۴ دلیل به‌کارگیری سیستم سرمایشی In-Row در مراکزداده کوچک و لبه

گزارش موسسه تحقیقاتی Cloudsceneاز ۱۱۰ کشور نشان می‌دهد در سال ۲۰۲۱ حدود ۸ هزار مرکزداده در سراسر جهان وجود دارد که قطعا اکنون بیشتر شدند و البته قرار است صدها مرکزداده جدید ساخته شود. باز هم براساس گزارش‌هایی از سایت‌های AFCOMو Data Center World، حدود ۴۸ درصد پاسخ‌دهندگان یک نظرسنجی در صنعت مرکزداده، اعلام کردند که طی ۱۲ تا ۲۴ ماه می‌خواهند تعداد مرکزداده بیشتری بسازند. ۵ درصد از این گروه، بازه زمانی ۶ تا ۹ ماه را برای ساخت دیتاسنتر جدید خود انتخاب کردند. افزون بر این، براساس یازدهمین نظرسنجی سالانه موسسه Uptime، علاوه بر رشد تصاعدی ساخت مرکزداده، میانگین تراکم رک‌های سرور نیز در حال افزایش است و تقریبا ۵۰ درصد شرکت‌کنندگان در این نظرسنجی، تمایل داشتند به سوی رک‌های قدرتمند ۵ تا ۱۰ کیلووات بروند.

یک تغییر بزرگ دیگر نیز در حال وقوع است: رویکرد سنتی تمرکز تمام منابع سازمانی در یک نقطه مرکزی: در عصری که انتظار می‌رود سیستم محاسباتی در نزدیکی کاربران و سرویس‌ها باشند، دیگر جوابگو نخواهد بود.

تازه‌های دیتاسنترهای کوچک و لبه در حال رشد هستند

مراکزداده لبه و کوچک به سرعت در حال رشد هستند و حتی فناوری‌های مراکزداده‌ی بزرگ و سنتی با امکانات گسترده را تحت تاثیر قرار دادند تا با اصلاح و تغییراتی، بتوانند به نقاط محاسباتی در لبه‌ی شبکه متصل شوند. حجم عظیمی از داده‌های تولید شده توسط اپلیکیشن‌های نسل بعدی، نیاز به قدرت پردازشی، کارایی و امنیت سریع‌تر در محل دارند. با گسترش اپلیکیشن‌های حساس به تاخیر، شرکت‌ها به طور فزاینده‌ای به دنبال استقرار مراکزداده کوچک و لبه در زیرساخت IT خود هستند تا بتوانند داده‌های کاربر نهایی را در نقطه‌ای نزدیک‌تر به او، جمع‌آوری، ذخیره و پردازش کنند. پذیرش اینترنت اشیا نیز نقش مهمی در این زمینه ایفا می‌کند؛ زیرا شرکت‌ها عجله دارند تا زیرساخت‌های محاسباتی، ذخیره‌سازی و شبکه خود را به سمت استقرارهای پیشرفته‌تری هدایت کنند. نظرسنجی موسسه Uptime نشان می‌دهد که بیش از ۶۰ درصد پاسخ‌دهندگان پیش‌بینی کرده‌اند تقاضا برای محاسبات لبه‌ای (edge computing) در سال جاری افزایش پیدا کند. مهاجرت سرورها به لبه شبکه، یک توسعه زودگذر نیست. براساس گزارش اخیر موسسه IDC، حدود ۷۵ درصد سازمان‌ها قصد دارند هزینه‌های لبه شبکه خود را طی دو سال، به طور میانگین ۳۷ درصد افزایش دهند. IDC پیش‌بینی می‌کند هزینه‌های جهانی محاسبات لبه‌ای تا پایان سال به ۱۷۶ میلیارد دلار برسد و ۱۵ درصد افزایش نسبت به سال ۲۰۲۱‍ داشته باشد. موسسه STL Partners نیز این آمار را تایید کرده و پیش‌بینی می‌کند تا سال ۲۰۳۰، بازار محاسبات لبه‌ای به ارزش ۵۴۳ میلیارد دلار برسد.

خنک‌سازی مراکزداده کوچک و لبه شبکه

سایت‌های محاسباتی، محدوده وسیعی از تجهیزات محاسباتی را شامل می‌شوند؛ از سایت‌های موقت تا استقرارهای ثابت و دائمی در دفاتر شرکت‌ها، انبارها، فروشگاه‌های خرده‌فروشی کوچک و … اما این استقرارهای در لبه که غالبا از راه دور کنترل و مدیریت می‌شوند، دارای امکانات محدودی بوده و اغلب فاقد تکنسین‌های مستقر در محل برای نظارت و نگهداری هستند.

وقتی مدیران فناوری اطلاعات و زیرساخت، تصمیم به مهاجرت به لبه شبکه می‌گیرند؛ غالبا باید ارزیابی مجددی از معماری سیستم برق و سرمایش داشته باشند و گاها اقدام به ارتقای سخت‌افزار و نصب تجهیزات بیشتری در اتاق‌های سرور کوچک و فشرده لبه شبکه داشته باشند. در چنین شرایطی، مدیران زیرساخت و تجهیزات در کنار متخصصان فناوری اطلاعات، نیاز به یک راهکار سیستم سرمایشی قابل اعتماد و قابل تطبیق با نیازهای رک‌های سرور خود دارند تا به طور موثری، گرمای ایجاد شده را حذف کنند.

اگرچه راهکارهای سنتی سیستم سرمایشی CRAC (سرنام computer room air-conditioning units) به عنوان یک رویکرد استاندارد برای کاهش گرمای ناشی از بار کاری با چگالی بالا استفاده می‌شود ولی فقط یک راه‌حل کوتاه‌مدت برای مراکزداده کوچک و لبه‌ای است که معمولا سیستم‌های پیچیده‌ای دارند و در بلندمدت باید سیستم سرمایشی مطمئنی داشته باشند. ضمن اینکه راهکارهای CRAC مبتنی بر تامین هوای خنک از طریق کف کاذب و کف‌های مرتفع از سطح هستند که ممکن است در محیط‌های کوچک، قابل پیاده‌سازی نباشند و نتوانند از نظر بهره‌وری انرژی، بازدهی قابل انتظار را داشته باشند.

بهتر است برای مراکزداده کوچک و لبه‌ای که تراکم بالایی دارند؛ از سیستم سرمایشی In-Row استفاده شود. راهکارهای
In-Row در میان ردیفی از رک‌ها تعبیه شده و سعی می‌کنند گرمای ایجاد شده در اطراف رک‌ها و پشت آن‌ها را حذف کرده و با کاهش گردش مجدد هوا، ردیف‌های رک را در یک وضعیت ایده‌آل دمایی نگه دارند. این راهکارها می‌توانند به طور مستقیم بر هزینه‌های انرژی و مصرف برق تاثیرگذار باشند.

تغییر محاسبات از مراکزداده بزرگ به زیرساخت‌های کوچک فناوری اطلاعات، نیازمند راه‌حل‌های سیستم سرمایشی کارآمد است. با متراکم شدن رک‌های سرور (معمولا زیر ۱۰ کیلووات در هر رک) مدیران فناوری اطلاعات باید خود را برای تغییر و حرکت به سیستم‌های خنک‌کننده جایگزین برای پاسخ‌گویی به گرمای بیشتر و رو به رشد اما در عین حال، کاهش مصرف انرژی آماده کنند.

در ادامه، ۴ مزیت ویژه راه‌کارهای سیستم سرمایشی In-Row برای مراکزداده کوچک و متوسط را بررسی می‌کنیم:

۱– معماری سرمایشی مدرن و کارآمد

مطالعه موسسه ScienceDirect نشان می‌دهد روش سنتی خنک‌سازی رک‌ها و سرورها که مبتنی بر کاشی‌های سوراخ‌دار بود؛ غالب اوقات هوای سرد را در پایین رک‌های سرور قرار می‌دهد که ناکارآمد است. در سیستم In-Row این مشکل وجود ندارد و هوای سرد به طور یکنواخت در امتداد ردیفی از رک‌های نصب شده، توزیع می‌شود. این مطالعه نشان می‌دهد سیستم سرمایشی In-Row تحت تاثیر چگالی بالای رک‌ها قرار نمی‌گیرد و اتفاقا برای مراکزداده‌ای که تعداد رک زیادی با چگالی بالا دارند؛ کارآمدتر است. در این روش، جریان هوای افقی کمتری در فضای فیزیکی مرکزداده به گردش درمی‌آید و امکان تمرکز بیشتر سیستم سرمایشی روی خنک‌کنندگی محیط فراهم می‌شود. از آن‌جایی که، سیستم In-Row میان رک‌ها نصب می‌شود؛ می‌تواند هوای خنک را به طور موثری در اطراف رک‌ها و نقاطی که گرمای بیشتری از جانب تجهیزات پرقدرت تولید می‌شود؛ به گردش درآورده و فاصله هوای گرم و سرد را به حداقل برساند. این سیستم‌ها به سادگی در مراکز داده کوچک و اتاق‌های سرور محدود، نصب شده و قادر هستند بالاترین کارایی خنک‌کنندگی قابل انتظار را ارائه دهند. سیستم سرمایشیIn-Row برای محیط‌های پرتراکم تجهیزات IT مناسب‌تر بوده و چون از نزدیک به رک‌ها چسبیده می‌شوند؛ تا ۵۰ درصد تراکم سرمایشی بالاتری نسبت به راه‌کارهای CRAC سنتی دارند.

۲– کاهش فضای اشغالی

مدیران IT تمایل دارند قدرت پردازشی بیشتری بدون افزایش ردپا در مصرف انرژی و هزینه‌ها و با همین امکانات فیزیکی موجود، به دست بیاورند. وقتی صحبت از افزایش محاسبات می‌شود؛ به طور قابل توجهی با افزایش مصرف انرژی در رک‌ها و سیستم سرمایشی روبرو می‌شویم که مطلوب نیست. به همین دلیل، مدیران فناوری اطلاعات باید به دنبال راهکارهای سیستم سرمایشی مدرنی باشند که در فضای فیزیکی کوچک‌تر نصب شده و خودشان هم فضای کمتری اشغال کنند ولی از سوی دیگر، نیازهای سرمایشی مراکزداده کوچک و لبه شبکه را رفع کنند. یک نکته مهم دیگر، معمولا مراکزداده کوچک، فاقد استانداردهای طراحی مناسب برای به کارگیری سیستم‌های سرمایشی عمودی هستند. در عوض، سیستم‌های In-Row به دلیل طراحی جریان هوای افقی، دیگر نیازی به فضای خالی بالای سر رک‌ها برای انتقال هوای گرم بخش مرکزی دیتاسنتر ندارند.

مراکزداده نسل جدید و به‌ویژه مراکزداده میکرو و لبه، از طراحی ماژولار پیروی کرده‌اند؛ پس طبیعی است که سیستم سرمایشی In-Row نیز با این طراحی تطابق داشته باشد و با ساختارهایی فشرده برای کاهش فضای اشغال شده، ساخته شوند. سیستم‌های انتقال حرارت فضای باز این دستگاه‌ها را می‌توان در پشت بام یا حیاط قرار داد تا در فضای کف دیتاسنتر نیز صرفه‌جویی شود.

۳– کاهش هزینه مصرف انرژی

تاکنون، آموختیم که فضای کمتر برابر با راندمان بیشتراست و اجازه می‌دهد فن‌های خنک‌کننده‌ی کوچک‌تری داشته باشیم. اما یک مزیت بزرگ دیگر آن، کاهش مصرف برق است که منجر به کاهش هزینه‌های انرژی می‌شود. تحقیقات نشان می‌دهند سیستم‌های سرمایشی In-Row که هوای سرد را مستقیما به نقاط بار کاری زیاد تجهیزات IT هدایت می‌کنند؛ نسبت به واحدهای CRAC محیط‌های سنتی، تا ۲۵ درصد صرفه‌جویی مصرف انرژی دارند. مطالعه موسسه ScienceDirect روی هزینه معماری سیستم‌های سرمایشی
In-Row و CRAC نشان می‌دهد که در راهکار ردیفی، انرژی سرمایشی کمتری هدر رفته و در نتیجه نیاز به مصرف انرژی کمتری برای خنک‌کنندگی مرکزداده وجود دارد. ضریب سرمایشی راهکار In-Row برابر با 1.9 است در حالی‌که ضریب سرمایشی روش سنتی CRAC برابر با 1.4 بوده است. در این مطالعه، هرچه ضریب سرمایشی یک سیستم بالاتر باشد؛ به معنای استفاده موثرتر از هوای سرد و کاهش مصرف انرژی است.

۴– دسترسی دائمی

مراکزداده امروزی باید از انعطاف‌پذیری داخلی برای پاسخ‌گویی به بارهای کاری مختلف سود ببرند. سیستم‌های سرمایشی سنتی به کندانسورهای بزرگی وابسته هستند که عمدتا یک نقطه خرابی بالقوه در سیستم بوده و افزونگی آن‌ها گران‌قیمت است. سازمان‌ها، برای حفظ این سیستم‌های سرمایشی، باید کارمندان زیادی استخدام کنند که خودش می‌تواند یک چالش جدید ایجاد کند و هزینه‌های عملیاتی را افزایش دهد. در آن سو، راهکارهای سیستم سرمایشی In-Row می‌توانند انعطاف‌پذیری بسیار بیشتری فراهم کنند؛ چون هر واحد سرمایش، مستقل از دیگری کار می‌کند و در صورت خرابی، به راحتی توسط تکنسین مرکزداده قابل تعویض و جایگزینی است؛ بدون اینکه در کارایی و دسترس‌پذیری کل سیستم، خللی وارد شود. در این واحدهای سرمایشی، می‌توان از مدل پیکربندیN+i استفاده کرد که به سرعت در دسترس است و هزینه کمتری نسبت به مدل‌های سنتی سیستم سرمایشی دارد.