شرح مفصل عن تبريد مركز البيانات
تبريد مركز البيانات هو النظام الذي يحافظ على بيئة التشغيل المثالية لجميع المعدات في مركز البيانات . نظرًا لأن مراكز البيانات تستهلك ما يقرب من ثلاثة بالمائة من كهرباء العالم، فهناك كمية كبيرة من الكهرباء تولد الحرارة.
إذا لم تتم إدارتها بشكل صحيح من خلال نظام تبريد فعال، فمن المحتمل أن تتعطل معدات تكنولوجيا المعلومات، وتتعرض لأضرار باهظة الثمن، وتتسبب في توقف التشغيل.
وفقًا لـ ASHRAE ، فإن درجة الحرارة المثالية لمنافذ الخادم – الهواء الذي يتم سحبه إلى الخادم لتبريد المكونات الداخلية – تتراوح بين 64.4 درجة فهرنهايت و80.6 درجة فهرنهايت 18 مع رطوبة نسبية تتراوح بين 40% و60%.
كيف يتم تبريد مراكز البيانات؟
في السابق، كانت مراكز البيانات تستخدم مزيجًا من الأرضيات المرتفعة والبنية الأساسية لمكيف الهواء أو معالج غرفة الكمبيوتر ( CRAC / CRAH) لتبريد مركز البيانات.
تعمل وحدات CRAC / CRAH على ضغط المساحة الموجودة أسفل الأرضية المرتفعة ودفع الهواء البارد عبر البلاط وإلى مداخل الخادم.
بمجرد تنفيس الهواء كعادم ساخن، فإنه يمر عبر CRAC / CRAH للتبريد، مما يؤدي في النهاية إلى تعيين درجة حرارة عودة وحدة CRAC / CRAH كنقطة التحكم الرئيسية لمركز البيانات بأكمله.
كان هذا النظام غير فعال لأنه كان يفتقر إلى التحكم وكان الهواء البارد ينفث ببساطة في غرفة الخادم. ورغم أنه ربما كان فعالاً في عمليات النشر ذات الكثافة المنخفضة مع متطلبات الطاقة المنخفضة، إلا أنه كان غير فعال إلى حد كبير في الطوابق ذات الكثافة العالية للبيانات.
اعتمدت مراكز البيانات الحديثة استراتيجيات احتواء الممر الساخن والممر البارد لفصل مدخل الهواء البارد فعليًا عن الهواء الساخن المنبعث من فتحات العادم الخاصة بالخوادم.
وبدون خلط الهواء الساخن والبارد، تظل درجات الحرارة أكثر اتساقًا، مما يوفر لمديري مراكز البيانات مزيدًا من التحكم في بيئتهم. وبشكل أكثر تحديدًا، يتم صيانة بيئات مراكز البيانات من خلال تقنيات التبريد مثل:
تبريد متجه معاير (CVC)
تم تصميم CVC خصيصًا لخوادم الشفرات ، حيث يعمل على تحسين تدفق الهواء ويسمح لنظام التبريد بإدارة الحرارة بشكل أكثر فعالية. وهذا يزيد من نسبة لوحات الدوائر لكل هيكل خادم ويتطلب عددًا أقل من المراوح.
نظام المياه المبردة. يستخدم هذا النظام عادةً في مراكز البيانات المتوسطة/الكبيرة، حيث يتم تحويل المياه المبردة إلى هواء بارد ثم يتم نقلها بواسطة وحدات معالجة الهواء (CRAC/CRAH). يتم توفير المياه من خلال محطة تبريد تقع داخل المنشأة.
احتواء الممر البارد/الممر الساخن
احتواء مركز البيانات هو شكل شائع لنشر رفوف الخادم الذي يستخدم صفوفًا متناوبة من “الممرات الباردة” و”الممرات الساخنة”. تتميز الممرات الباردة بمداخل هواء بارد في مقدمة الرفوف ، بينما تحتوي الممرات الساخنة على عوادم هواء ساخن في الجزء الخلفي من الرفوف. تطرد الممرات الساخنة الهواء الساخن إلى مداخل تكييف الهواء، والذي يتم تبريده بعد ذلك وتزويده بالممرات الباردة. تملأ الألواح العازلة الرفوف الفارغة لمنع ارتفاع درجة الحرارة أو إهدار الهواء البارد.
مكيف هواء غرفة الكمبيوتر (CRAC)
وحدات CRAC هي واحدة من أكثر الميزات شيوعًا في أي مركز بيانات. تعمل هذه الوحدات بواسطة ضاغط يسحب الهواء عبر وحدة تبريد. وعلى الرغم من عدم كفاءتها، فإن وحدات CRAC غير مكلفة نسبيًا.
وحدة معالجة الهواء في غرفة الكمبيوتر (CRAH)
وحدات CRAH هي جزء من نظام محطة المياه المبردة داخل مركز البيانات. تتدفق المياه المبردة من المحطة عبر ملف تبريد داخل وحدة CRAH ويتم استخدام مراوح التعديل لسحب الهواء من خارج مركز البيانات. تكون هذه الوحدات أكثر كفاءة عند استخدامها في المواقع ذات درجات الحرارة السنوية الأكثر برودة.
التبريد المباشر على الشريحة
تستخدم طريقة التبريد السائل هذه أنابيب لتوصيل سائل التبريد مباشرة إلى لوحة باردة داخل معالجات اللوحة الأم لتوزيع الحرارة. يتم تمرير الحرارة المستخرجة عبر حلقة مياه مبردة وإحضارها إلى محطة المياه المبردة. هذه واحدة من أكثر تقنيات التبريد فعالية حيث يتم تبريد المعالجات مباشرة.
التبريد التبخيري
عندما يتبخر الماء بعد تعرضه للهواء الساخن، يتم سحب الحرارة من الهواء. غالبًا ما يتم الحصول على هذه المياه من خلال نظام الرذاذ أو مادة مبللة مثل الحصيرة، مما يؤدي في النهاية إلى الاستغناء عن استخدام وحدات CRAC/CRAH. على الرغم من أن هذه تقنية موفرة للطاقة، إلا أنها تتطلب الكثير من الماء بالإضافة إلى أبراج تبريد مراكز البيانات للمساعدة في تسهيل التبخر.
التبريد المجاني
في بعض المناخات، يعمل التبريد المجاني على جلب الهواء البارد من البيئة الخارجية إلى الخوادم بدلاً من تبريد نفس الهواء باستمرار. وهذا أيضًا شكل من أشكال تبريد الخوادم الموفر للطاقة للغاية.
نظام الغمر
تتضمن تقنية التبريد السائل الجديدة نسبيًا هذه غمر الأجهزة في حمام من سائل عازل أو سائل تبريد غير موصل وغير قابل للاشتعال.
الأرضية المرتفعة
توفر الأرضية المرتفعة مساحة بين أرضية مركز البيانات وأرضية المبنى الخرسانية. تحتوي هذه المساحة على أنابيب تبريد المياه وتسمح بزيادة تدفق الهواء.
نظام التبريد الأمثل لمركز البيانات
مع استخدام تقنيات تبريد متعددة داخل مركز البيانات، هناك فرصة كبيرة لحدوث أخطاء. تتضمن هذه الأخطاء:
- تخطيط خزانة غير فعال
- خزائن فارغة
- المساحات الفارغة بين المعدات
- تسربات الأرضية المرتفعة
- تسربات حول فتحات الكابلات
- وحدات معالجة الهواء المتعددة تتنافس للسيطرة على الرطوبة
إذا لم يتم حل هذه الأخطاء، فقد تكون مكلفة للغاية وقد تؤثر أيضًا على وقت تشغيل مركز البيانات .
يعد الفهم العميق لكيفية عمل تبريد مركز البيانات، إلى جانب شكل التبريد لتخطيط المركز المحدد والمتطلبات الفنية، أمرًا ضروريًا لنظام تبريد مثالي.
فيما يلي بعض أفضل الممارسات التي تم تحديدها لضمان تبريد مركز البيانات بشكل مثالي:
استخدام تصميم الممر الساخن/الممر البارد
هذا التصميم هو الأكثر كفاءة حيث يؤدي فصل الهواء البارد والساخن إلى توفير في التبريد من 10 إلى 35 بالمائة. كما يسمح نظام تدفق الهواء هذا بسرعات مراوح أبطأ واستخدام أكثر تكرارًا للتبريد المجاني من أجهزة توفير الطاقة الموجودة في جانب الهواء أو جانب الماء والتي تعد تقنيات تبريد موفرة للطاقة للغاية.
تنفيذ تدابير الاحتواء
قد يكون إدارة تدفق الهواء أمرًا صعبًا. ومع ذلك، يمكن لتدابير الاحتواء الشاملة مثل الجدران والأبواب أن تحافظ على الهواء البارد في الممرات الباردة والهواء الساخن في الممرات الساخنة. وهذا يسمح لمراكز البيانات بتشغيل كثافات أعلى من الرفوف مع تقليل استهلاك الطاقة أيضًا.
فحص وسد التسريبات في محيطات وأعمدة الدعم وفتحات الكابلات
يعد تلف المياه مشكلة كبيرة تواجهها مراكز البيانات، وهو السبب الثاني الرئيسي لفقدان البيانات وتوقفها عن العمل. لا تستطيع مراكز البيانات تحمل هذا التهديد، سواء من الناحية المالية أو من حيث العمليات، وبالتالي فإن عمليات التفتيش المتكررة والشاملة لأنظمة التبريد السائلة أمر ضروري. يمكن لأدوات مثل كابلات استشعار السوائل والمواد الكيميائية، ووحدات التحكم في المنطقة، وأجهزة استشعار الرطوبة أن تساعد في جعل عملية التعرف والإصلاح أسرع بكثير.
مزامنة نقاط التحكم في الرطوبة
إن استخدام التبريد المجاني، على الرغم من أنه موفر للطاقة، قد يسمح بتراكم الرطوبة داخل مركز البيانات. وقد تؤدي الرطوبة الزائدة إلى التكثيف، مما يؤدي في النهاية إلى تآكل الأنظمة الكهربائية والتأثير عليها. إن مجرد تعديل عناصر التحكم في المناخ قد يؤدي إلى المزيد من المشكلات حيث قد يتسبب في جفاف الهواء، مما يتسبب في تراكم الكهرباء الساكنة. وبدلاً من ذلك، يجب على مديري مركز البيانات الانتباه عن كثب إلى عناصر التحكم في الرطوبة للحفاظ على بيئة مثالية داخل غرف الخادم.
كيف يؤثر برنامج DCIM على نظام التبريد
يعمل حل إدارة البنية الأساسية لمركز البيانات (DCIM) المثالي على تحسين استخدام مركز البيانات للطاقة واستخدام الأصول والأداء، فضلاً عن استخدام المساحة، وهي كلها عناصر مهمة لنظام التبريد.
يجمع DCIM البيانات من أجهزة الاستشعار البيئية مثل الرطوبة ودرجة الحرارة ويقدم تقارير عنها ويرصد اتجاهاتها .
يتيح هذا للمديرين الحصول على فهم أوضح لوقت تغيير نقاط ضبط درجة الحرارة وتبسيط كيفية إدارة الاقتصاد في جانب المطار.
يسهل DCIM:
- تصور النقاط الساخنة باستخدام فيديو التصوير الحراري الفاصل الزمني
- وتجنب التبريد الزائد
- وإهدار موارد الطاقة
- والحفاظ على الخزانات ضمن إرشادات ASHRAE، وزيادة استدامة مركز البيانات .
ختامًا:
يُعدّ ضمان بيئة مناسبة لمركز البيانات أمرًا بالغ الأهمية للحفاظ على استمرارية عمل الخوادم وأجهزة الكمبيوتر بكفاءة ودون أي أعطال.
تلعب أنظمة التبريد دورًا رئيسيًا في تحقيق ذلك من خلال تنظيم درجات الحرارة والرطوبة داخل المركز.
يعتمد اختيار نظام التبريد المناسب على احتياجات مركز البيانات الفريدة، بما في ذلك حجمه وكثافة الطاقة والمناخ والميزانية.
توفر تقنيات التبريد الحديثة، مثل التبريد المباشر على الشريحة والتغوط الحر، حلولاً فعالة وموفرة للطاقة لمراكز البيانات من جميع الأحجام.
بالإضافة إلى اختيار نظام التبريد الصحيح، فإن اتباع أفضل الممارسات، مثل:
- تصميم الممر الساخن/الممر البارد
- وتنفيذ تدابير الاحتواء
- وسد التسريبات
- ومراقبة الرطوبة
- واستخدام برنامج DCIM
كلها ضرورية لضمان كفاءة تبريد مركز البيانات وتقليل التكاليف التشغيلية.
وهكذا فإنه من خلال الاستثمار في نظام تبريد موثوق وفعال، يمكن لمراكز البيانات ضمان استمرارية عملها وحماية المعدات الحساسة وتحقيق أقصى استفادة من بنيتها التحتية.
اقرأ أيضًا:
تبريد مراكز البيانات: دليل شامل للمبتدئين
تأثير البيانات الضخمة على الاقتصاد
دور السياسة المالية في إنعاش الاقتصاد
ما هي اليد الخفية في الاقتصاد؟