ماژولاهای قدرت و سرمایش پیش ساخته برای مراکز داده

مقدمه :

زمانیکه صاحبان مراکز داده با چالشهای مربوط به استقرار زیرساختهای جدیدِ قدرت و سرمایش (مانند چیلرها، پمپ ها، CRAHها، CRACها، UPS، PDUها، تابلوها و مبدلها و …) برای مرکز داده روبرو می شوند، سوالی که مطرح می شود این است که تبدیل یکی از اتاقهای داخل ساختمان  به مکانی برای تجهیزات جدیدی سرمایش و قدرت بهتر است یا اینکه برای این تجهیزات می باید ساختمان جدیدی ساخته شود؟ البته گزینه دیگری نیز وجود دارد که کم هزینه تر و برای منابع قدرت وسرمایش عملی تر می باشد و آن استفاده از ماژول های تجهیزات پیش ساخته می باشد.

 ماژول های تجهیزات پیش ساخته، سیستمهای زیرساختی پیش مهندسی  شده، پیش مونتاژ شده ، یکپارچه شده و پیش تست شده  برای مرکز داده می باشند که به مکان مرکزداده انتقال داده شده و به صورت استاندارد به مرکز داده اصلی اتصال پیدا می کنند. ویژگی های ماژولهای پیش ساخته در تقابل با راه کارهای سنتی، در نحوه ساخت و گسترش زیرساخت های مرکز داده می باشد.  این ماژول ها یک بار مهندسی شده می باشد و تمامی مراحل مونتاژ، نصب و یکپارچه سازی در کارخانه تولیدکننده انجام می شود. فواید ماژول های تجهیزات پیش ساخته مرکز داده عباتند از صرفه جویه در هزینه، صرفه جویی در زمان، طراحی ساده، بهبود قابلیت اطمینان، بهبود ظرافت، بازده بالاتر و همچنین میزان بالای مسئولیت پذیری فروشنده ماژول می باشد.

اجرای ماژول های تجهیزات پیش ساخته در مقایسه با زیرساخت های  سنتی معادل، از نظر سرعت اجراء تا حدود 60% و از نظر هزینه بیش از  13% صرفه جویی دارد. این میزان صرفه جویی در هزینه حتی می تواند به بیش از 30% برسد اگر که مرکز داده سنتی به منظور تامین افزایش ظرفیت آینده، دارای ساخت بیش از اندازه باشد.

کانتینرهای حمل و نقل سنتی ISO با ابعاد 2.4×12.2 متر، اندزه های مشخصی برای ماژولهای مرکز داده می باشند. با این وجود، ماژولهای پیش ساخته می توانند بر روی صفحات و یا قالب های شکلی مختلفی ساخته شوند.  به این دلیل در این گزارش از اصطلاح ماژولهای تجهیزات پیش ساخته به جای کانیترهای استفاده می شود. همچنین در این گزارش برای کارشناسان مراکز داده برخی اطلاعات مورد نیاز برای منظور تنظیم مورد تجاری برای ماژول های سرمایش و قدرت مرکز داده آمده است.

هزینه های پیش رو برای گزینه های استاندارد و سفارشی

ماژولهای تجهیزات پیش ساخته نسبت به زیرساخت های سنتی معادل، به دلایل مختلف کم هزینه تر و سریعتر میباشد. شکل 1  هزینه ابتدایی این دو روش را با فرض طراحی و چهارچوب اجرایِ یکسان، مقایسه نموده است :

شکل 1:تفاوت هزینه های اولیه بین ماژولهای پیش ساخته و راهکار سنتی

هزینه های مورد استناد در این آنالیز، قیمت های خرده فروشی می باشد که از پروژه های واقعی شرکت های طراحی و ساخت و کارخانه های تولیدی استخراج شده است.  آنالیز بر پایه فرض های زیر انجام شده است :

• ظرفیت 500 کیلوواتی قدرت و سرمایش
• پک چیلر همراه با حالت بهینه ساز
• هزینه نیروی کار بر مبنای هزینه های شهر سنت لوییس آمریکا می باشد.
• آنالیز شامل صرفه جویی های “هسته-پوسته” نمی باشد.
• آنالیز شامل زیرساخت های فضای آزاد نمی باشد (توزیع هوا، واحدهای توزیع برق، رک ها)
• زیرساخت های فیزیکی یکسان برای هر دو روش (ماژولهای پیش ساخته و روش سنتی) به منظور مقایسه منصفانه در نظر گرفته شده است.

 

در این گزارش راهکار سنتی دربردارنده اجزاء زیرساختی فیزیکی یکسان با راهکار ماژولار می باشد و تنها تفاوت آنها در این است که راهکار سنتی به یک ساختمان ساخته می شود  که مهندسی خاص خود و کار درون ساختمان رادر پی دارد. در حالی که در ماژول های نجهیزات پیش ساخته اینگونه نیست.

ماژول های قدرت و سرمایش صرفه جویی قابل توجهی را ارائه می دهند (تفاوت 3.65دلار بر وات با 4.20 دلار بر وات). این صرفه جویی به دلیل رعایت استانداردهایی حین ساخت و نصب زیرساخت های فیزیکی مرکز داده می باشد. استاندردسازی اجزاء باعث کاهش چشمگیر هزینه های تولید، حمل و نقل، و نصب ماژول های سرمایش و قدرت مرکز داده می شود. از طرف دیگر راه کار سنتی بسیار سفارشی می باشد و قسمت زیاد کار در محل نصب، انجام می شود. در حقیقت در مراکز داده سنتی، اجزاء مختلف که معمولا توسط شرکت های متفاوتی تولید می شوند به صورت سفارشی به یک وسیله یکپارچه مهندسی می شوند. با توجه به شکل 1، اگر چه هزینه مواد یا سیستم ماژولهای پیش ساخته بالاتر می باشد، اما صرفه جویی مجموع در هزینه های اولیه بالغ بر 13%است که دلیل این امر صرفه جویی های قابل توجه در هزینه های طراحی و نصب می باشد.

هزینه های نرم افراز/سخت افزار

هزینه های نرم افزار/سخت افزار، دربردارنده هزینه های مربوط به سخت افزارهای زیرساخت فیزیکی سالن های الکتریکی و مکانیکی (مانند تابلوبرق، مبدل های حرارتی، چیلرهای هواخنک، پمپ ها، فیلترها، روشنایی، حفاظت و اطفای حریق و همچنین سیستم کنترل و مدیریت) است. برای ماژول های پیش ساخته در مقایسه با راهکار سنتی، این هزینه ها 40% بیشتر می باشد که دلیل آن هزینه های مواد اضافی (مانند حفاظ های کانتینر) و همچنین هزینه های مونتاژ و یکپارچه سازی نرم افزاری و سخت افزاری و کنترل ها می باشد.

هزینه های طراحی

ماژولهای تجهیزات پیش ساخته ، در بخش تحقیق و توسعه طراحی و تست می شوند. سپس برای ساخت به کارخانه فرستاده می شود. بعد ازساخت، طرح مورد نظر مهر و موم گشته و برای مصرف کننده بارگیری و فرستاده می شود. در روش سنتی، طرف های مختلفی در طراحی و توسعه مرکز داده دخیل می باشند. جلسات متعددی بین پیمانکاران الکتریکی، پیمانکاران مکانیکی، طراحان، مصرف کننده ها و دپارتماهای تجهیزات، دپارتمانهای IT و مدیران انجام می گیرد. نقطه نظرات طراحی مطرح و به بحث گذاشته می شود. سیاستها نقش مهمی را ایفا می کنند و تصمیمات معمولا به صورت سریالی گرفته می شود.

هزینه های طراحی شامل دو نوع هزینه می باشد : شکل و انتخاب تجهیزات، طراحی و مهندسی پلان کلی سایت. برای ماژول های پیش ساخته، شکل و انتخاب تجهیزات قبلا توسط کارخانه انجام شده ست (هزینه های آن در هزینه های سیستم آمده است) و هزینه های طراحی و مهندسی پلان کلی سایت نیز 80% کاهش هزینه در مقایسه با راهکار سنتی دارد. زیرا که طراحی و شکل سایت بسیار ساده تر شده است. در ساختمان مراکز داده سنتی، برای طراحی و شکل سایت 4 زمینه شغلی مهندسی سازه، مهندس عمران، مهندسی برق و مهندسی معماری درگیر می باشند که نزدیک به 5% از هزینه نهایی کل پروژه را شامل می شود.

هزینه های نصب

هزینه های نصب شامل تمامی کارهای مربوط به مونتاژ، یکپارچه سازی و راه اندازی سیستم  می باشد. این کارهای شامل موارد زیر است :

مدیریت سیستم های پروژه : هزینه نظارت پروژه برای ماژول های پیش ساخته تا حدود 60% نسبت به راهکارهای سنتی کمتر می باشد. دلیل این میزان، کاهش پیچیدگی های پروژه و دخیل بودن تنهای یک شرکت برای مدیریت زیرساختهای فیزیکی می باشد.

آماده سازی سایت و مدیریت پروژه سایت : این هزینه در بردارنده مراحلی چون حفر گودالهایی برای لوله کشی و سیم کشی های الکتریکی، ایجاد صفحات بتونی قرارگیری و دیگرهزینه های معمول می باشد. این هزینه ها میباید انجام شود و میزان آن وابستگی چندانی به نوع مرکز داده ندارد و درنتیجه در هر دو راهکار هزینه های یکسان در نظر گرفته شده است.

نصب سیستم های قدرت وسرمایش: نصب سخت افزار شامل مواردی چون بیرون آوردن اجزاء از جعبه های ارسالی، فهرست برداری از این تجهیزات، مونتاژ آنها، ایجاد ارتباط بین اجزای مختلف و در نهایت شروع به کار سیستم می باشد. برای ماژولهای پیش ساخته، بسیاری از این موارد حذف شده است. برای ماژول های پیش ساخته تنها ، قراردادن ماژولها بر روی صفحات سیمانی، سیم کشی ماژولها به تابلو برق های ساختمان، لوله کشی ها مورد نیاز برای سیستم سرمایش و شروع به کار سیستم می باشد.  درنتیجه هزینه های این مرحله برای ماژولهای پیش ساخته، تا حدود 50% کاهش می یابد. علاوه برکاهش هزینه ها، و همچنین سرعت بالای نصب، ماژولهای پیش ساخته صرفه جویی های دیگری نیز دارد. هزینه کارگری که در خط مونتاژ یک کارخانه تولید ماژولهای پیش ساخته کار می کند و مجموعه سیم های از پیش مهندسی شده در ماژول را قرار می دهد، به نسبت با مهندس برق و برقکاری که در یک ساختمان مرکز داده سنتی بر روی یک پروژه مشخص کار می کند، به مقدار چشمگیری کمتر می باشد.

دیگر هزینه صرفه جویی شده (که در تصویر1 به آن اشاره نشده است) مربوط به حمل و نقل تجهیزات می باشد. کاملا مشخص است هزینه حمل ماژولهای پیش ساخته نسبت به تجهیزات جدا از هم سیستم های سنتی، بسیار پایینتر می باشد. علاوه بر این، در حمل یک مجموعه یکپارچه و محکم احتمال آسیب کمتری وجود خواهد داشت.

برنامه ریزی و نصب برنامه های کنترل و مدیریت : در مراکز داده سنتی، نصب و برنامه ریزی نرم افزارهای مدیریت و کنترل هزینه های قابل توجه دارد (0.30 دلار بر وات) و شامل هزینه های یکپارچه سازی رابط سیستم مدیریت با زیرساخت سرمایش و قدرت و همچنین تنظیم کنترل های سیستم برای دست یابی به عملکرد دلخواه (به معنی کنترل دمای کارکرد برای ساعات های حالت بهینه و همچنین مصرف انرژی ) می باشد. برای بسیاری از مراکز داده سفارشی، نصب تمامی برنامه های کنترلی و مدیریتی، هدف نهایی می باشد که در بسیاری موارد بدلیل وجود پیچیدگی های کنترل سیستم بدست نمی آید. برای ماژول های پیش ساخته، اینگونه هزینه ها در ابتدا در کارخانه انجام شده و در نتیجه در محل قراگیری حذف می شود و همچینین کارآیی عملکرد مرکز داده نیز بهبود می یابد.

تحویل موقت : تحویل موقت شامل مستند سازی و قانونی کردن نتایج فرایند طراحی و ساخت مرکز داده می باشد. مراحل راه اندازی از مرکز داده ای به مرکز داده دیگر تغییر می کند اما معمولا مواردی همچون تست حضوری در کارخانه، کنترل کیفیت و تضمین کیفیت، تست عملکرد اولیه، تست سیستم های یکپارچه را شامل می شود. برای ماژول های پیش ساخته، تست حضوری در کارخانه و تضمین کیفیت غیرضروری می باشند زیرا که ماژول های پیش ساخته سیستمهای استاندارد پیش طراحی شده و پیش یکپارچه سازی شده و پیش تست شده می باشند. در نتیجه باعث صرفه جویی 25% در هزینه های می شوند.

یکی دیگر صرفه جویی های مهم در به کارگیری ماژولهای پیش ساخته (اگر چه در شکل 1 نشان داده نشده)، کاهش و حذف هزینه های مربوط به ساخت و ساز ساختمانی زیرساخت های فیزیکی می باشد. در راهکار سنتی علاوه بر وجود هزینه ساخت و ساز(که بالغ بر 1076-1614 دلار بر متر مربع می باشد) مشکل دیگری نیز وجود دارد و آن اینکه انجام ساخت و ساز می تواند برای عملکردهای معمول مرکز داده زیان بار باشد.(تصویر 2 و 3را ببینید)

شکل 2: راهکار سنتی برای گسترش مرکز داده موجود

 

شکل 3: کف کاذب برای راهکار سنتی مرکز داده

با ماژول های تجهیزات پیش ساخته، میزان ساخت و ساز ساختمانی و پیچیدگی های آن بسیار کم می شود. قرارگیری یک ماژول پیش ساخته بر روی صفحه سیمانی توسط جرثقیل در تصویر 4 نشان داده شده است.بعد از قرارگیری ماژول، کابل برق از یک طرف به تابلو برق اصلی و  از طرف دیگر به ماژول های سرمایش  و فضای IT متصل می شود. همچنین لوله های آب خنک نیز به دستگاهای هواساز داخل فضای فاوا متصل می شوند.

در حالتی که ماژول های سرمایش و قدرت به کار گرفته شده و مرکز داده را پشتیبانی خواهند نمود، مسئولیت مدیریت بسیاری از سازه و طراحی های سنتی پیشین، از صاحبان یا مصرف کنندگان مرکز داده به تامین کنندگان راهکارها منتقل می شود. همانطور که در تصویر 5 آمده است.  (یک شرکت طراحی و ساخت می توانند تمامی این وظایف موجود را انجام دهد). سازنده می تواند ماژولهای سرمایش و قدرت مرکز داده را طراحی نموده و بسازد و این طراحی و محصول را برای مشتریان بسیاری تکرار کند. زیرساخت های فیزیکی سرمایش و قدرت مرکز داده تبدیل به قسمتی از  زنجیره تجهیزات تولیدی شده و جای ساخت در محل را بگیرد. این امرتاثیر بسیاری در هزینه های نصب خواهد داشت.

 

شکل 4: نصب ماژولهای پیش مونتاژ شده و پیش مهندسی شده مرکز داده

در راهکار سنتی، صاحبان / مصرف کنندگان  مسئول توسعه طراحی، مونتاژ اجزاء مختلف راهکار، ارتباط و خرید از شرکتهای مختلف و مدیریت و استخدام پیمانکاران برای انجام کار می باشد. اما با تهیه ماژولهای سرمایش و قدرت پیش ساخته از کارخانه، صاحب /مصرف کننده از انجام کارهای زمان بر خودداری می نماید. (نیازی به جستجو و خرید هرگونه تجهیزات کوچک نمی باشد،تعداد برنامهِ تحویلیِ کمی می باید مدیریت شود. با پیمانکاران سازندهِ بسیار کمی باید رابطه داشته باشد.)

برای کمک به بررسی میزان هزینه فایده بین راهکارماژولهای پیش ساخته و راهکار سنتی می توان ار ابزار هزینه فایده اشنایدر الکتریک استفاده نمود :

صرفه جویی های بیشتر با به کارگیری ماژولهای پیش ساخته

آنالیزی که در بالا بیان شده است، متمرکز بر هزینه های کلی است. اما زمانی که هزینه های عملیاتی در نظر گرفته می شود برخی صرفه جویی های دیگری نیز در اثر بکارگیری ماژول ها پیش ساخته حاصل می شود.

هزینه های نگهداری

پتانسیل های زیادی برای کاهش هزینه های نگهداری در اثر استفاده از ماژول های پیش ساخته وجود دارد. با اینکه نگهداری در فضای تنگ تری انجام شود، مصرف کننده با تنها یک قرارداد تمامی نیازهای مرکز داده برای نگهداری تجهیزات را برآورده می کند (به جای قرارداد با چندین پیمانکار نگهداری)، و در نتیجه در هزینه ها صرفه جویی انجام داده است. علاوه براین ،مصرف کننده به جای توضیح دسته بندی های انواع اصطلاحات و شرایط با تولیدکنندگان مختلف، تنها با یک قرار داد نگهداری می تواند از یک یا چند ماژول پیش ساخته پشتیبانی نماید.

در این حالت، یک سازمان جوابگوی عملکرد  مناسب ماژولهای تجهیزات می باشد. این ساده ترین روش برای صاحبان مرکز داده می باشد تا مشخص شود که کدام سازمان مسئول حل مشکلات مرکز داده می باشد. در مراکز داده سنتی، بسیاری از قسمتها (سیتم لوله کشی،سیتمهای الکتریکی، سیستم قدرت، سیستم سرمایش و رک ها ) توسط شرکت ها و سازنده های مختلف پشتیبانی می شوند که در مواقع بروز مشکل، عدم قبول کردن مسئولیت مشکل، مسئله ای رایج می باشد.

صرفه جویی در هزینه ها شامل بروزرسانی نرم افزارهای مدیریتی نیز می باشد. بجای نوشتن کد برای محصولات مختلف و دسته بندی تجهیزات، ماژول های سرمایش و قدرت در مرکز داده می توانند بروزرسانی استانداری از کلیه تجهیزات خود برای مشتریان داشته باشند.

شکل 5: درراهکار سنتی، صاحبان مرکز داده مسئولیت طراحی، بستن قراردادها،مونتاژ و راه اندازی می باشند.

هزینه های انرژی

ماژولهای سرمایش و قدرت پیش ساخته میزان انرژی پایین تری نسبت به سالن های الکتریکی و مکانیکیِ سنتی معادل مصرف می کنند. دلیل این صرفه جویی در انرژی طراحی پیش مهندسی شده این ماژولهای می باشد که باعث یکپارچه سازی مناسب کنترل های سیستم قدرت و سرمایش شده است.

به عنوان نمونه می توان کنترل های سیستم چیلر را درنظر گرفت، برنامه ریزی موردنیاز می باید هماهنگی مناسبب بین چیلرها، برج های خنک کننده، پمپ ها و دریچه ها بر قرار کند که هزینه بالایی در پی دارد. اضافه کردن حالت های بهینه پیچیدگی های را افزایش می دهد. در حقیقت در بسیاری مواد حالت های بهینه مصرف به دیلی ایجاد پیچیدگی های طراحی غیرفعال می شوند  که این موضوع مصرف انرژی را بیشتر خواهد نمود.

جامعه آمریکایی مهندسین گرمایشی ، سرمایش و تهویه مطبوع[1] (ASHRAE) استانداردهایی برای ضریب کارآیی[2](COP)  دستگاه های چیلر تعیین نموده است. COP بالاتر دلالت بر کارآیی بهتر سیستم دارد. اگرچه قطعات منفرد چیلر استانداردهای مناسبی را دارا می باشند اما کلیت دستگاه چیلر معمولا COP پایین دارد. این نشانه ای  از مشکلاتی است که حین یکپارچه سازی کنترل های اجزاء مختلف رخ می دهد. معنی ناکارمدی طراحی یا یکپارچه سازی سفارشی در محل، کاهش ساعات های کار در حالت بهینه و مصرف انرژی بالاتر می باشد.

در ماژولای پیش ساخته PUE قابل پیش بینی می باشد. دلیل این موضوع پیش تست های زیادی که توسط تجهیزات استاندارد انجام شده و کنترل هایی که برای هماهنگی بیشتر بر روی ماؤول نصب می شوند.

پیچیدگی در کنترل ها، پیش بینی فاکتور کارایی توان مصرفی[3] (PUE) در حالت سنتی را مشکل می سازد. ولی در ماژول های تجهیزات، بدلیل اینکه پیش تستِ دقیق توسط دستگاههای استاندارد و همچنین هماهنگی مناسب کنترل ها، PUE بهصورت چشم گیری قابل پیش بینی می باشد . به این مثال دقت کنید. مرکز داده سنتی 1 مگاواتی مستقر در میسوری آمریکا که با50% توان  مصرفی فعال بوده و داردا ویژگی هایی چون توان میانگین 6 کیلو وات در هر رک، کف کاذب، چیلرها، [4]VFD، کنترل آب و حالت های بهینه مصرف می باشد. در این مرکز داده PUE معمولا برابر با 1.75 است. در حالت ماژول پیش ساخته معادل که تست و آنالیز شده است، عدد PUE برابر 1.4 و یا حتی کمتر می شود. این تفاوات در میزان PUE به معنی کاهش 20% در هزینه های الکتریکی می باشد.

مزیت های دیگر ماژول های تجهیزات

علاوه بر مزیت های هزینه ای ماژولهای پیش ساخته، صاحبان مراکز داده دلایلی دیگری نیز برای خرید و استفاده از ماژول ها دارند:

کارآیی پیش بینی پذیر : راهکار ماژول های پیش ساخته به مشتریان اجازهِ تعیین و به سازندگان اجازه انتشار کارآیی مورد انتظار خود بر مبنای اندازه گیری ها واقعی از طراحی را می دهد. این پیش بینی پذیری برای کسب و کارهای که بر روی میزان مصرف انرژی حساس هستند بسیار جذاب است.

قابلیت حمل و نقل : اگر قابلیت حمل مزیت بزرگی باشد، انتخابو استفاده از ماژول های تجهیزات پیش ساخته معقول و مناسب است. برای نمونه مرکز داده ای رادر نظر بگیرید که احتیاج به تجهیزات سرمایش و قدرت دارد، از طرف دیگر مهلت اجاره آنها تا 18 ماه دیگر می باشد. اگر اجاره آنها تمدید نگردد، آنها می توانند درصورت استفاده از ماژول های پیش ساخته، زیرساخت های مرکزداده خود را جا بجا نمایند. اما در صورت عدم استفاده از ماژول ها این زیرساختها قابل جابجایی نخواهد بود.

مزیت های مالی دیگر : از یک نقطه نظر قابل توجه، ماژولهای تجهیزات پیش ساخته به عنوان دستگاه به حساب می آید نه یک ساختمان. در نتیجه از نظر مالیات، بیمه و مزیت های مالی، نسبت به روش سنتی ترجیح دارد. البته باید توجه داشت که قوانین مالیات، سیاست های بیمه ای و قرارداهای اجاره و خرید، از مکانی به مکان دیگر و از محدوده ای به محدوده دیگر تغییر می کند. در نتیجه در ابتدا و قبل از فرض دانستن این مزیت ها، می باید از شرایط آن آگاهی کامل حاصل شود.

مانعی در برابر عدم قطعیت: ماژول های تجهیزات پیش ساخته، یک گزینه مناسب و قابل دوام برای عدم قطعیت زیادِ پیش بینیهایِ رشد احتمالیِ آینده می باشد. انعطاف پذیری در توسعه پذیری به کاهش ریسک کمک بسیاری می کند.

سرعت اجرا : یک مرکز داده سنتی از طرح موضوع تا راه اندازی می تواند 2سال طول بکشد. سرعت اجزا برای یک کسب وکار بسیار حیاتی می باشد. هزینه زمان برای سازمان هایی که “زمان تحویل رقابتی” ( شرکت هایی که در معرفی محصول جدید به بازار، می خواهند اول باشند) در آنها بسیار مهم است، اهمیت پیدا می کند. درمقایسه با مرکز داده سنتی، ماژولهای تجهیزات پیش ساخته می تواند در کمتر از یک سال به اجرا در آید. (شکل 6 را مشاهده کنید.)

آموزش ساده : از آنجا که ماژول های تجهیزات با رابط سطح-سیستم استاندارد شده است، آموزش به کارگیری آنها برای کارمندان بسیار ساده شده است. همچنین این سادگی باعث کاهش ریسک عملکرد مرکز داده، حین جابجایی کارمندان نیز خواهد شد.

شکل 6: مقایسه تخمین جدول زمانی اجرا در دو راهکار سنتی و ماژولار

مشکلات ماژول های تجهیزات پیش ساخته

همانگونه که بیان شد ماژول های تجهیزات پیش ساخته مزایای چون انعطاف پذیری، زمان کم استقرار و اجرا و همچنین مزیت های مالی نسبت به روش های سنتی دارد. اما آیا ماژول های پیش ساخنته راهکاری برای همه مراکز داده می باشد؟ در زیر چند چالشی که با استفاده از مرکز داده های پیش ساخته با آن مواجه می شویم آمده است.

فاصله بین ماژول های تجهیزات پیش ساخته و مرکز داده داخلی: در مواردی که ماژول های سرمایش و قدرت بیرونی، مرکز داده داخلی را پشتیبانی می کنند، فاصله مکانی آنها مهم می شود. زمانی که مرکز داده داخلی درست در کنار دیواره محوطه بیرونی قرار دارد هزینه های اتصال مرکز داده به ماژول های تجهیزات پیش ساخته، کمینه می شود. با این وجود اگر مرکز داده در مرکز ساختمان قرار گرفته باشد هزینه های سیم کشی و لوله کشی (اتصال از بین چندین دیوار، سقف و کف سالن) می تواند افزایش یابد.

ریسک های فیزیکی : ماژولهای تجهیزات پیش ساخته می تواند در معرض برخی عوامل بیرونی نظیر آب و هوای نامطلوب، خراب کاری، ترافیک وسایل نقلیه (اگر در داخل محوطه پارکینگ قرار گرفته باشد)، هجوم حیوانات و حشرات قرار بگیرد. می باید قبل از انتخاب استقرار ماژول های تجهیزات پیش ساخته، ریسک های این گونه مکان ها در نظر گرفته شوند.

تنظیمات برای تامین برق و ارتباطات شبکه : زمانیکه ماژول های تجهیزات پیش ساخته نصب می شود، تنظیمات برای توزیع توان اضافی (تابلو برق های اضافی) و اتصالات فیبر می باید ایجاد شود.

فاکتور شکلی محدود : ماژول های تجهیزات پیش ساخته تکه های بزرگ ظرفیت قدرت وسرمایش می باشند، اگرچه قابل جابجایی هستنند ولی تغییرمکان آنها توام برخی چالش ها می باشد. این بلوک ها برای گذاردن بر روی سقف بسیار سنگین می باشند. ابعاد 12.2 متر در 2.4 متری یک کانتینر معمولی حمل ونقل به این معنی می باشد که صاحبان مرکز داده که در حال توسعه کار خود هستند با محدودیتهای طول، عرض و ارتفاع مواجه می باشند مگر اینکه آنها فضای باز کافی برای اضافه کردن ماژولهای پیش ساخته اضافی را داشته باشند.

قابلیت سرویس : کارکنانی که در مراکز داده سنتی کار می کنند، به دسترسی پشت و جلوی تجهیزات، در یک محیط داخلی محافظت شده عادت کرده اند. برخی از ماژولهای پیش ساخته سرمایش و قدرت، دارای درب هایی هستند که کارکنان سرویس تنها به پشت تجهیزات می توانند دسترسی داشته باشند. زمانی که این درها باز می شود زیرساخت های فیزیکی در معرض گرما، رطوبت، گرد و غبار،سرما و دیگر عوامل محیطی مضر قرارمی گیرند که نکته مثبتی نمی باشد.

ارگونومی انسانی: ماژولهای پیش ساخته برای کاربردهای از راه دور طراحی شده اند و نسبت به راهکارهای سنتی مرکز داده قابلیت هماهنگی انسانی کمتری دارند. فضای داخلی بسیار محدود می باشد (به عنوان نمونه برای کارکنان نگهداری ) و جریان هوا به سمت تجهیزات بوده و برای راحتی کارکنان نیست.

انطباق کد محلی : از آنجا که ماژول های پیش ساخته  ارائه دهنده فناوری های جدید می باشند، شهرداری های محلی هنوز دستورالعمل هایی برای محدودیت ماژولها وضع نکرده اند. ممکن است ناهماهنگی هایی در مورد نحوه طبقه بندی ماژولهای سرمایش و قدرت در بین شهرداری های مختلف وجود داشته باشد. این کدهای محلی بر میزان سطح تاییدیه های AHJ اثرگذار می باشد.

حمل ونقل :  اداره امنیت حمل ونقل آمریکا تصریح میکند که محدودیت 3.5 متر در عرض و ارتفاع برای بارهای کامیون و قطار که از پیچ ها، زیر پل ها و تونل وجود دارد. در بیرون از آمریکا اندازه محدودیت می تواند کمتر بوده و موانع زیادتری برای حرکت کانتینرها وجود داشته باشد.  بارهای غیر استاندارد برای حمل و نقل نیاز به اجازه ویژه و در برخی مواقع اسکورت دارند که باعث افزایش هزینه های حمل آنها می شود.

جدول1 تفاوت های بین ماژول های تجهیزات پیش ساخته و مراکز داده ستنی ساخته شده در محل را خلاصه نموده است. ( باید ذکر شود که خانه های رنگی نشان دهنده عملکرد مناسب برای هر فاکتور برای 2 روش گفته شده می باشد.)

جدول 1: خلاصه ای از مقایسه بین دو راه کار سنتی و ماژولار

فاکتور	مرکز داده سنتی	ماژول پیش ساخته
زمان اجراء	12 تا 24 ماه بازه زمانی معمول	درمدت 8 ماهو یا کمتر می تواند طراحی، تحویل، نصب و راه اندازی شود.
هزینه اجراء	هزینه نهایی بالا در مونتاژ، نصب و یکپارچه سازی	ساخت مرکز داده با بلوک های پیش ساخته سرمایش و قدرت با ظرفیت چندین kW
موانع قانونی	در مراحل مختلف تاییدهای قانونی برای زیرساخت ها به صورت موقت صادر می شود.	صاحبان مراکز داده که تصمیم به نصب ماژولهای پیش ساخته میگیرند درابتدا باید با  مسئولان محلی چک کنند.  فرآیند گرفت اجازه می تواند با تغییر مکان جغرافیایی بسیار تغییر کند.
حفاظت	تجهیزات در داخل ساختمان  قرار داشته و حفاظت فیزیکی آنها مناسب بالا می باشد.	جایگاه تجهیزات در محوطه بیرونی بوده که باعث کاهش حفاظت فیزیکی آن و افزایش خطرات آب و هوایی می شود.
نصب	از نظر زیرساخت فیزیکی، اضافه کردن تجهیزات به مرکز داده قبلی، گاها پیچیده تر از ساخت یک مرکز داده جدید می باشد. اجزاء زیرساخت می بایست جدگانه نصب و راه اندازی شده و سپس به مجموعه وصل شوند.	تجهیزات خاصی برای نصب ماژولهای پیش ساخته 20 تا 40فوتی لازم است. اتصال تجهیزات الکتریکی و لوله های ساختمانی می باید ترتیب داده شوند. راه اندازی به عنوان یک واحد یکپارچه انجام می شود.
پیامدهای مالیاتی	به عنوان یک ساختار دائمی مرکز داده حساب می شود.	به عنوان یک ساختار موقت محاسبه شده که از نظر مالیاتی مزیت است.به گزارش 115 اشنایدر الکتریک رجوع شود (مزیت های حسابداری و مالیاتی زیرساخت های ماژولار و متحرک مرکز داده)
قابلیت اطمینان	در راهکار سنتی، اجزای مختلفی که توسط شرکتهای مختلف ساخته شده است در محل مونتاژ می شوند.  این موضوع نیاز به هماهنگی های زیاد را افزایش داده و همچنین احتمال بروز خطای انسانی را نیز بیشتر می کند.	دارای عملکرد با قابلیت پیش بینی بالایی می باشد زیرا که قطعات قبلا بهم متصل شده و در کارخانه تست شده اند. ماژولهای کوچکتر احتمال اشتباه انسانی را نیز کاهش می دهند. اگر ماژول به مشکل برخورد کل مرکز داده از کار نمی افتد.
کارآیی	ساختار موجود در مراکز داده سنتی، دستیابی به بازده مصرف انرژی مناسب، که با توزیع بهنیه در سیستمهای سرمایش و قدرت حاصل خواهد شد را محدود میکند. کنترل های پیچیده سفارشی معمولا باعث دوره شدن کاهش بازده سیستم های سرمایش و قدرت می شود.	ماژولهای تجهیزات پیش ساخت می توانند ازاجزای داخلی ماژولهای استاندارد استفاده نموده  و به هدف PUE مشخص برسند.
تاثیرات کربنی	مواد موردنیاز برای ساخت و ساز میزان بالایی از تولید کربن را دارند. تولید آجرها، عایق ها و بتون همگی مواد با انتشار شدید کربن همراه است. بتن معمولا برای کف ها، دیوارهای و سقف ها استفاده می شود	فولاد و آلومنیوم معمولا نصف بتن تولید انتشارات کربنی می کنند. بتن تنها برای صفحه زیرین کاربرد دارد. بتن مورد نیاز در تجهیزات پیش ساخته بسیار کمتر از
تعمیرپذیری	در مراکز داده سنتی اتاق ها و سالن های بیشتری برای انجام کار در اختیار کارکنان بخش سرویس قرار میگیرد. تمامی کاراهای سرویس به دور از آب و هوای نامناسب می باشند.	به دلیل محدودیت فضایی سرویس به شدت محدود می باشد. در برخی موارد دسترسی به تجهبزات تنها بازکردن در از خارج ایجاد مشود که باعث ورود عوامل مضر بیرونی نیز میگردد (سرما، گرما، رطوبت)

 

انواع ماژول های تجهیزات پیش ساخته

اشنایدر الکتریکی ماژولهای پیش ساخته مراکز داده را بر مبنای سه ویژگی تقسیم نموده است که این تقسیم بندی قسمت عمده ای از ماژول ها را در بر می گیرد. این سه ویژگی عبارت است از  :

• بلوک های عملکردی
• فاکتور شکلی
• پیکره بندی

بلوک های عملکردی : کاربردهای مرکز داده می تواند به 3 قسمت مجزا تقسیم بندی شود. بخش قدرت، بخش سرمایش و فضای IT . ماژول های پیش ساخته در برخی مواقع کارکردهای چندگانه ای را تامین میکند(میکرو مرکزداده)، اما معمولا هر بلوک یک عملکرد را برای مرکز داده دارد.

فاکتور ظاهری : این ویژگی مربوط به ساختار، اندازه و شکل می باشد. ظاهر یک راهکار مشخص، بر روی قابلیت جابجایی آن، جایگاه و مکان قرارگیری (اینکه در محوطه بیرونی یا داخلی باشد) تاثیر می گذارد. 3 ظاهر معمول ماژول های مرکز داده پیش ساخته عبایتست از  : کانتینرهای ISO، محفظه ای و نصب شده بر روی صفحه

پیکره بندی : چندین روش برای استفاده از بلوک های کاربردی در مراکز داده وجود دارد . این راهکارها در زیر بیان شده است :

• نیمه پیش ساخته : مرکز داده ای ترکیبی از بلوک های عملکردی پیش ساخته و سیستم های سنتی ساختمانی می باشد.
• کامل پیش ساخته : مرکز داده به صورت کامل از ماژول های سرمایش، قدرت و IT پیش ساخته تشکیل شده است.
• همه در یکی : مرکز داده از یک محفظه تنها که متشکل از سیستم قدرت، سرمایش و فضای IT است تشکیل شده است.

برای اطلاعات بیشتر از ماژول های تجهیزات پیش ساخته، گزارش 165 ” انواع مراکز داده ماژولار پیش ساخته” را مطالعه کنید.

کاربردهای ماژول های تجهیزات مرکز داده :

در ادامه برخی از کاربردهای ماژول تجهیزات پیش ساخته آمده است :

مراکز داده هم مکانی به دنبال راه های سریعر و ارزانتر به منظور هماهنگی هرچه بیشتر تجهیزات خود برای توان کامپیوتری و سیستمهای پشتیبانی کاربران خود می باشند- با تغییر شرایط بازار، نوسانهایی نیز در میزان سرویس مورد نیاز آنها بوجود می آید، ماژول های تجهیزات پیش ساخته راهکارهای مقرون به صرفه ای برای افزایش و کاهش توان مرکز داده (در حد kW) در این شرایط می باشد.

مراکز داده ای که ظرفیت توان و قدرت آنها یا فضای فیزیکی آنها به اتمام ریسده باشد- با استفاده از ماژول های  تجهیزات پیش ساختهT ظرفیت سرمایش و قدرت به سرعت افزایش می یابد و در نتیجه سرویس های بیشتری به رک های موجود اضافه گشته و باعث افزایش ظرفیت در هر رک می شود.

تجهیزات جدید با سرعت عملیاتی بالا – هزینه زمان برای شرکت هایی که دارای زمان رقابتی تحویل (شرکت هایی که در معرفی محصول جدید به بازار، می خواهند اول باشند) بالایی دارند، بسیار با اهمیت است.

کاربران مراکز داده ای که اجاره ای هستند- اگر کسب و کاری دارای مکان اجاره ای می باشد، صاحبان تمایل به صرف هزینه زیادی برای ساخت مجموعه های ثابت و سنتی که شاید زمانی مجبور به ترک آن باشند، ندارند. اگه اجاره، تمدید نشود ماژولهای تجهیزات را می توان انتقال داد.

صاحبان مراکزداده که زیرساخت های موجود با PUE پایین را تحمل می کنند.- بهبود امکانات حاضر با توجه به محدودیت های مکانهای فیزیکی، می تواند تنها از طریق اطراف و حاشیه های ساختمان اصلی باشد. اضافه کردن ماژول های پیش ساخته می­تواند یک گزینه برای حل مشکلات  مربوط به مراکز داده کم بازده مورد استفاده، باشد.

سازمانی که دارای فضای خالی است- به عنوان نمونه، یک فضای انبار خالی، می تواند جایگاه مناسبی برای ماژول های پیش ساخته باشد. آنها می توانند عاملی برای بهره برداری از فضای خالی باشند بدون آنکه هزینه های ساخت مکان جدید با استفاده از ساخت و ساز های سنتی در کار باشد.

نتیجه  

ظهور ماژول های سرمایش و قدرت پیش ساخته، جایگزینی را برای راهکرهای سنتی طراحی و ساخت مراکز داده  ارائه داده است. واقعیت های امروزی اقتصادی اجازه تحمل هزینه های سنگین ساخت و سازها را برای گسترش مراکز داده سنتی نمی دهد. در دسترس بودن ماژول های تجهیزات پیش ساخته و پیش مهندسی شده  و پیش تست شده باعث شده تا استفاده از آنها به سازه های سنتی مراکز داده ترجیح داده شود. نتایج این تغییرات، کاهش هزینه ها و افزایش سرعت تحویل محصول می باشد.

ماژول های تجهیزات پیش ساخته در مراکز داده، برای کاربردهای زیر استفاده می شود :

• مرکز داده ای که به دنبال ایجاد راه های ارزانتر و سریع تر برای سیستمهای قدرت و پشتیبانی خود می باشد.
• سازمانی با فضای خالی (مانند انبارها) که می تواند از این مزیت برای اجرای سریع مرکز داده جدید خود استفاده کند بدون آنکه هزینه اضافی برای ساخت و ساز بپردازد.
• امکان استفاده مراکز داده موجود که با محدودیت هایی در میزان فضا و همچنین ظرفیت های سرمایش و قدرت مواجه می باشد.

ماژولهای تجهیزات پیش ساخته می توانند سرمایش و قدرت سالن های IT مراکز داده که با کمبود ظرفیت مواجه هستند، تامین کنند. همچینین آنها می توانند برای سرمایش و تامین قدرت ماژوله ای پیش ساخته IT نیز به کار روند. با انتقال از سازه های سنتی مرکز داده به ماژولهای پیش ساخته رایانش لبه ای نیزگسترده تر می شود. رایانش ابری نیز با توجه به استقرار و اجرای سریع ماژول های پیش ساخته، مدل کسب وکار خود را شتاب بیشتری می دهند.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

[1] American Society of Heating, Refrigerating and Air-conditioning Engineers

[2] Coefficient of Performance

[3] Power Usage Effectiveness

[4] variable frequency drives