Ներածություն: Ինչու է սառեցումը կարեւոր տվյալների կենտրոններում
Ժամանակակից տվյալների կենտրոնները հանդես են գալիս որպես գլոբալ թվային ենթակառուցվածքի սիրտը, մշակում են միլիարդավոր հարցումներ վայրկյանում: Յուրաքանչյուր պրոցեսոր աշխատանքի ընթացքում առաջացնում է ինտենսիվ ջերմություն, իսկ անվերահսկելի կուտակումը կարող է նվազեցնել սարքավորումների կյանքը մինչեւ 50%-ով եւ առաջացնել աղետալի խափանումներ:
Արդյունավետ սառեցումը ոչ միայն հարմարավետության խնդիր է՝ այլ կարեւոր է պահպանել սպասարկման հասանելիությունը: Մեկ ջերմային խափանումը կարող է տապալել ամբողջ սերվերները՝ պատճառելով միլիոնավոր դոլարների վնաս:
Ջերմային մարտահրավեր: էներգիայի խտություն եւ ջերմության տարածում
Տիպիկ տվյալների կենտրոնը կենտրոնացնում է հարյուրավոր կամ հազարավոր սերվերներ կրճատված տարածքներում: Բարձր արդյունավետության սերվերը կարող է առաջացնել 500-ից 1500 Վտ ջերմություն, մինչդեռ մի ամբողջ սենյակ կարող է հասնել 10-ից 20 կիլովատ խտության մեկ քառակուսի մետրի համար:
Ժամանակակից պրոցեսորները, ինչպիսիք են Intel Xeon-ը եւ AMD EPYC-ը, պետք է աշխատեն 60°C-ից մինչեւ 80°C՝ առավելագույն արդյունավետությունը պահպանելու համար: 90°C-ից ավելի ակտիվանում է շնչափող մեխանիզմները՝ նվազեցնելով պրոցեսորի արագությունը եւ ազդելով տվյալների կենտրոնի ողջ թողունակության վրա: Ծայրահեղ դեպքերում, 100°C-ից բարձր, ավտոմատ անջատումներ են տեղի ունենում պաշտպանության համար:
Անպատշաճ ցրումը նաեւ բարձրացնում է գործառնական ծախսերը: Շրջակա միջավայրի ջերմաստիճանի յուրաքանչյուր 5°C բարձրացումը մեծացնում է հովացման էներգիայի սպառումը մոտավորապես 10%-ով, ստեղծելով արատավոր ցիկլ, որն ազդում է մատակարարների շահույթի մարժայի վրա:
Ավանդական օդի հովացման համակարգ (CRAC/CRAH)
CRAC (Համակարգչային սենյակի օդորակիչ) e CRAH (Համակարգչային սենյակի օդային կառավարիչ) նրանք աշխատում են՝ ստեղծելով ֆիզիկական տարանջատում տաք եւ սառը օդային հոսանքների միջեւ՝ օգտագործելով այնպիսի կարգավորումներ, ինչպիսիք են տաք միջանցքը/սառը միջանցքը:
Տաք միջանցքի/սառը միջանցքի կառուցվածքում սերվերները դասավորված են փոփոխական շարքերով՝ մի շարք ճակատներով դեպի սառը միջանցք (որտեղ շրջանառվում է սառեցված օդը), իսկ հաջորդ շարքը հետեւիներով՝ տաք միջանցքի համար (որտեղ ջեռուցվող օդը գրավվում է): Սա նվազագույնի է հասցնում օդի խառնումը եւ առավելագույնի հասցնում արդյունավետությունը:
Այնուամենայնիվ, այս համակարգերն ունեն սահմանափակումներ: Նրանք սպառում են մեծ էներգիա OD տվյալների կենտրոնի ընդհանուր էներգիայի 40%-ից 50%-ը եւ դժվարանում են գործ ունենալ պրոցեսորների գերբարձր խտության հետ:
Հեղուկի սառեցում: բարձր կատարողական լուծում
Հեղուկ սառեցում օդի փոխարեն հեղուկները (թորված ջուր, մասնագիտացված հովացուցիչ նյութեր կամ ցածր մածուցիկության յուղեր) շրջանառվում են անմիջապես պրոցեսորներին ամրացված խողովակների միջով՝ շատ ավելի արդյունավետ կլանելով ջերմությունը։:
Երկու հիմնական մոտեցում կա
- Հեղուկի ուղղակի սառեցում (Ուղիղ դեպի նավ)Խողովակները միանում են անմիջապես պրոցեսորին, հեռակա ջերմությունը սկզբնակետում: Նվազեցնում է ջերմաստիճանը 10-ից 20°C-ով օդի համեմատ:
- ԸնկղմումԱմբողջ սերվերները ընկղմված են էլեկտրաէներգիայի ոչ հաղորդիչ հեղուկի մեջ: Թույլ է տալիս մինչեւ 50 կիլովատ մեկ քառակուսի մետրի համար 3-5 անգամ ավելի բարձր խտություն, քան ավանդական օդը:
Հսկաները, ինչպիսիք են Meta-ն, Google-ը եւ Microsoft-ը, արդեն իրականացնում են ընկղմման սառեցում տվյալների կենտրոնների պորտֆելներում: Հեղուկը կլանում է ամբողջ ջերմությունը ապարատային "պրոցեսորից, GPU-ից, հիշողությունից, էլեկտրամատակարարումից եւ "DO"-ից՝ վերացնելով ներքին օդափոխիչների անհրաժեշտությունը եւ նվազեցնելով էներգիայի սպառումը: մինչեւ 40%:
Ջերմային ցրման առաջադեմ տեխնիկա
Heat pipes հյուրանոց e ջերմային տարածիչներ ջերմային խողովակը կնքված պղնձե խողովակ է, որը պարունակում է հատուկ հեղուկ, որը փոխվում է հեղուկ փուլի եւ գոլորշու միջեւ՝ չափազանց արդյունավետ կերպով տեղափոխելով ջերմությունը:
The պղնձի եւ ալյումինի տարածիչներ նրանք մեծացնում են պրոցեսորի շփման տարածքը՝ բաշխելով ջերմությունը ավելի մեծ ծավալով։ Ժամանակակից պրոցեսորներն օգտագործում են բարձր արդյունավետության հաղորդիչ ջերմային մածուկներ (արծաթի կամ գրաֆենի մասնիկներով), որոնք կիրառվում են չիպի եւ տարածողի միջեւ՝ ապահովելով ջերմության առավելագույն փոխանցում։:
Սառեցում անվճար սառեցում սա եւս մեկ ռազմավարություն է: շրջակա միջավայրի ցածր ջերմաստիճանի ժամանակաշրջաններում (գիշեր, ձմեռներ) բնական բացօթյա օդը սնուցում է ռադիատորները՝ առանց օդորակման կոմպրեսորների օգտագործման: Սառը շրջանների տվյալների մեծ կենտրոնները (Ֆինլանդիա, Իսլանդիա, Նորվեգիա) օգտվում են դրանից՝ տարվա մեծ մասի համար ծախսերը 60%-ից 80%-ով նվազեցնելու համար:
Իրական ժամանակի մոնիտորինգ եւ ավտոմատացում
Ժամանակակից ջերմային կառավարման համակարգերը օգտագործում են հարյուրավոր սենսորներ, որոնք ցրված են յուրաքանչյուր սերվերի եւ միջանցքի վրա: Այս սենսորները անընդհատ չափում են ջերմաստիճանը, հարաբերական խոնավությունը եւ օդի հոսքը՝ տվյալներ ուղարկելով AI հարթակներ, որոնք դինամիկ կերպով կարգավորում են օդափոխիչների եւ կոմպրեսորների արագությունը:
Մեքենայական ուսուցման ալգորիթմները կանխատեսում են բեռի բարձրացում եւ մեծացնում հովացման հզորությունը մինչեւ կրիտիկական ջերմաստիճանի հասնելը: Սա կանխում է պրոցեսորի շնչափողը եւ ապահովում է մշտական աշխատանք առավելագույն արդյունավետությամբ: Որոշ տվյալների կենտրոններ նույնպես օգտագործում են թեժ կետերի հայտնաբերման հյուրանոց: եթե որոշակի տարածքը հասնում է 85°C-ի, համակարգը ավտոմատ կերպով վերաբաշխում է մշակման բեռները մոտակա ավելի սառը սերվերներին:
Ավելորդությունը պարտադիր է "սառեցման համակարգի ձախողումը չի կարող տապալել տվյալների կենտրոնը: Հետեւաբար, մի քանի CRAC միավորներ, հովացման աշտարակներ եւ գեներատորներով պահեստային համակարգեր աշխատում են զուգահեռ: Ցանկացած միավոր, որը ձախողվում է, ավտոմատ կերպով անջատվում է, եւ դրա բեռը բաշխվում է օպերացիոն միավորների միջեւ:
Արդյունավետության չափումներ՝ PUE եւ ծախսերի խնայողություն
PUE (Power Usage Effectiveness) դա ստանդարտ չափիչ է: հարաբերակցությունը տվյալների կենտրոնի ընդհանուր էներգիայի սպառման եւ ՏՏ սարքավորումների սպառման միջեւ: Իդեալական PUE-ն 1:0 է (յուրաքանչյուր ջոուլը գնում է դեպի ՏՏ): Գործնականում տվյալների ժամանակակից կենտրոնները հասնում են 1:2-ից 1:4 մկ, ինչը նշանակում է, որ սերվերների յուրաքանչյուր 100 Վտ-ի համար 20-ից 40 Վտ-ն ուղղվում է հովացմանը, լուսավորությանը եւ բաշխմանը:
Google-ը նվազեցնում է PUE-ն մինչեւ 1:08 իր ամենաարդյունավետ տվյալների կենտրոններում՝ օգտագործելով հեղուկ սառեցման, անվճար հովացման եւ AI-ի համակցությունը: Meta-ն հայտնում է PUE-ի 1:1-ից մինչեւ 1:13 վերջին կայանքներում: PUE-ի յուրաքանչյուր 0:1 կրճատումը տարեկան խնայում է միլիոնավոր դոլարների էլեկտրաէներգիա հարյուրավոր մեգավատտ աշխատող օպերատորների համար:
Էներգիայի ծախսերը կազմում են տվյալների կենտրոնի գործառնական ծախսերի 30%-ից 40%-ը: Հետեւաբար, սառեցման օպտիմալացումը շահութաբերության ամենամեծ լծակն է: Ընդլայնված համակարգերում ներդրումներ կատարելն ավելի սկզբնական արժե (ընկղմման հովացման վերազինումը կարող է արժենալ 2-5 մլն դոլար մեկ տեղադրման համար), սակայն վերադարձը 3-5 տարում երաշխավորված է:
