6 نوآوری برتر در سیستم خنک کننده مراکز داده

خنک کننده مراکز داده

سیستم‌های خنک کننده مراکز داده یکی از مهم‌ترین اجزای یک مرکز داده هستند. آنها اغلب حدود نیمی از کل انرژی مرکز داده را مصرف می‌کنند و برای حفظ یک محیط عملیاتی ایمن ضروری هستند. دستورالعمل‌های حرارتی انجمن مهندسین گرمایش، تبرید و تهویه مطبوع آمریکا (ASHRAE)، توصیه می‌کند که دمای ایده آل برای ورودی‌های سرور بین 64.4 و 80.6 درجه فارنهایت (۱۷ تا ۲۶ درجه سانتی گراد) با رطوبت نسبی بین 40٪ تا 60٪ باشد. اگر دمای ایده‌آل به دست نیاید، تجهیزات فناوری اطلاعات دچار اختلال شده و لذا منجر به آسیب‌های پرهزینه و افزایش زمان از کار افتادگی تجهیزات می‌شود. در حالی که سیستم‌های خنک‌کننده سنتی مرکز داده معمولاً شامل واحدهای (CRAC/CRAH) می‌شوند، در سال‌های اخیر نوآوری‌های متعددی وجود داشته است که خنک‌سازی مرکز داده را کارآمدتر و ارزان‌تر کرده است.

 

نوآوری‌های برتر در فناوری خنک کننده مراکز داده

در این مقاله برخی از نوآوری‌های برتر در فناوری خنک کننده مدرن مرکز داده آورده شده است:

  1. خنک کننده مستقیم تراشه (Direct-to-chip cooling)

خنک کننده مایع یک نوآوری‌ محبوب است که مرکز داده را به طور قابل توجهی متحول کرده است. سیستم‌های سرد کننده مایع مختلفی برای دیتاسنترها وجود دارد که نوآوری‌های جدید آن، بازده بیشتری را ارائه می‌دهند. خنک‌سازی مستقیم تراشه یک تکنیک خنک‌کننده مایع جدید است که در آن، مایع سرد کننده، از طریق لوله‌ها به تراشه تحویل داده می‌شود. مایع، گرمای تراشه را جذب و آن را سرد می‌کند. در این روش پردازنده‌ها، مستقیم خنک می‌شوند و یکی از موثرترین و کارآمدترین روش‌ها برای حذف حرارت مرکز داده است.

مزایای زیادی در خنک سازی مستقیم تراشه وجود دارد، اولین مورد کاهش مصرف انرژی‌ست؛ زیرا خنک کننده مایع مقدار جریان هوای مورد نیاز را تا 90٪ کاهش می‌دهد. همچنین ظرفیت حمل آن تا 3500 برابر بیشتر از خنک کننده هوای سنتی‌ست. علاوه بر این، حذف موثرتر گرما به فضای کمتری برای تجهیزات نیاز دارد. در نهایت، از آنجایی که این خنک کننده در داخل محفظه‌ها نگهداری می‌شود، نیازی به واحدهای خنک کننده ردیفی وجود ندارد.

خنک کننده

  1. خنک کننده غوطه‌وری دو فاز (Two-phase immersion cooling)

خنک کننده مایع، سیستم‌های سرد کننده مرکز داده را متحول کرده و امروزه به یکی از محبوب‌ترین تکنیک‌های خنک کننده مراکز داده تبدیل شده است. انواع مختلفی از خنک کننده مایع وجود دارد و نوآوری‌های بیشتری برای تقویت این فناوریِ به نسبت جدید در حال توسعه است. خنک کننده غوطه‌وری مایع دو فاز، شامل غوطه‌ور شدن اجزای الکترونیکی در مایع انتقال حرارت دی الکتریک است.

با نقطه جوش 50 درجه سانتی گراد، این سیال رسانای گرمایی بسیار بهتری نسبت به هوا، آب یا روغن است. بخار حاصل از برهمکنش بین مایع و اجزای مولد گرما به طور غیر فعال انتقال حرارت را تسهیل می‌کند.

در سال 2021، مایکروسافت تکنیک غوطه‌وری دو فازی را آزمایش کرد. این شرکت در حال آزمایش استقرار «غلاف اصلی» مرکز داده در اقیانوس است تا یک گام به مراکز داده با انرژی‌های تجدیدپذیر نزدیک‌تر شود. مزایای بی‌شماری در ارتباط با خنک کننده غوطه‌وری دو فاز وجود دارد که اولین آنها راندمان بالاتر و صرفه جویی در انرژی‌ست. این فناوری خنک کننده مراکز داده دارای مزیت بازدهی بیش از 90 درصد، در مقایسه با خنک کننده معمول هوایی‌ست. علاوه بر این، اطمینان بیشتری به این روش فناوری وجود دارد؛ زیرا قطعات در معرض تغییرات دمایی نیستند و پتانسیل شکست و خرابی کاهش می‌یابد. همچنین در این روش نیازی به فن‌های خنک کننده که فضای نسبتا زیادی را اشغال می‌کنند، نیست. پس تجهیزات را می‌توان نزدیک‌تر به هم قرار داد و قدرت محاسباتی را تا 10 برابر در همان فضا افزایش داد.

شما می‌توانید برای کنترل دمای رک اتاق سرور خود از سیستم مانیتورینگ و کنترل هوشمند اتاق سرور کارنو استفاده نمائید.

  1. سرمایش زمین گرمایی (Geothermal cooling)

خنک کننده زمین گرمایی یک فناوری‌ست که مدت زیادی وجود داشته است، اما مراکز داده کم‌تر از مزایای کم هزینه و سازگار با محیط زیست آن استفاده کرده‌اند. این سیستم خنک کننده  مراکز داده شبیه سیستم تهویه مطبوع یا پمپ حرارتی منبع هواست؛ زیرا گرما از هوای داخل مرکز داده جذب می‌شود و به منطقه دیگری منتقل می‌شود.

سیستم‌های سرمایش زمین گرمایی که (پمپ‌های حرارتی منبع زمینی) نیز نامیده می‌شوند، به کمک تبادل گرما با زمین، امکان گرمایش و سرمایش را فراهم می‌کنند. این روش، از این واقعیت استفاده می‌کند که محدوده دمای زمین در طول سال نسبتاً ثابت باقی می‌ماند و از 7 درجه تا 24 درجه سانتی‌گراد متغیر است، بسته به فصل، زمین می‌تواند به عنوان منبع گرما یا سرما عمل کند. به هر حال، پمپ‌های حرارتی زمین‌گرمایی به‌جای آزاد کردن هوای بیرون مانند یک تهویه‌ مطبوع سنتی، از زمین به‌عنوان سینک حرارتی خود استفاده می‌کنند. در  این روند، آب و یا خنک‌کننده دیگر، با استفاده از یک سیستم لوله‌کشی حلقه بسته، از چاه‌های زیرزمینی عمودی عبور می‌کند و سرد می‌شود.

خنک کننده زمین گرمایی هزینه‌های عملیاتی کمتری را ممکن می‌سازد زیرا سیستم‌های مربوط به آن از انرژی سوختی استفاده نمی‌کنند و گزارش شده است که پمپ‌های حرارتی 25 تا 50 درصد کمتر از سیستم‌های گرمایش یا سرمایش معمولی برق مصرف می‌کنند. پمپ‌ها هیچ گونه سوخت فسیلی مصرف نمی‌کنند و نسبت به تجهیزات سنتی HVAC عمر بیشتری دارند. علاوه بر این، خنک‌سازی زمین‌گرمایی در درازمدت باعث صرفه‌جویی در هزینه‌ها می‌شود، زیرا هزینه‌های عملیاتی بسیار پایینی در مقایسه با سایر سیستم‌ها دارد که شامل نفت کوره و پروپان است. همچنین هزینه‌های کمتری در ارتباط با تعمیر و نگهداری‌اش وجود دارد.

  1. خنک کننده مایع میکروکانالی (Microchannel liquid cooling)

خنک‌کننده مایع میکروکانالی توسعه‌ای از خنک‌کننده مایع مستقیم تراشه، با افزودن صفحات سرد است و مستقیم، پردازنده‌های گرافیکی و ماژول‌های حافظه را هدف قرار می‌دهد. صفحات فلزی مهر و موم شده، گرمای تولید شده در دستگاه را در کانال‌های کوچک مایع داخلی پخش می‌کنند. این روش، خنک‌سازی را برای یک سطح بزرگ فراهم و کانال‌های کوچک سیال، تعامل بین خنک‌کننده جاری و سطح گرم شده را تسهیل می‌کنند.

این راه حل به طور فزاینده‌ای برای مراکز داده مفید است و گزارش شده است که 20 تا 40 درصد عملکرد کلی انتقال حرارت را به همراه کاهش شدید افت فشار هوا ارائه می‌دهد. مبدل‌های حرارتی نیز 10 تا 30 درصد از نظر اندازه کوچک‌ترند و تا 60 درصد وزن کمتری دارند. این روش خنک کننده مراکز داده، همچنین هزینه‌ها را کاهش خواهد داد.

خنک کننده

  1. خنک کننده مایع ریزهمرفت (Microconvective liquid cooling)

خنک‌کننده مایع میکروکانوکتیو از جت‌های سیال کوچک متعدد در ماژول‌های خنک‌کننده فشرده استفاده می‌کند که این روش عملکرد خنک‌کننده را در سطح تراشه تغییر داده است. این فناوری برای بهبود عملکرد برنامه‌های کاربردی با متراکم‌ترین پروفایل‌های محاسباتی ایجاد شده است. خنک کننده ریزهمرفتی جریان عمود بر روی دستگاه را تسهیل می‌کند و  باعث افزایش ضریب انتقال حرارت برای حذف گرما می‌شود؛ بنابراین استفاده از مواد رابط حرارتی را حذف می‌کند.

گزارش شده است که این فناوری سالانه تا 8 درصد در هزینه‌های انرژی و تا 90 درصد در هزینه‌های آب در مراکز داده صرفه‌جویی می‌کند. اگرچه یک فناوری جدید است، اما انتظار می‌رود خنک‌کننده مایع ریزهمرفتی تغییرات بزرگی را در نحوه استفاده مراکز داده از انرژی ایجاد کند.

  1. خنک کننده بُرداری کالیبره شده (Calibrated vector cooling)

خنک‌کننده برداری کالیبره‌شده (CVC) توسط IBM در سال 2005 طراحی شد و شامل عبور هوای سرد به قسمت‌هایی از سیستم‌ با چگالی بالاست که بالاترین دما را دارند. این امر دمای دستگاه را کاهش می‌دهد و تعداد مورد نیاز فن‌های خنک کننده داخلی مورد نیاز را محدود می‌کند. این روش با بهبود و بهینه سازی جریان هوای خنک در رایانه‌ها و سیستم‌های سرور، کارایی فناوری خنک کننده را بسیار بهبود بخشیده است. در نتیجه، انرژی در سرتاسر مرکز داده بهتر تخصیص می‌یابد، زیرا تنها تجهیزاتی که نیاز به خنک‌سازی دارند، خنک می‌شوند. (برخلاف خنک‌کردن همه تجهیزات بدون توجه به دمای آن)

در پایان

برای همگام شدن با حجم عظیم و متنوع داده‌ها، مراکز داده بزرگ‌تر، هر روز پیچیده‌تر می‌شوند و به انرژی بیشتری نیاز دارند. به این ترتیب، سیستم‌های خنک کننده مراکز داده نوآورانه، به طور مداوم برای افزایش کارایی و بهبود پایداری مرکز داده در حال توسعه هستند.