Технологии охлаждения дата-центров

Корпорации стремятся сделать свои дата-центры более энергоэффективными и снизить их воздействие на окружающую среду. Но не всегда чем холоднее, тем лучше. Исследования показывают, что оборудование может нормально функционировать и при температуре в 27ºC. При этом экономия электроэнергии составит 4-5% на каждый повышенный градус.

Поэтому компании не только пытаются найти новые технологии для охлаждения, иногда весьма экстремальные, но и занимаются усовершенствованием оборудования и помещений. Сегодня поговорим о том, какие решения становятся более популярными, а какие являются скорее исключением из общих правил.

Не все то вода, что охлаждает

Многие дата-центры сегодня выбирают для охлаждения воду, которая считается эффективнее воздуха в десятки раз, особенно для «горячих точек». К тому же современные системы исключают возможность утечки и повреждения оборудования. Однако ЦОДы сегодня становятся все более «зелеными», и большой расход воды превращается в недостаток.

Только в США в 2014 году было использовано 626 миллиардов литров воды, включая воду для охлаждения и для производства электричества, необходимого для работы дата-центров. Поэтому кроме показателя PUE для ЦОДов все популярнее становится показатель эффективности расхода воды (WUE).

Одно из решений — использование хладагентов для охлаждения воды, которая в этом случае может циркулировать без потерь. Другой вариант — применение специальных жидкостей вместо воды. Например, жидкость GreenDEF, которая сделана из минерального масла, может снизить энергозатраты дата-центра на 30-40%.

Но у минеральных масел есть определенные недостатки: они загрязняют окружающую среду и легко воспламеняются. Поэтому многие предпочитают использовать диэлектрические жидкости, которые также предполагают прямой контакт между хладагентом и микросхемами.

Одна из таких жидкостей производства 3M применяется для двухфазного иммерсионного охлаждения. Подробнее о ней можно почитать тут. На ежегодной международной конференции SC16 были представлены некоторые новые решения, например, иммерсионное охлаждение от LiquidMips, которое в том числе устраняет проблему возможного повреждения оптических подключений.

И нашим, и вашим

Но не все дата-центры готовы сразу перейти на жидкостное охлаждение. Поэтому сегодня в качестве промежуточного варианта достаточно популярны гибридные системы, в которых комбинируется охлаждение жидкостью и воздухом. Но непонятно, насколько такие системы способствуют экономии средств, так как для них требуется в два раза больше оборудования.

Тем не менее новые решения появляются и в этой области: компания CoolIT совместно со STULZ представила модульную систему Chip-to-Atmosphere, которая позволяет использовать жидкостное охлаждение для наиболее горячих компонентов, а охлаждение воздухом — для всего остального.

Что естественно, то не безобразно

Все больше корпораций выбирают естественное охлаждение в попытке снизить влияние на окружающую среду. Наверняка все слышали о дата-центре Google в Финляндии, который охлаждают морской водой.

В дата-центр воду доставляют по тоннелю, существовавшему там еще со времен бумажной фабрики, которая раньше стояла на месте ЦОДа. Но соленая вода вызывает коррозию, поэтому в теплообменниках приходится применять армированные стекловолокном трубы и титановые пластины, а также устанавливать дополнительную фильтрацию.

С похожей проблемой столкнулись в Facebook при строительстве нового дата-центра в Ирландии, где для охлаждения используется прохладный морской воздух с высоким содержанием соли. Поэтому воздух должен проходить через дополнительные фильтры перед тем, как он попадает в сам дата-центр.

Согласно исследованию, проведенному Ратгерским университетом, частота отказов оборудования в дата-центрах с естественным охлаждением без контроля уровня влажности во влажном климате выше на 107-260%. Несмотря на возможные сложности в Ирландии находится большое количество дата-центров разных корпораций, которые используют «free cooling» и являются энергоэффективными.

Парю, где хочу

В сочетании с естественным охлаждением воздухом выгодно применять охлаждение испарением, так как в этом случае можно существенно снизить объем потребляемой электроэнергии. Но вот выбранный метод зависит от температуры и влажности поступающего воздуха. Так, прямое охлаждение испарением возможно при более высокой температуре и не очень влажном воздухе. Большую выгоду от таких систем можно получить именно в сухом климате с высокой температурой. А вот в холодном климате нужды в них нет.

Для косвенного охлаждения температура и влажность воздуха снаружи должны быть выше, чем внутри. Сам воздух при этом не становится более влажным. Если климат не совсем подходит для таких систем, специалисты советуют прибегать к гибридной схеме охлаждения и применять охлаждение испарением только при определенной погоде, например, летом. Ну и, конечно, нельзя забывать о необходимости удалять лишнюю влагу из воздуха.

И дата-центр плывет

Мы уже писали о том, как устроены подземные дата-центры, но сегодня существуют и подводные. Первый такой ЦОД — проект Microsoft под названием Natick. Испытания прошли успешно и компания уже запатентовала свое изобретение. Сейчас ведется разработка второго поколения Natick, который будет гораздо больших размеров.

Основное преимущество — дата-центр практически не требует обслуживания и постоянного присутствия человека. Но все элементы находятся в отдельных капсулах, которые при необходимости можно извлечь или заменить.

Такие дата-центры подойдут для прибрежных регионов, а сэкономить можно будет также за счет отсутствия необходимости занимать территорию на земле. ЦОД получает энергию от движения волн, а охлаждается океанической водой. При этом расположение на достаточно большой глубине или даже на дне защищает от воздействия сильных волн. Но пока конструирование водонепроницаемых модулей обходится на 10-20% дороже, чем наземных модульных дата-центров, и говорить о массовом производстве не приходится.

А компания Nautilus Data Technologies проводит испытания плавучего дата-центра, который, по заявлениям компании, будет на 50% энергоэффективнее наземных аналогов. Такая разработка, несомненно, поможет сэкономить водные ресурсы, так как для охлаждения используется вода из водоема, которая после выполнения своей функции возвращается обратно. По мнению специалистов, разница температур при этом настолько мала, что не сможет серьезно повлиять на общую температуру водоема и на жизнь его обитателей.

Но полноценно такой ЦОД может функционировать только в порту. И необходимы будут дополнительные затраты, так как вода должна проходить систему очистки и фильтрации. А если размещать плавучий дата-центр в морском порту, то понадобятся специальные материалы, чтобы избежать коррозии, что также не способствует удешевлению строительства.

Интеллект на страже холода

Кроме всем известного примера Google, системы искусственного интеллекта сегодня используются и другими компаниями. Так, компания Vertiv, бывшая Emerson Network Power, благодаря системе контроля температуры Liebert iCOM-S Vertiv смогла устранить повторное попадание холодного воздуха в систему до выполнения своего прямого назначения по охлаждению оборудования.

В системах водного охлаждения, функция автонастройки позволяет сбалансировать скорость вращения вентилятора, температуру воды и скорости потока. Есть и другие компании, которые применяют системы искусственного интеллекта в дата-центрах в основном для повышения их энергоэффективности. Например, стартап Coolan и < a href="http://www.datacenterknowledge.com/archives/2016/07/06/romonet-wants-its-data-center-software-to-learn-on-its-own/" rel="nofollow">Romonet.

Сегодня компании стараются не только удешевить охлаждение, но и максимально снизить влияние дата-центров на окружающую среду. И иногда выбрать какую-то одну технологию и даже место для строительства дата-центра бывает очень сложно. Правительство Швеции предлагает для размещения ЦОДов специальные парки, которые находятся в пределах Стокгольма, чтобы использовать выработанное дата-центрами тепло для отопления близлежащих домов.

Государство снизило налоги на электричество на 97% (для ЦОДов) и готово покупать выработанное тепло. По другому сценарию дата-парки могут бесплатно предоставлять системы охлаждения своим резидентам. Поэтому, возможно, предложение «cooling-as-a-service» из Швеции устранит головную боль многих компаний и позволит им вообще не задумываться о том, какую технологию охлаждения выбирать.


P.S. Наши другие материалы по теме работы дата-цетров и облачных технологий: