشته شهرسازی قبول شدم. فعالیت اولیه من در شرکت رایا تدبیر کویر راه اندازی خط تولید اتصالات فیبر نوری از قبیل پیگتیل و پچ کورد بود. در ادامه اقدام به ساخت رک های پر ظرفیت فیبر نوری یا ODF در قراردادی با شرکت مخابرات ایران نمودیم. در سال 96 در جهت توسعه، خط تولید کابل شبکه توسط مدیران شرکت خریداری و نصب گردید. در این مدت جهت افزایش اطلاعات عمومی، اقدام به ترجمه و نوشتن مقالاتی در زمینه فیبر نوری و کابل شبکه مسی کردم.

4 فکر در مورد “ طراحی دیتا سنتر

  1. کامران گفت:

    بسیار جامع و کاربردی. از دیتا سنتر بیشتر مطلب بزارید.

    1. پشتیبان فنی گفت:

      ممنون که مطالب ما رو مطالعه فرمودین. حتما در ادامه مطالب بیشتری در مورد مرکز داده ارائه میشه.

  2. محمد گفت:

    سپاس بیکران، خیلی مفید بود

    1. وحید رفیعیان گفت:

      خواهش می کنم، خوشحالم که این مقاله برای شما مفید بود.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *