راهبردهای اجرای سرور خشابی (Blade Server) در مرکزدادهٔ موجود [1]

مقدمه

سرورهای خشابی (Blade Server) نسبت به سرورهای سنتی مزایای بسیاری دارند. سرور خشابی که به آن سرور تیغه‌ای نیز می‌گویند، کم‌مصرف‌تر است ولی توان پردازش بیشتری دارد. از سویی فضای کمتری اشغال می‌کند و می‌توان تیغه‌ها (Blades) را با تراکم بسیار بیشتری یکپارچه کرد. این ویژگی باعث می‌شود مصرف برق و تولید گرمای رک‌ها، ۲۰ برابر طراحی مراکزدادهٔ معمول سنتی باشد. چنین وضعیتی بر سیستم برق و سرمایش موجود سنگینی می‌کند. برای اجرای کارآمد سرورهای خشابی، یا باید زیرساخت برق و سرمایش تقویت شود یا مصرف سرورهای خشابی در رک‌ها پخش گردد. [مطالعهٔ بیشتر]

راهبردهای گوناگونی برای اجرای سرورهای خشابی وجود دارد. در این مقاله برای تعیین راهبرد مناسب در بخش برق و سرمایش، دستورالعمل‌هایی ارائه می‌شود که بتوان بر اساس نیاز و متناسب با محدودیت‌های هنگام راه‌اندازی رفتار کرد. 

چالش اصلی

چالش اصلی برای نصب سرورهای خشابی در مراکزدادهٔ موجود، توزیع برق و سرمایش است. مراکزداده اغلب ظرفیت برق و سرمایش بی‌استفاده دارند؛ ولی زیرساختی لازم است تا آن ظرفیت بی‌استفاده را به ناحیهٔ پرتراکمی هدایت کند که آن را ندارد. متاسفانه بسیاری از بهره‌برداران تا زمان شروع‌به‌کار تاسیسات متوجه چنین مشکلی نمی‌شوند. زیرا در حقیقت هیچ مرکزداده‌ای ابزار و مستندات لازم را ندارد تا بدان وسیله بتواند از قابلیت تامین ظرفیت در هر ناحیهٔ مشخص از تاسیسات مطلع شود. در این مقاله خلاصه‌ای از دلایل فنی چنین مشکلاتی را بیان می‌کنیم:

• جریان هوای ناکافی: به‌ازای هر کیلووات ظرفیت برقِ سرورهای خشابی، می‌باید تقریبا ۵۶٫۶ لیتر بر ثانیه هوای سرد فراهم باشد. بیشتر مراکزدادهٔ سنتی برای هر جایگاه رک فقط ۹۴ تا ۱۴۲ لیتر بر ثانیه هوا تامین می‌کنند. این یک‌دهم مقدار هوایی است که هر رک پرشده از سرور خشابی نیاز دارد و میانگین توان رک را زیر ۲ کیلووات نگه می‌دارد. سرور خشابی اگر هوای سرد کافی دریافت نکند، هوای گرم خروجی خودش را دوباره به درون می‌کشد و دچار حرارت بیش از حد می‌شود [مطالعهٔ بیشتر]. تاکنون این مشکل در اجرای سرورهای خشابی بزرگ‌ترین چالش بوده است.
• توزیع ناکافی برق: مصرف برق سرورهای خشابی، بسیار بیشتر از ظرفیت طراحی سیستم‌های توزیع برقِ مرکزدادهٔ معمول است. این مشکل در سه شکل نمود پیدا می‌کند و مانع از تامین برق پرظرفیت می‌شود:
  1. تعداد ناکافی یا نوع نادرست کابل‌های برق در زیر کف یا در سقف
  2. ظرفیت ناکافی واحدهای توزیع برق (PDU) هر ناحیه
  3. مکان‌های ناکافی برای کلیدهای قطع مدار

باید توجه داشت که مشکل اصلی در کار هوارسانی برای سرمایش، همین دو مسئلهٔ مهم هستند. به همین دلیل نیز ما در این مقاله بیشتر به موضوع انتخاب معماری سرمایش می‌پردازیم. معماری برق از معماری سرمایش پیروی می‌کند و به برند سرور خشابی بستگی دارد.

پنج روش متفاوت اجرای سرورهای خشابی

برای فراهم‌کردن سرمایش سرورهای خشابی، پنج رویکرد اصلی وجود دارد. پس از انتخاب یکی از رویکردها می‌توان آن را با محصولات و شیوه‌های گوناگون اجرا کرد. مقالهٔ «راهبردهای سرمایشی برای رک‌های با ظرفیت بسیار زیاد و انبوه سرورهای ‌خشابی» [2] به‌تفصیل این رویکردها را توضیح داده است. خلاصهٔ آن را در جدول شمارهٔ ۱ مشاهده می‌کنید.

جدول ۱: مقایسهٔ پنج رویکرد برای سرمایش رک‌های پرظرفیت

روش	مزایا	معایب	مناسب برای…
۱ـ سرمایش گسترده: پخش‌کردن تجهیزات پرظرفیت میان رک‌ها، برای پایین نگه داشتن مقدار اوج مصرف	ـ در هر جایی کار می‌کند ـ به برنامه‌ریزی نیاز ندارد ـ در اصل در بسیاری موارد رایگان است	ـ تجهیزات پرظرفیت باید از روش سرمایش تعدیلی نیز بیشتر پخش شوند ـ سطح بیشتری از کف را اشغال می‌کند ـ ممکن است در کابل‌کشی مشکل رخ دهد	ـ مراکزدادهٔ موجود؛ هنگامی که تجهیزات پرظرفیت بخش کوچکی از مصرف کلی را به‌خود اختصاص داده‌اند
۲ـ سرمایش تعدیلی: تامین ظرفیت سرمایش متوسط در سالن، به‌اشتراک‌گذاشتن ظرفیت بی‌استفاده مطابق مقررات مشخص	ـ به تجهیزات جدید نیاز ندارد ـ اصولا در بسیاری از موارد رایگان است	ـ محدود به تقریبا دو برابر توان مصرفی پیش‌بینی‌شده در طراحی ـ سطح بیشتری از کف اشغال می‌کند ـ باید مقررات پیچیده‌ای اجرا شود	ـ مراکزدادهٔ موجود؛ هنگامی که تجهیزات پرظرفیت بخش کوچکی از مصرف کلی را به‌خود اختصاص داده‌اند
۳ـ سرمایش تکمیلی: تامین ظرفیت سرمایش متوسط در سالن، وجود تجهیزات سرمایش تکمیلی	ـ دسترسی به ظرفیت مطلوب در هر زمان و هر مکانی که لازم باشد ـ هزینهٔ سرمایه‌ای به تعویق می‌افتد ـ بهره‌وری مطلوب ـ استفادهٔ بهینه از سطح کف	ـ محدود به تقریبا ۱۰ کیلووات در هر رک ـ رک‌ها و سالن باید از پیش، مناسب این روش طراحی بشوند	ـ ساختمان‌های جدید یا برای ساختمان بازسازی‌شده ـ محیط‌های با کاربری ترکیبی ـ هنگامی که تجهیزات پرظرفیت از پیش جانمایی نشده باشند
۴ـ ناحیه‌های اختصاصی پرظرفیت: ایجاد بخش‌های ویژهٔ پرظرفیت	ـ حداکثر ظرفیت ـ استفادهٔ بهینه از سطح کف ـ نیازی به پخش‌کردن تجهیزات پرظرفیت در میان رک‌ها نیست ـ بهره‌وری مطلوب	ـ باید از پیش برای بخش پرظرفیت برنامه‌ریزی شود، یا فضای کافی اختصاص یابد ـ تجهیزات پرظرفیت باید جدا شوند	ـ بازهٔ ظرفیت ۱۰ تا ۲۵ کیلووات در رک ـ وقتی در کنار هم قرار دادن تجهیزات پرظرفیت ضرورت داشته باشد ـ ساختمان‌های جدید، یا برای ساختمان‌های بازسازی‌شده
۵ـ سرمایش سالنی: فراهم‌کردن سرمایش پرظرفیت برای همهٔ رک‌های سالن	ـ قابلیت توسعه به سناریوهای آتی	ـ هزینهٔ عملیاتی و سرمایه‌ای بسیار زیاد است و تا ۴ برابر روش‌های دیگر می‌رسد ـ ممکن است زیرساخت‌های گران‌قیمت بسیاری بی‌استفاده بماند	ـ موارد نادر و بحرانی در تاسیسات بزرگی که تجهیزات پرظرفیت در فضای بسیار محدود قرار دارند

برای اجرای سرورهای خشابی در مرکزداده می‌باید یکی از این رویکردها را انتخاب کنید. اینکه کدام رویکرد باید انتخاب بشود، به محدودیت‌های نصب فعلی تجهیزات و همچنین نیازها و اولویت‌های کاربر بستگی دارد.

فرایند اجرای سرور خشابی

فرایند آماده‌سازی محیط فیزیکی برای پشتیبانی از اجرای سرورهای خشابی شامل موارد زیر است:

• شناسایی محدودیت‌ها در تاسیسات موجود
• شناسایی نیازها و اولویت‌های کاربر
• مشخص‌کردن روش مناسب در طراحی برق و سرمایش
• طراحی و سپس اجرای طرح

شکل ۱: نقشهٔ فرایند برای تعیین روش مناسبِ اجرای سرورهای خشابی در مرکزدادهٔ موجود

شکل ۱ نقشهٔ فرایند (Process Map) ـ[3] این کار است که گام‌های اجرایی و دادهٔ به‌دست‌آمده از هر گام را به‌شکل نمودار نمایش داده است. این فرایند در بخش اول دارای دو چرخهٔ اصلی است. محدودیت‌ها و نیازها و اولویت‌های کاربر در این چرخه‌ها، با بهره‌گیری از روندی تعیین می‌شود که می‌تواند در هر تکرار بهبود یابد. وجود این چرخه‌ها برای تنظیمات مناسب و سبک‌سنگین کردن‌های لازم ضروری هستند. معمولا پس از بازبینیِ وضعیت و سبک‌سنگین کردن‌ها، محدودیت‌ها و اولویت‌های اولیه تغییر می‌کنند. با دانستن پی‌آمدها و دستاوردهای بهره‌گیری از سرورهای پرظرفیت، بهتر می‌توان ضرورت و علاقه به استفاده از این تجهیزات را درک کرد. این شناخت از چرخهٔ دوم نقشهٔ فرایند به دست می‌آید.

نمونهٔ رایج دیگر هنگامی است که پس از ارزیابی نصب‌های فعلی، مشکلاتی شناسایی می‌شوند که به‌آسانی قابل اصلاح هستند و توانایی مرکزداده را در مدیریت نیاز برق و سرمایش سرورهای خشابی افزایش می‌دهند. این تنظیمات در چرخهٔ اول نقشهٔ فرایند رخ می‌دهد.

فرایندهای گوناگون را که در انتخاب روش طراحی موثر هستند، در ادامه به‌تفصیل بررسی خواهیم کرد.

شناسایی محدودیت‌ها در تاسیسات موجود

بسیاری از محدودیت‌های فیزیکی را در مراکزدادهٔ موجود نمی‌توان تغییر داد. این محدودیت‌ها عبارت‌اند از:

• کمبود ظرفیت برق: ممکن است ظرفیت اضافی کافی در UPS مرکزداده موجود نباشد تا با آن بتوان نیاز برق سرورهای خشابی پیشنهاد شده را فراهم کرد.
• کمبود ظرفیت سرمایش: ممکن است ظرفیت اضافی کافی در سرمایش موضعی مرکزداده موجود نباشد تا با آن بتوان نیاز سرمایش سرورهای خشابی پیشنهاد شده را فراهم کرد. این محدودیت دربارهٔ ظرفیت ظاهری دستگاه‌های تهویهٔ مطبوعی است که درون سالن رایانش هستند، نه سیستم هوارسانی.
• کمبود سطح کف: ممکن است مساحت کلی کف طبقهٔ مرکزداده یا فضایی که برای نصب سرورهای خشابی در دسترس است محدود باشد. شدید بودن این کمبود روش‌های خاصی را به طراحی تحمیل می‌کند.
• نداشتن پلنوم سقفی: سالن مرکزداده ممکن است پلنوم سقفی را برای مسیر بازگشت هوا نداشته باشد. اگر ارتفاع سالن کم باشد، ایجاد پلنوم عملی نخواهد بود. با این محدودیت به‌ناچار بعضی از گزینه‌های طراحی کنار می‌رود.
• کمبودهای کف کاذب: اگر ارتفاع کف کاذب کمتر از ۶۱ سانتی‌متر باشد یا کابل و لوله قسمتی از آن را تنگ کرده باشد، قابلیت هوارسانی در آن محدود می‌شود. در این وضعیت به‌کار گرفتن بعضی از گزینه‌های طراحی ممکن نخواهد بود.
• کم‌بودن تحمل وزن: میزان تحمل وزن کف مرکزداده به‌ویژه اگر کف کاذب باشد، ممکن است کافی نباشد. این نیز موجب حذف برخی از گزینه‌های طراحی می‌شود.

محدودیت‌ها در مراکزدادهٔ موجود معمولا مستندشده و روشن نیستند؛ ازاین‌رو ضروری است وضعیت مرکزداده از پیش ارزیابی شود.

ارزیابی‌کردن شرایط موجود

ارزیابی‌کردن وضعیت فعلی مرکزداده، در اجرای سرورهای خشابی ضرورت دارد. برای اجرای یک رک از سرورهای خشابی یا کمتر از آن، ارزیابیِ سطحی ممکن است کافی باشد. ولی برای بیشتر از این تعداد، عمق و جزئیات ارزیابی بسیار افزایش می‌یابد.

شکل ۲: مدل دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) سه‌بعدی از مرکزداده، بیانگر جریان هوا و دما (از خدمات حرفه‌ای اشنایدر الکتریک)

دادهٔ گوناگونی از ظرفیت سیستم برق و سرمایش در هنگام ارزیابی گردآوری می‌شود که ظرفیت نامی و از آن مهم‌تر ظرفیت واقعی اجراشده از آن جمله‌اند. همچنین باید وضعیت فعلی مصرف ارزیابی شود تا بزرگی و توزیع فیزیکی مصارف معلوم گردد. بررسی سیستم‌های توزیع برق و سرمایش در این میان بیشترین اهمیت را دارد. زیرا می‌باید پیشاپیش توانایی تامین برق و سرمایش را برای مصارف پرظرفیت ارزیابی کرد.

اگر اجرا بسیار پیچیده باشد، بهتر است مرکزداده را با استفاده از مدل‌های کامپیوتری شبیه‌سازی نمود. چنین کاری هم برای روشن‌کردن وضعیت کنونی و هم برای سنجش اعتبار طراحی پیشنهادی و گرفتن تایید آن بهتر است. شکل ۲ نمونهٔ دادهٔ چنین مدلی را نمایش می‌دهد.

به بهره‌برداران توصیه می‌شود دانش مقدماتی دربارهٔ ارزیابی مرکزداده داشته باشند. ولی بهتر است برای اجرای نصب‌های پیچیده و پرهزینه یا در هنگامی که ریسک کار زیاد است، برای انجام این ارزیابی‌ها از کمک کارشناسان استفاده کنند. اشنایدر الکتریک و سازندگان دیگر به مراکزداده از این نوع خدمات ارزیابی تخصصی ارائه می‌دهند.

شناسایی مشکلات و بهبود آن‌ها، پایهٔ سلامتی مرکزداده

وضعیت موجود مرکزداده معمولا کاستی‌هایی دارد که باید شناسایی بشوند و پیش از هر کاری اصلاح گردند؛ زیرا بر داده‌ای که مبنای اجرای سرورهای خشابی هستند اثر می‌گذارند. این کاستی‌ها موارد زیر هستند:

• استفاده‌نکردن از پنل‌های کاذب
• نشت هوا از کف کاذب یا سیستم تامین هوای رفت
• پیکربندی نامناسب بازگشت هوا
• پیکربندی نامناسب تایل‌های تهویهٔ کف
• کابل‌های بی‌استفاده در زیر کف که می‌توان آن‌ها را جمع‌آوری کرد
• تنظیمات نادرستِ بازهٔ کارکرد در سیستم سرمایش

توضیح دقیق‌تر این مشکلات در دو مقالهٔ «ده راهکار برای پشتیبانی از اجرای سرور پرظرفیت» [4] و «اشتباه‌های قابل پیش‌گیری که تداوم کار سرمایش مرکزداده را به‌خطر می‌اندازند» [5] بیان شده است.

شناسایی نیازها و اولویت‌های کاربر

افزون بر کمبودهای فیزیکی و ساختاری که از تاسیسات تحمیل می‌شود، مشتریان نیز اغلب سلیقه و محدودیت‌ها یا اولویت‌های خودشان را تحمیل می‌کنند. بعضی از این محدودیت‌ها الزامی هستند؛ ولی از بعضی دیگر اگر گران دربیایند می‌توان چشم‌پوشی کرد. این نیازها و اولویت‌ها بعضی از گزینه‌های اجرای سرورهای خشابی را حذف می‌کنند و گزینه‌های دیگری را جایگزین می‌سازند. در ادامه این مسئله را بررسی می‌کنیم:

• تداوم کارکرد تاسیسات: شاید مهم‌ترین نیاز این باشد که نصب سرورها با کارکرد مرکزداده هرچه کمتر تداخل داشته باشد و تجهیزات فاوایی که مشغول‌به‌کار هستند با کمترین ریسک مواجه شوند. برای نمونه امکان دارد حتی اندکی توقف در برنامهٔ زمانی نیز امکان‌پذیر نباشد.
• ضرورت حفظ پایایی مطلوب (Availability) در سیستم: نیاز مهم دیگر ممکن است این باشد که سیستم باید بیشترین پایایی را داشته باشد. برای این کار به افزونگی در برق و سرمایش نیاز است و سیستم باید برای اطمینان از افزونگی آزموده (Test) شود.
• هم‌مکانی سرورها؛ سرورهای پُرچگال (Densely Packed): ممکن است تمایل شدید یا ضرورتی وجود داشته باشد که تیغه‌های سرور در بیشترین ظرفیت ممکن متراکم باشند. دلایل چنین درخواستی عبارت‌اند از:
  • نمونه و نمایشی‌بودن سیستم
  • درخواست برای صرفه‌جویی در سطح اشغال سالن
  • اجبار مقررات یا الزامات قانونی برای نگهداری همهٔ سرورها در مکانی کوچک
  • آسان‌کردن کابل‌کشی شبکه
  • تمایل به دسته‌بندی منطقی تجهیزات فاوا؛ یعنی هم‌مکان‌بودن همهٔ سرورهای شبکه
  • جدا بودن مالکیت هر ناحیه از مرکزداده
  • ساده‌سازی ادارهٔ تجهیزات؛ مثلا برای هنگام به‌روزرسانی
  • داشتن این باور که معمولا نیز اشتباه است: اینکه چنین کاری باعث صرفه‌جویی در هزینه می‌شود

توجه داشته باشید که متراکم‌سازی با تمام ظرفیت، ممکن است بسیار گران دربیاید. همچنین ممکن است برای اجرای آن نیاز باشد در مرکزدادهٔ فعلی، ساخت‌وساز و تغییرات مداخله‌گرانه انجام شود. اکیدا توصیه می‌شود گزینه‌های گسترده‌سازی را پیش از پرداختن به هر پیشنهادی دربارهٔ سرورهای خشابیِ متراکم و پرظرفیت در نظر بگیرید.

• برای اجراهای بعدی آماده باشید: ممکن است اجرایی که در دست دارید، اولین اجرای سرور خشابی در مرکزدادهٔ شما باشد؛ در این صورت می‌باید پایه‌ای برای اجراهای آینده فراهم کنید. اجرای فعلی نباید از اجراهای آینده جلوگیری کند یا با آن‌ها تداخل داشته باشد.
• زمان: ممکن است ضروری باشد که اجرای سرورهای خشابی به‌سرعت انجام شود. در این صورت برنامه‌ریزی، قرارداد، ساخت‌وساز، همگی مسائل نامطلوب و زمان‌بر خواهند بود.
• هزینه: اولویت اصلی ممکن است اجرای سرور با کمترین هزینه باشد. این اولویت مسیر روشنی را ارائه می‌دهد.

انتخاب روش اجرا

هنگامی که محدودیت‌ها در تاسیسات موجود به‌خوبی درک شد و سبک‌سنگین کردن‌ها دربارهٔ نیازها و اولویت‌های کاربر انجام شد، از میان پنج روش اصلی اجرا می‌توان یکی را انتخاب کرد. روش اجرا بر اساس مشکلات سرمایشی انتخاب می‌شود؛ زیرا این مشکلات در بیشتر مواقع سیستم‌های اجرایی را به‌دشواری دچار می‌کنند. مشکلات مربوط به برق، پس از تعیین روش اجرا برطرف می‌گردد.

آن متغیر اصلی که بر روش اجرا موثر است، ظرفیت اجرا است. بسیاری از مشتریان تصور می‌کنند یا چنین ترجیح می‌دهند که سرورهای خشابی با بیشترین ظرفیت اجرا بشوند. این فرض برای هنگامی که بخواهیم تیغه‌ها را در فضای موجود جا بدهیم، همیشه مناسب نیست. در واقع بیشتر سرورهای خشابی از ساختار شاسی ماژولار بهره می‌برند و می‌توان آن‌ها را با کمتر از ظرفیت حداکثری‌شان اجرا کرد. برای نمونه می‌توان در هر رک تا ۶ شاسی IBM BladeCenter™ را جداگانه نصب کرد. به نظر می‌رسد که مزایا با گسترده‌ساختن سرورهای خشابی کاهش می‌یابد. اما به‌ویژه در هنگامی که باید تیغه‌ها در فضای موجود نصب بشوند، ممکن است از این طریق هزینه و پایایی (Availability) سیستم و سرعت اجرا بهبود یابد.

بسیاری از تاسیسات موجود برای توان مصرفی ۲ کیلووات در رک یا کمتر طراحی شده‌اند. هنگامی که سرورهای خشابی در چنین محیطی با توان ۱۰ تا ۳۰ کیلووات در رک اجرا شوند، رک‌های با سرورهای خشابی از زیرساخت برق و سرمایش به‌شکل نامتناسب بهره‌گیری می‌کنند. بدین ترتیب تمام ظرفیت برق و سرمایش مصرف می‌شود و فضای استفاده‌نشده در مرکزداده باقی می‌ماند [دربارهٔ متناسب‌بودن ظرفیت برق و سرمایش با فضا، ظرفیت بی‌فایده]. به همین دلیل در بیشتر مراکزدادهٔ موجود، از اجرای سرورهای خشابی هیچ صرفه‌جویی در فضا به‌دست نمی‌آید. بر همین اساس است که گستردن سرورهای خشابی در مراکزدادهٔ موجود، کار عملی‌تر و مقرون‌به‌صرفه‌تری است. اجرای سرورهای خشابی با ظرفیت کامل، معمولا تنها در تاسیسات جدیدی مقرون‌به‌صرفه است که ویژهٔ پشتیبانی از ظرفیت زیاد طراحی شده باشند و در ابعاد بزرگ اجرا بشوند یا به‌شدت دچار محدودیت فضا باشند.

بدین ترتیب تصمیم‌گیری اصلی در اجرای سرورهای خشابی دراین‌باره است که شاسی‌ها چگونه در میان رک‌ها تقسیم شوند؛ یعنی در هر رک چند شاسی از سرورهای خشابی نصب شود. برند و مدل واقعی سرورهای خشابی ممکن است قابلیت پخش‌کردن تیغه‌ها را با دشواری مواجه سازد. برای نمونه بعضی از سرورهای خشابی از شاسی مستقل بهره می‌برند و می‌توان به‌آسانی کار گسترده‌سازی آن‌ها را انجام داد؛ ولی برخی دیگر از سیستم بک‌پلن (Backplane) ـ[6] استفاده می‌کنند که قابلیت توسعهٔ سرورها را به تعداد مشخصی محدود می‌کند. برای بررسی جامع‌تر این مسائل، به نکات کاربردی هریک از برندهای سرورهای خشابی مراجعه کنید. جدول شمارهٔ ۲ مزایا و مشکلات هریک از ۵ روش اصلی اجرا را در هنگام نصب ظرفیت‌های مختلف از شاسی‌های خشابی بیان می‌کند.

جدول ۲: معیارهای اجرای سرورهای خشابی برای ترکیب‌های مختلف از ظرفیت شاسی: روش اجرا، ترکیب برتر

در جدول ۲ می‌بینیم که از ترکیب ۶ «سطح توسعهٔ ظرفیت» و ۵ «روش اجرا»، ۳۰ حالت به‌وجود می‌آید. از این حالت‌ها تقریبا ۱۱ مورد برتری دارند (بخش‌های سبز). ۶ حالت دیگر نیز عملی هستند (بخش‌های بنفش) که با هم ۱۷ مورد می‌شوند. برای انتخاب بهترین گزینه می‌باید موارد بسیاری از جمله اولویت‌های کاربر، محدودیت‌ها اجرایی، همچنین دادهٔ شرایط موجود را در این ۱۷ ترکیب اجرا در نظر گرفت. این کار به تحلیل‌ها و قوانین پیچیده نیاز دارد که می‌توان در قالب الگوریتم نرم‌افزاری اجرا کرد. شرح این کار موضوع مقالهٔ حاضر نیست.

شرکت اشنایدر الکتریک هنگام توسعهٔ ابزار برای این تحلیل‌ها، با موارد مهم زیر مواجه شده است:

• اگر رک‌های با سرور خشابی، بیشتر از ۲۵ درصد از کل فضای رک‌های سالن باشند، ممکن است بازسازی کل سیستم برق و سرمایش آن سالن ضرورت پیدا کند. به‌عبارت دیگر برای اجرای به این بزرگی باید سالن جدید ساخت؛ مگر آنکه بتوان کل تاسیسات را مدتی خاموش و متوقف کرد.
• در مراکزدادهٔ موجود که برای اجرای ۱ تا ۵ رک سرور خشابی برنامه‌ریزی شده‌اند، گسترده‌سازی تیغه‌ها در ۲۵ تا ۵۰ درصد از ظرفیت‌شان، یعنی کمتر از ۳ شاسی در هر رک جذاب‌تر است. با این روش سرورهای خشابی کمتر بر عملیات موجود مرکزداده اثر می‌گذارند. از سوی دیگر هزینهٔ اجرا نیز کاهش می‌یابد. هزینهٔ دستیابی به ظرفیت عالی برای اغلب مراکزداده، آشکارا بیشتر از هزینهٔ تامین فضا برای چند رک اضافه‌تر است.
• مرکزدادهٔ معمول اگر ظرفیت خوبی از برق و سرمایش داشته باشد، بهره‌گرفتن از سرمایش مکمل امکان می‌دهد افزایش ظرفیت اجرا با هزینهٔ کم و نتیجهٔ قابل پیش‌بینی فراهم شود.

روش‌های نامناسب

روش‌ها و اقداماتی هستند که اشکال دارند؛ با این حال بهره‌برداران مرکزداده پیوسته از آن‌ها استفاده می‌کنند. سودمندی این روش‌ها ناچیز است و معمولا به‌کاربردن آن‌ها وضعیت بدتری به‌وجود می‌آورد.

• کاهش‌دادن دمای هوا: کاستن از دمای کارکردِ هوا در دستگاه‌های تهویهٔ مطبوع، از آسان‌ترین و بدترین کارهایی است که بهره‌برداران مرکزداده برای رفع مشکل نقاط داغ (Hot Spot) انجام می‌دهند. با این کار ظرفیت دستگاه‌های تهویهٔ مطبوع کاهش می‌یابد، مصرف آب دستگاه‌های رطوبت‌ساز بسیار زیاد می‌شود، همچنین بهره‌وری عملیات مرکزداده به‌شدت کاهش می‌یابد [مطالعهٔ بیشتر]. نتیجه زیاد شدن رقم قبض برق است. این کار با این‌همه اشکال، هیچ مشکلی را نیز حل نمی‌کند؛ زیرا مسئله ناشی از جریان هوا است و به دما ربطی ندارد.
• تایل‌های مشبک (Grate Tile): کار به‌ظاهر منطقی دیگر، جایگزین‌کردن تایل‌های‌ تهویهٔ کف کاذب رایج با تایل‌هایی است که مقاومت کمتری در برابر عبور هوا دارند؛ یعنی تایل مشبک. چنین تایل‌هایی معمولا برخلاف نوع رایج که سوراخ‌دار هستند، به شبکهٔ توری شبیه‌اند. این رویکرد در رک ایزوله ممکن است مفید باشد ولی عوارض جانبی سختی دارد؛ به‌ویژه اگر به‌تعداد زیاد استفاده شود. وجود این تایل‌ها در مرکزدادهٔ معمول، جریان هوای دیگر نواحی را کاهش می‌دهد. اما از آن مهم‌تر این است که در جریان هوای بین تایل‌ها، تغییرات زیاد و غیرقابل پیش‌بینی ایجاد می‌کند. این موضوع در مقالهٔ «راهبردهای سرمایشی برای رک‌های با ظرفیت بسیار زیاد و انبوه سرورهای ‌خشابی» [7] به‌تفصیل بررسی شده است.
• فن‌های روی سقف رک: سینی فن (Fan Tray) برای رک‌های با طراحی مناسب هیچ فایده‌ای ندارد؛ ولی بازهم رایج است که آن‌ها را بالای رک نصب می‌کنند. مشکل حرارتِ بیش از حد سرورها، نه از هوای گرم داخل رک بلکه از دمای هوای ورودی سرورها در جلوی رک است. فن‌های سقفی خودشان حرارت تولید می‌کنند و حتی ممکن است باعث بشوند ظرفیت سرمایش مرکزداده‌ای که طراحی مناسبی نیز دارد کاهش یابد. بسیاری از مشتریانی که حتی کارکرد این فن‌ها را هم نمی‌دانند، سینی‌های فن را بر اساس مشخصات سنتی و قدیمی سفارش می‌دهند. نوعی از فن نیز وجود دارد که برای افزودن در رک مناسب است. مقالهٔ «ده راهکار سرمایش برای پشتیبانی اجرای سرورهای پرظرفیت» [8] در این درباره به‌تفصیل توضیح داده است.
• رک‌های ایزوله‌شده: گاهی رک را از ردیف‌های یک ناحیه طوری جدا می‌کنند که چهار طرف آن باز بماند. این کار در تلاش برای کاهش ظرفیت یک ناحیه و ارتباط‌دادن چند تایل تهویه با رک مشخص انجام می‌شود. در این روش، هوای گرم تهویه‌شده آزادانه در اطراف رک گردش می‌کند و به ورودی سرورها بازمی‌گردد که همان مشکل بازگشت هوای تهویه‌شده باشد. [9] به‌طور کلی این روش مفیدی نیست. به‌جای آن بهتر است از چیدمان دالان گرم و سرد استفاده شود و رک‌های بدون بار مصرفی که با پنل‌های کاذب پوشیده شده‌اند، در بین رک‌های با سرور خشابی قرار گیرند تا عملکرد افزایش یابد. افزون بر این می‌توان از دالان سرد عریض‌تر، دستگاه‌های سرمایش مکمل، همچنین از دالان گرم بسته استفاده کرد. [مطالعهٔ بیشتر دربارهٔ روش‌های سرمایش]

نتیجه‌گیری

اجرای سرورهای خشابی (سرور تیغه‌ای) به‌میزان زیادی توانایی پردازش را بهبود می‌بخشد؛ ولی امکان دارد بر سیستم برق و سرمایش مرکزدادهٔ موجود سنگینی کند. روش‌های بسیاری برای فراهم‌کردن برق و سرمایش سرورهای خشابی وجود دارد. بهترین روش برای هر نصب مشخص، بستگی به محدودیت‌های طراحی موجود و نیازها و اولویت‌های بهره‌بردار مرکزداده دارد.

در این مقاله مسائل و گزینه‌های مربوط به نصب سرورهای خشابی را بررسی کردیم. همچنین فرایندی برای انتخاب روش اجرا بر اساس نیازها و محدودیت‌ها معرفی نمودیم.

محدودیت سرمایش سرورهای خشابی پرظرفیت را بیشتر بهره‌برداران درک نمی‌کنند. اگر به گزینه‌ها و مزایای هریک توجه کنیم، در بسیاری از تاسیسات موجود، اجراهایی جذاب‌تر می‌شوند که برمبنای گسترده‌سازی سرورهای خشابی هستند. زیرا در زمان و هزینه صرفه‌جویی می‌شود و کمتر با عملیات جاری مرکزداده تداخل پیدا می‌کند.

پانویس

[1] این مطلب بخشی از کتاب «آئین‌نامهٔ مهندسی مرکزداده» و ترجمهٔ فارسی مقالهٔ زیر است:

APC White Paper 125: “Strategies for Deploying Blade Servers in Existing Data Centers” (Revision 2)

نویسنده نیل راسموسن (Neil Rasmussen) [آشنایی با نویسنده و مطالعه‌ی مقالات فارسی او]، مترجم نازلی مجیدی، بازنویسی و ویراستاری پرهام غدیری‌پور، به‌کوشش دکتر بابک نیکفام، تهیه‌شده در باشگاه مراکزداده

[2] APC White Paper 46: Cooling Strategies for Ultra High Density Racks and Blade Servers

[3]  نقشهٔ فرایند (Process Map): ابزاری برای برنامه‌ریزی که گردش کار را به‌شکل تصویری نمایش می‌دهد.

[4] White paper 42: Ten Cooling Solutions to Support High Density Server Deployment

[5] White paper 49: Avoidable Mistakes that Compromise Cooling Performance in Data Centers and Network Rooms

[6] Backplane: بیانگر یکی از روش‌های اتصال تیغه‌های سرورهای خشابی که به ماردبرد سیستم‌های رومیزی شباهت دارد.

[7] APC White Paper 46: Cooling Strategies for Ultra-High Density Racks and Blade Servers

[8] White paper 42: Ten Cooling Solutions to Support High Density Server Deployment

[9] Exhaust air recirculation