اتجاهات مركز البيانات: زيادة كثافة الطاقة
على مستوى تصميم مركز البيانات ، هناك اتجاه مهم يتمثل في تحسين كثافة الطاقة.في ضوء قيود المساحة لمركز البيانات ، يجب أن يعمل بشكل أكثر كفاءة للتعامل مع الطلب المتزايد على الطاقة والتكلفة.من الواضح أن استثمار المزيد من الموارد في كل رف هو حل عملي للغاية.ومع ذلك ، بالإضافة إلى الفوائد المتأصلة ، فإن زيادة كثافة الطاقة تجلب أيضًا بعض المشكلات والتحديات التي يجب حلها لبعض مشغلي مراكز البيانات.
اتجاه كثافة الطاقة
غالبًا ما يتم معادلة كثافة الطاقة المنخفضة بكفاءة منخفضة.يتم استهلاك موارد المساحة القيمة هذه فقط من خلال عدد قليل جدًا من موارد معدات تكنولوجيا المعلومات ، كما تحتاج أيضًا إلى استهلاك المزيد من تكاليف صيانة المعدات.يشير بن كوغلين ، المدير المالي والمؤسس المشارك لشركة Colovore ، وهي شركة استضافة عالية الكثافة مقرها سانتا كلارا ، إلى ما يلي: "في الوقت الحالي ، يبلغ حجم الرفوف التي ينشرها عملاء مراكز البيانات النموذجية حوالي 8-12 كيلوواط لكل رف. على الرغم من متطلبات الكثافة بعض مراكز البيانات أعلى ، ولا تزال ظاهرة ما يقرب من 20 + كيلوواط نادرة لمعظم التطبيقات المكثفة لتحليل البيانات الضخمة ومعالجتها. وفي الوقت نفسه ، لا تزال هناك مراكز بيانات نموذجية في بعض المناطق الساحلية في الولايات المتحدة. 4-5 كيلوواط (تم تعديله قبل 10 سنوات) ".
في المساحة المُدارة ، تكون تكلفة دعم كثافة الطاقة المنخفضة فقط باهظة الثمن ، لأنه قد لا يتم استخدام مساحة الحامل المستأجرة بالكامل بسبب نقص إمدادات الطاقة الكافية.على الرغم من وجود عدد كبير من المعدات على الرف ، إلا أن سعة دعم البنية التحتية للمساحة المُدارة لا تتطابق."يمكن للعملاء بسهولة نشر 8-10 كيلو واط لكل رف على البنية التحتية الحالية للخادم ، ولكن نظرًا لأن معظم مراكز البيانات مصممة لدعم 4-5 كيلو واط فقط ، يجب عليهم تنفيذ عملية تشغيل معدات نصف الرف عبر الرفوف ، وإلا فلن يتمكنوا من تنفيذ التبريد بشكل جيد. ولكن لقد دفع العملاء مقابل الرف بالكامل ، على الرغم من أنهم يستخدمون فقط موارد تحميل نصف رف. وهذا بلا شك مضيعة. "
تعد البنية التحتية للتوزيع من أكثر القيود وضوحًا على كثافة الطاقة.سيؤثر كل من مصدر الطاقة الذي توفره الأداة ومستوى مرافق النسخ الاحتياطي في مركز البيانات على كثافة الطاقة.لكل واط من الطاقة التي توفرها المرافق ، يجب أن يكون لمركز البيانات ما يكفي من شكا من ومولدات الديزل للحفاظ على قدرته التشغيلية في حالة انقطاع التيار الكهربائي.بالطبع ، توفر الكابلات ووحدات توزيع الطاقة (PDUs) وما إلى ذلك الطاقة للأرفف الخاصة.وأشار Kuegelin إلى أن "معظم مراكز البيانات لا تمتلك قدرًا كبيرًا من الطاقة لتزويد منشآتها ، لذا فهي تأمل في الحصول على المزيد من موارد الطاقة من شركات الطاقة العامة وتوسيع بنيتها التحتية الأساسية (البنية التحتية الكهربائية والميكانيكية ، والمولدات ، ومعدات توزيع الطاقة ، وما إلى ذلك). في مركز البيانات يكلف الكثير من المال. لذلك ، فإن الحصول على المزيد من القوة والتكلفة هما متغيرين مهمين لمركز البيانات ".
ولكن ربما تكون الحاجة الأكثر إلحاحًا التي تواجه مركز البيانات هي التبريد: فكل واط من الطاقة التي يستهلكها الجهاز سينتج واطًا واحدًا من الحرارة المهدورة ، والتي يجب إزالتها للحفاظ على درجة حرارة التشغيل التي يتطلبها مركز البيانات.يعد هذا أيضًا التحدي الأكبر الذي يأمل مركز البيانات في تجنبه عندما لا ينوي وضع المعدات بكثافة أعلى في البداية.قال كوجلين: "كلما زادت الكثافة على مستوى الرف في مركز البيانات الخاص بك ، ستولد الخوادم حتمًا مزيدًا من الحرارة ، لذا فإن المزيد من التبريد ضروري أيضًا"."البنية التحتية للتبريد مكلفة للغاية ، ولكن قد يأتي التحدي الأكبر من محاولة تحويل مراكز البيانات القديمة. معظم مراكز البيانات القديمة هذه لها أسطح منخفضة في المرحلة الأولى من الإنشاء. وفي كثير من الحالات ، لا توجد طريقة بسيطة لتحسين الكثافة . هناك طرق قليلة بخلاف الهدم ، لكنها صعبة للغاية على مراكز البيانات ، خاصة عندما لا تزال تستضيف بعض العملاء ".
لسوء الحظ ، بالنسبة لمؤسسات مراكز البيانات التقليدية ، فإن تحويل مركز البيانات الخاص بها إلى مركز بيانات ذي كثافة أعلى يعني أن مرافق مركز البيانات لديها القليل من الإمكانات العملية لمواصلة توسيع قوة الحوسبة باستثناء انتظار التحسين الذي يجلبه قانون أشباه الموصلات مور.ومع ذلك ، تتطلب هذه الطريقة شراء معدات جديدة لتكنولوجيا المعلومات ، وتكنولوجيا معالجة أفضل ، ومع التقدم المستمر لقانون مور ، يمكن تحقيق كفاءة أعلى ، والتي قد تستغرق حوالي عقد من الزمان.يشير Kuglin إلى أنه في هذه الحالة ، "لا يمكن لموفري الاستضافة سوى استخدام" الحمل الموزع "أو إجبار العملاء على استخدام بنيتهم التحتية عبر نصف رف. ومع ذلك ، من الواضح أن هذا غير مستدام. في نهاية المطاف ، ستنفد المساحة والطاقة وموارد التبريد لديهم كما يتم تحديث خوادم العميل ".
تعمل البنية التحتية الموحدة على زيادة كثافة الطاقة
يمكن تلخيص الترقية إلى زيادة الكثافة على أنها تكامل طويل الأجل للبنية التحتية: في الأساس ، يمكن تحقيق تجميع المزيد من موارد الكمبيوتر في أحجام أصغر من خلال الاتجاهات الحالية في مركز البيانات ، مثل اعتماد تقنية المحاكاة الافتراضية والخوادم النصلية والخوادم الصغيرة.قال كوجلين إن تكامل البنية التحتية "يلعب دورًا إيجابيًا للغاية في الكفاءة التشغيلية لمركز البيانات" ، "نظرًا لأن الحجم المادي لنشرها أصغر ، تكون سلطة الإدارة لمديري تكنولوجيا المعلومات محدودة. عندما يكون عدد الخوادم بنسبة 30-50٪ ، فإن التوفير في الطاقة الإجمالية سيكون أكثر جدوى ".
يهدف هذا النهج إلى تقليل الطاقة الإجمالية لمركز البيانات عن طريق زيادة الطاقة على مستوى الحامل (له فائدة مزدوجة لأنه يقلل أيضًا من متطلبات التبريد)."في الواقع ، ازداد الطلب على الطاقة لكل خادم بشكل كبير ، ولكن بشكل عام ، يمكن تقليل إجمالي الطاقة بسبب الحاجة إلى عدد أقل من الخوادم. ولهذا السبب أصبحت مراكز البيانات عالية الكثافة مهمة جدًا. فهي مفتاح تكامل كل البنية التحتية. يمكن لخوادم اليوم أن تصل بسهولة إلى 500 واط إلى 1 واط لكل وحدة رف كيلووات! "
سبب تبديد الحرارة بسبب الكثافة العالية
بالطبع ، يمكن تحقيق كفاءة أعلى من خلال الكثافة العالية.يحتوي كل رف على أكبر عدد ممكن من المعدات ، وذلك لمساعدة مركز البيانات على توفير التكلفة ومساحة الأرضية وحل مشكلات الإدارة قدر الإمكان.لكن الأشياء الجيدة يجب أن تزن: في هذه الحالة ، سوف تسبب مشاكل التبريد.عادةً ما يعتمد النشر منخفض الكثافة على تبريد الهواء ، ومع ذلك ، في معظم المناطق ، مع زيادة كثافة الطاقة في مركز البيانات ، يصبح تبريد الهواء باهظًا ومكلفًا.
بالمقارنة مع مصدر التبريد المباشر الموزع بالتساوي ، فإن حل توليد الحرارة يشبه إلى حد كبير توفير مصدر النقطة: يرجع توليد الحرارة إلى مستوى الرف والخادم وحتى المعالج."يبدو أن سعة معالجة مستوى شريحة الخادم تتزايد باستمرار ، ولكن في بعض الوقت ، سيحتاجون إلى تبريد داخلي وتبريد للمعدات بالقرب من الخادم على الفور لمنع الزيادة المفرطة في الحرارة."لذلك ، قد لا يكون تبريد الهواء لنقطة واحدة فقط كافيًا.يجب استخدام موارد المياه (أو السوائل الأخرى) لتوفير قدرة تبريد أكبر.ومع ذلك ، فإنه يحتاج إلى التضحية بجزء من قدرة تسليم البنية التحتية ، وهناك بعض الصعوبات في تحسين التنفيذ ، مثل العزل الصارم لمياه التبريد عن المكونات الإلكترونية للمعدات.
قد يتسبب نشر حل تبريد يعتمد على الماء في حدوث بعض المشكلات ، خاصة لمراكز البيانات القديمة ، ويجب تحويل البنية التحتية الحالية.ومع ذلك ، بالنسبة للمنشآت الجديدة التي يمكن أن تدعم زيادة كثافة الطاقة ، يمكن أن يوفر حل التبريد القائم على الماء قدرة التبريد حيثما دعت الحاجة ، بدلاً من مجرد محاولة الحفاظ على استقرار الغرفة بأكملها. درجة الحرارة منخفضة بما يكفي لضمان درجة حرارة التشغيل الإجمالية للخادم فضاء.يمكن لمخططات مثل القناة الساخنة / القناة الباردة أن تمنح هواء التبريد بعض المساحة للمناورة ، ولكن هذا المخطط له أيضًا حدوده.أخيرًا ، مع التحسين المستمر للمتطلبات عالية الكثافة لمركز البيانات ، قد تصبح تقنية النقع تقنية ضرورية.تقدم بعض الشركات الآن منتجات وحزمًا في هذا الصدد ، فهي تشتمل على سائل غير موصل ومدخل سائل التبريد في هيكل الخادم.
عوائد عالية الكثافة
بالنسبة للعملاء ، سواء كانوا عملاء خدمة مُدارة أو مشغلي مراكز بيانات ، يمكن للكثافة العالية أن توفر لهم عوائد مهمة ومربحة من حيث التكلفة الإجمالية للملكية (TCO).قال Kuglin: "عندما تتمكن الشركة من دمج بنيتها التحتية لتكنولوجيا المعلومات في الخوادم النصلية الافتراضية ، يمكنها على الفور توفير أكثر من 20٪ إلى 30٪ من تكاليف التشغيل و4-5kw من النشر القديم لكل رف. ويرجع ذلك إلى حد كبير إلى توفير تكلفة الطاقة المطلوبة لاستيعاب الخوادم في الخزانة الشهرية وتقليل تكلفة التوصيل المتقاطع ومفاتيح الرف العلوي ".بالنسبة لعملاء الخدمة المُدارة ومشغلي مراكز البيانات ، فإن هذا يعني زيادة توسيع المساحة المتاحة للأرفف الحالية ، وإظهار مشكلة وتكلفة بناء مركز بيانات جديد ، وفوائده ليست مجرد توفير مباشر في التكلفة.
بالنسبة لتلك المؤسسات التي ترغب في صيانة مباني مركز البيانات القديمة الخاصة بها أو اتخاذ مسار الاستضافة ، مع ارتفاع أسعار الطاقة ونمو الطلب على خدمات تكنولوجيا المعلومات ، فإنها بحاجة إلى تحسين الكفاءة وتوفير مساحة الأرض والحامل.لذلك ، يعد تنفيذ الطاقة عالية الكثافة في مراكز البيانات اتجاهًا رئيسيًا ، ولكنه يمثل أيضًا تحديًا: يجب بناء المزيد من السعة في الرفوف.تحتاج معدات توزيع الطاقة والبنية التحتية الاحتياطية وقدرة التبريد أيضًا إلى توفير دعم النشر المناسب للحفاظ على درجة حرارة تشغيل الإدارة.على الرغم من أن طريقة المبرد قد لا تكون اتجاهًا أكثر شيوعًا في الوقت الحالي ، إلا أنها ستصبح أكثر شيوعًا لأن طريقة تبريد الهواء تصبح تدريجياً أقل عملية وبأسعار معقولة في بيئة عالية الكثافة.ومع ذلك ، سواء من تبريد الهواء المفرط إلى المدة التي تستغرقها طريقة التبريد السائل ، فإن كثافة الطاقة لمركز البيانات ستستمر بلا شك في الارتفاع ، حيث تحاول الشركات تعظيم مواردها.