امنیت
فهرست مطالب
شرکتها و سازمانهایی که دامنه فعالیت آنها گسترده است، نیازمند تجهیزات مختلفی مثل سرورها، استوریجها، سوییچها و ملزومات دیگر هستند. این شرکتها باهدف متمرکزسازی این ملزومات زیربنایی و استفاده مشترک از منابع توسط کاربران، فضایی مطمئن و ایمن تحت عنوان اتاق سرور را آماده میکنند تا بتوانند تجهیزات زیرساختی را در محیطی امن نگهداری کنند. اتاق سرور، استانداردی مشابه با مرکز داده دارد و تجهیزات درون آن مثل سرورها باید به شکل تمام وقت کار کنند تا بتوانند به کاربران خدمترسانی کنند. از اینرو، تجهیزات مستقر در این فضا گرمای زیادی را تولید میکنند که باعث کوتاهتر شدن عمر مولفههای سختافزاری شده و عملکرد تجهیزات را کاهش میدهند، به گونهای که ممکن است در برخی موارد، عملکرد به میزان 50 درصد کم شود. برای غلبه بر این مشکل، سازمانها، استراتژیهای مختلفی برای دفع گرما در اختیار دارند که یکی از آنها راهکار سرمایشی In-Rack است که تحت عنوان خنکسازی درون رک شناخته میشود.
راهکار سرمایشی In-Rack Cooling یکی از پیشرفتهترین روشهای مدیریت حرارت در مراکز داده و اتاق سرور با چگالی بالا است. در این رویکرد، واحد خنککننده به جای قرار گرفتن در انتهای راهروها یا سقف اتاق سرور، به شکل مستقیم در مجاورت یا داخل خود رک سرور نصب میشود. هدف اصلی این روش، متوقف کردن و جذب حرارت در نزدیکترین نقطه به منبع تولید آن یعنی سرورها است تا از ترکیب هوای گرم و سرد در فضای اتاق جلوگیری شود. این معماری خنکسازی، به ویژه برای رکهایی که مصرف برق آنها از ۱۰ کیلووات به ازای هر رک فراتر میرود، کارایی بسیار بالایی دارد.
مبانی فنی و معماری سیستم In-Rack
مبانی فنی و معماری سیستم سرمایشی In-Rack بر اصل جذب حرارت در مبدا تولید متمرکز است تا از طریق خنکسازی هدفمند، نیاز به سردسازی کل فضای اتاق سرور را حذف کند. این سیستم برای محیطهای دارای چگالی بالا با بار حرارتی بیش از ۱۰ کیلووات به ازای هر رک طراحی شده است. از منظر معماری، هسته این سیستم یک واحد خنککننده درون رک است که به عنوان یک مبدل حرارتی فعال یا غیرفعال عمل میکند.
در رایجترین پیادهسازی که مبتنی بر الگوی خنکسازی مبتنی بر آب است، هوای داغ خروجی از تجهیزات فناوری اطلاعات، توسط فنهای RCU به شکل مستقیم مکیده میشود و به جای آزاد شدن در راهرو گرم، بلافاصله از روی یک کویل آب سرد (Chilled Water Coil) عبور داده میشود. آب سردی که از سیستم چیلر مرکزی یا واحد توزیع مایع (Coolant Distribution Unit) میآید، حرارت جذبشده را به دور از رک منتقل میکند. هوای سردشده بلافاصله در همان رک، از طریق کنارهها یا فضای جلویی، به تجهیزات فناوری اطلاعات بازگردانده میشود تا یک چرخه خنکسازی بسته و محلی ایجاد شود. این رویکرد میکرو محیطی، مزیتهای فنی بزرگی دارد: اول آنکه، ترکیب هوای گرم و سرد را به صفر میرساند، که یکی از بزرگترین اتلافهای انرژی در سیستمهای سنتی (CRAC/CRAH) است. دوم آنکه، به دلیل مدیریت محلی حرارت، میتوان دمای آب سرد ورودی را افزایش داد، که این امر به چیلرها اجازه میدهد با کارایی بالاتر و مصرف برق کمتر عمل کنند. در نهایت، In-Rack به دلیل ماژولار بودن و مقیاسپذیری، تنها امکان افزایش ظرفیت خنکسازی یک رک خاص به طور مثال از ۱۵ به ۴۰ کیلووات را بدون تاثیر بر زیرساخت کلی فراهم میآورد.
مزایای پردازنده محور بودن خنکسازی
مزایای پردازنده محور بودن خنکسازی (Processor-Centric Cooling)، که در راهکارهای خنکسازی درون رکسرور یا یا خنکسازی مستقیم مایع (Direct Liquid Cooling) از آن استفاده میشود، بر بهرهوری، کارایی و پایداری مراکز داده با چگالی بالا تاثیر میگذارد. مزیت اصلی این رویکرد، هدفمند بودن و حذف اتلاف انرژی است. در سیستمهای سنتی سرمایش، انرژی زیادی صرف سرد کردن حجم عظیمی از هوا میشود که بخش قابل توجهی از آن به شکل هدر رفت از دست میرود یا با هوای گرم ترکیب میشود. اما در خنکسازی پردازنده محور، حرارت درست در نقطهای که تولید میشود یعنی روی سطح پردازنده مرکزی یا گرافیکی که پرحرارتترین مولفهها هستند، توسط مایع یا مبدل حرارتی مجاور جذب میشود.
این جذب محلی حرارت، دو نتیجه فنی حیاتی دارد: اول آنکه، امکان افزایش دمای نقطه تنظیم مایع خنککننده فراهم میشود. این افزایش دما، راندمان عملکرد چیلرها را بالا برده و در نتیجه، مصرف برق زیرساخت سرمایشی را کاهش میدهد و به شکل مستقیم منجر به بهبود چشمگیر شاخص PUE میشود. دوم آنکه، روش مذکور، مقیاسپذیری و چگالی را به مرزهای جدیدی میرساند. با خنکسازی مستقیم پردازندهها، میتوان حرارت تولید شده توسط رکهای با چگالی فوقالعاده بالا را که برای محاسبات هوش مصنوعی و HPC ضروری هستند، مدیریت کرد؛ امری که با روشهای هوا محور غیرممکن است. علاوه بر این، خنکسازی کارآمد پردازنده باعث میشود فنهای داخلی سرورها با سرعت کمتری کار کنند که این امر علاوه بر کاهش نویز، افزایش طول عمر تجهیزات و کاهش هزینههای نگهداری (OpEx) را نیز به دنبال دارد.
انواع استقرار In-Rack
استقرار راهکارهای سرمایشی In-Rack بر اساس چگونگی تعامل واحد خنککننده با جریان هوای خروجی از تجهیزات فناوری اطلاعات و نحوه انتقال حرارت تعریف میشوند. این سیستمها به گونهای طراحی شدهاند که حرارت را در نزدیکترین نقطه ممکن به منبع تولید جذب کنند. از روشهای متداول و رایج در این زمینه به موارد زیر باید اشاره کرد:
مبدل حرارتی درب عقب (Rear Door Heat Exchanger)
مبدل حرارتی درب عقب (RDHx) یکی از روشهای اصلی خنکسازی درون رکی به شمار میرود و در گروه راهکارهای غیرفعال یا نیمهفعال طبقهبندی میشود که برای مدیریت حرارت در مراکز داده با چگالی متوسط تا بالا به طور مثال تا ۳۰ کیلووات در هر رک استفاده میشود. از منظر فنی، RDHx به سادگی درب مشبک عقب رک سرور را با یک پنل حاوی کویل مبدل حرارتی (Heat Exchanger Coil) جایگزین میکند.
نحوه عملکرد آن کاملا به فنهای داخلی سرورها وابسته است و واحد خنککننده خود فن ندارد. هوای داغی که از پشت تجهیزات فناوری اطلاعات خارج میشود، بلافاصله و به شکل مستقیم از داخل کویلهای مبدل حرارتی عبور میکند. آب سردی که از سیستم چیلر مرکزی تامین میشود، حرارت را از این هوا جذب کرده و هوای خنک شده را به فضای اطراف بازمیگرداند. این فرآیند جذب محلی حرارت، به طور موثری از ترکیب هوای گرم با هوای سرد راهرو جلوگیری میکند. مزیت کلیدی RDHx در سادگی نصب، صرفهجویی در فضای کف (Floor Space) و بهبود چشمگیر راندمان سرمایش و شاخص PUE است، زیرا بخش عمدهای از حرارت قبل از ورود به راهروهای گرم جذب میشود.
واحد فعال خنکسازی درون رک (Active In-Rack Cooling Unit)
واحد فعال خنکسازی درون رک (RCU) یک راهکار سرمایشی فعال است که برای مدیریت بارهای حرارتی بسیار بالا فراتر از ۳۰ کیلووات در هر رک طراحی شده است. برخلاف مبدل حرارتی درب عقب که به فنهای سرور وابسته است، RCU یک سیستم مستقل است که دارای فنهای اختصاصی، کویل مبدل حرارتی و سیستم کنترل داخلی میباشد. RCU به شکل مستقیم در رک مانند یک دستگاه چهار یونیت یا در کابینت مجاور نصب میشود. این واحد بهطور فعال و با فشار، هوای داغ خروجی از پشت تجهیزات را میمکد، آن را توسط آب سرد خنک میکند و سپس هوای سرد شده را با فشار به سمت جلوی تجهیزات راهروی سرد داخل رک تزریق مینماید. این فرآیند یک حلقه خنکسازی کاملا بسته و محلی ایجاد میکند که کاملا از دمای محیط اتاق سرور جدا است. مزیت اصلی RCU در کنترل دقیق دمای تزریقی، توانایی مقابله با چگالیهای فوقالعاده بالا و عدم وابستگی به جریان هوای راهرو است، که آن را برای زیرساختهای HPC ایدهآل میسازد.
خنکسازی درون رک مایع مستقیم (Direct Liquid Cooling)
خنکسازی مایع مستقیم (DLC) پیشرفتهترین و کارآمدترین راهکار سرمایشی برای مراکز داده با چگالی فوقالعاده بالا است. این روش، بهطور رادیکال، واسطه هوا را حذف کرده و به شکل مستقیم حرارت تولیدی را از مولفههای پرحرارت سرور جذب میکند. در این معماری، صفحات سرد (Cold Plates) به شکل مستقیم به پردازندهها و ماژولهای حافظه متصل میشوند. مایع خنککننده اختصاصی که آب مقطر یا سیالات دو فازی است از طریق این صفحات سرد جریان مییابد و حرارت را به شکل مستقیم جذب میکند. در روش فوق هر رک DLC به یک واحد توزیع مایع متصل است. CDU به عنوان رابط اصلی، حرارت را از مایع خنککننده سرور به سیستم آب سرد اصلی دیتاسنتر منتقل میکند. مزیت اصلی DLC در چگالی بالا تا ۱۰۰ کیلووات در هر رک، بهرهوری انرژی فوقالعاده (PUE نزدیک به ۱.۰۵)، و حذف کامل نویز فنها است. این راهکار بهترین گزینه برای زیرساختهای مبتنی بر محاسبات با عملکرد بالا و هوش مصنوعی است که خنکسازی هوا در آنها غیرممکن است.
مزایای عملیاتی و بهبود کارایی
مزایای عملیاتی و بهبود کارایی سیستمهای سرمایشی In-Rack بهطور مستقیم بر کاهش هزینههای عملیاتی (OpEx) و افزایش انعطافپذیری دیتاسنتر تاثیر میگذارند. مهمترین مزیت عملیاتی، بهینهسازی شاخص PUE و صرفهجویی چشمگیر در مصرف انرژی است. سیستمهای In-Rack با حذف مشکل ترکیب هوای گرم و سرد که الگوهای سنتی با آنها روبرو بودند، بزرگترین منبع اتلاف انرژی است را حذف کرده و کارایی سیستم سرمایش را به حداکثر میرسانند. این روش به دلیل جذب محلی حرارت، اجازه میدهد تا دمای آب سرد ورودی به کویلهای خنککننده را افزایش داد. افزایش دمای آب ورودی، باعث میشود که چیلرها در شرایط بهینهتر و با راندمان ترمودینامیکی بالاتر کار کنند، که منجر به کاهش مصرف برق چیلرها و بهبود مصرف انرژی میشود.
از منظر عملیاتی، In-Rack امکان مقیاسپذیری و انعطافپذیری فوقالعاده را فراهم میکند. سازمانها میتوانند ظرفیت خنکسازی را بهصورت ماژولار و بر اساس نیاز هر رک افزایش دهند. اگر بار حرارتی یک رک به دلیل استقرار سرورهای HPC یا هوش مصنوعی از ۱۰ به ۳۰ کیلووات برسد، نیازی به ارتقا کل زیرساخت سرمایشی اتاق نیست؛ تنها کافی است واحد In-Rack همان رک تقویت شود. علاوه بر این، خنکسازی کارآمد باعث میشود فنهای داخلی سرورها با سرعت کمتری کار کنند، که نویز را کاهش داده و طول عمر فنها و تجهیزات را افزایش میدهد. این عوامل در مجموع، هزینههای نگهداری و مصرف انرژی دیتاسنتر را به شدت کاهش میدهند.
چالشها و ملاحظات اجرایی
چالشها و ملاحظات اجرایی در پیادهسازی سیستمهای سرمایشی In-Rack بیشتر حول مدیریت زیرساخت مکانیکی و کنترل دقیق محیط متمرکز هستند.
بزرگترین چالش فنی، نصب و نگهداری شبکه توزیع مایع (Coolant Distribution Network) در نزدیکی تجهیزات الکترونیکی حساس است. پیادهسازی موفق نیازمند لولهکشی دقیق، استفاده از اتصالات با کیفیت بالا برای جلوگیری از نشتی و نصب سنسورهای نشتی پیشرفته در زیر رکها و در نقاط اتصال است. علاوه بر این، باید پروتکلهای سختگیرانهای برای مدیریت و رسیدگی سریع به حوادث نشتی در طرحهای اجرایی پیشبینی شود تا از آسیب به تجهیزات گرانقیمت جلوگیری شود.
سیستمهای In-Rack فقط برای خنک کردن بار حرارتی تولید شده توسط تجهیزات درون رک طراحی شدهاند. این بدان معناست که برای خنک کردن اجزای محیطی دیگر مانند UPSهای داخل اتاق سرور، چراغها، و تجهیزات شبکهای که در رک نیستند، همچنان به یک سیستم تهویه مطبوع جانبی مانند واحدهای اسپلیت کوچک نیاز است. این امر مستلزم ادغام دو سیستم خنککننده (سیستم اصلی In-Rack و سیستم محیطی) و مدیریت همزمان آنها است.
برای اطمینان از حداکثر کارایی، باید تمام هوای خروجی گرم تولیدی توسط سرورها، بدون آنکه به فضای اتاق بازگردد، توسط واحد In-Rack جذب شود. این امر مستلزم رعایت دقیق مسدودسازی فضای خالی رک است تا از ترکیب هوای گرم و سرد جلوگیری شود. عدم رعایت این نکته میتواند راندمان سیستم را کاهش دهد.
مدیریت عملیاتی این سیستمها پیچیدهتر است، زیرا هر واحد In-Rack یک نقطه شکست (Point of Failure) بالقوه است. استفاده از سامانه DCIM برای مانیتورینگ سریع دمای ورودی/خروجی آب، فشار سیال و وضعیت فنهای RCU در سطح هر رک، حیاتی است تا بتوان ظرفیت خنککنندگی را بهطور دقیق و پویا بر اساس بار IT تنظیم کرد. جدول زیر مکانیزم سرمایش In-Rack Cooling در مقابل روشهای سنتی را نشان میدهد.
| ویژگی | خنکسازی In-Rack | خنکسازی سنتی (CRAC/CRAH) |
| مناسب برای چگالی | بالا تا بسیار بالا (۱۰ کیلووات به بالا) | پایین تا متوسط (زیر ۵ کیلووات) |
| مسیر گردش هوا | مسیر کوتاه و بسته، جذب حرارت در مبدا | مسیر طولانی، توزیع از طریق کف کاذب |
| PUE و بهرهوری انرژی | بسیار کارآمد (PUE نزدیکتر به ۱.۲)، امکان استفاده از دمای آب بالاتر | کم کارآمد (PUE نزدیک به ۱.۵ تا ۲.۰) |
| مقیاسپذیری | عالی، ماژولار و بر اساس رک | محدود، نیاز به تغییر زیرساخت بزرگ |
| پیچیدگی زیرساخت | نیاز به لولهکشی آب در اتاق سرور | نیاز به زیرسازی کف کاذب بزرگ و کانالهای هوا |
با توجه به توضیحاتی که ارائه کردیم اگر راهکار In-Rack را یک جهش کوانتومی در طراحی مرکز داده توصیف کنیم که امکان رشد چگالی، افزایش پایداری و بهبود چشمگیر بازده انرژی را در زیرساختهای محاسباتی مدرن فراهم آورده است، اغراق نکردهایم.
اشتراکگذاری
نویسنده
حمیدرضا تائبی
مطالب مشابه
برای دریافت مشاوره و یا اطلاع از قیمت، با ما در تماس باشید.
