مرکزداده مقالات

پیاده سازی رکهای پرظرفیت در مرکزداده کم ظرفیت

اجرای رکهای پرظرفیت در مرکزداده کم ظرفیت
اجرای رکهای پرظرفیت در مرکزداده کم ظرفیت

مقدمه

تجهیزات پر ظرفیت مانند سرورهای بلید، سرورهای 1U، و سرورهای چند هسته ای گران قیمت و پیچیده، تجهیزاتی هستند که قدرت ریانش در وات (computing-per-watt) بالاتری در قیاس با نسل قبلی سرورها دارند. اگرچه، زمانی که این تجهیزات با یکدیگر تلفیق می شوند، به منابع برق و سرمایش متمرکزتری نیاز دارند. اپراتورهای مرکزداده و مدیران اجرایی IT  معمولا از ظرفیت موجود مرکزداده نامطمئن بوده و در تصمیم گیری آن که آیا یک مرکز داده ی دیگری می بایست جهت پشتیبانی رک های پر ظرفیت ساخته شود، تردید دارند. یک راه کار ساده ای وجود دارد که اجرای سریع رک های پرظرفیت در یک مرکزداده ی سنتی کم ظرفیت را امکان پذیر می سازد.

شکل 1: مفهوم اصلی از منطقه ی پرظرفیت
شکل 1: مفهوم اصلی از منطقه ی پرظرفیت

همان طور که شکل 1 نشان داده شده، یک منطقه ی پرظرفیت به مدیران مرکز داده این امکان را می دهد تا تنها با صرف بخشی از هزینه های ساخت یک مرکزداده ی جدید، از یک محیط مرکز داده با ظرفیت ترکیبی پشتیبانی کند.

در این مقاله، یک pod پرظرفیت به عنوان یک یا چند ردیف از رک ها تعریف شده که شامل تجهیزات پرظرفیتی بوده که تمامی شان با معماری سرمایش دالانی ترکیب شده و به عنوان یک واحد عمل می کنند. یک منطقه ی پرظرفیت داخل یک مرکز داده ی کم ظرفیت قرار داده می شود. باید توجه داشت که یک منطقه ی پرظرفیت با مرکز داده ی پرظرفیت تفاوت داشته، از آنجا که یک مرکز داده در اکثر موارد تنها به پشتیبانی از رک های پرظرفیت می پردازد. محور اصلی این مقاله، مدیریت گسترش و عملیات در یک مرکز داده ی پرظرفیت نیست.

مقایسه ی منطقه پرظرفیت با استراتژی توزیع بار

اگرچه تجهیزات امروزی IT با ظرفیت مصرف برق بالایی عمل می کنند که به معنی مصرف مقدار زیادی از برق توسط هر یک از سرورهاست، ولی این امر به این معنی نیست که این دستگاه ها همواره باید در حالت پرظرفیت و به طور گروهی در یک رک به کار گرفته شوند. در واقع، یکی از سیاست های متداول آنست که با نصب تعداد کمتری دستگاه در هر رک، سرورهای پرظرفیت توزیع داده شوند. در صورتی که تجهیزات با این روش توزیع یافته شوند، ظرفیت متوسط توان مرکز داده احتمالا در همان محدوده ی در نظر گرفته شده در زمان طراحی آن، باقی خواهد ماند. به این ترتیب، از بروز بسیاری از مشکلات فنی جلوگیری خواهد شد.

با این حال، سیاست توزیع به دلایلی عملی نیست:

  • اشغال فضای اضافی در کف طبقه که می تواند دشوار و یا حتی غیرممکن باشد.

  • مدیران اجرایی باید درک کنند که تا نیمه به کار گرفتن رک ها، نوعی اصراف می باشد.

  • افزایش هزینه های کابل کشی (به دلیل های فاصله های طولانی تر)

  • افزایش هزینه و سخت تر شدن فرایند تعمیر و نگهداری- کابل کشی، نصب و اجرا ممکن است با بقیه ی تجهیزات به شکلی غیراستاندارد تداخل پیدا کرده و در سرتاسر اتاق پراکنده شود.

  • کاهش بهره وری در مصرف برق در مرکز داده، به دلیل طولاتی‌تر و غیر هدفمند بودن مسیر جریان هوای سیستم خنک کننده. هرچه مسیر جریان هوا در یک سیستم نامنظم طولانی تر شود، احتمال تداخل هوای سرد و گرم نیز افزایش می یابد. این امر نتیجه در کاهش درجه حرارت هوای برگشتی به دستگاه تهویه مطبوع داشته که به معنی کاهش بهره وری سیستم سرمایش در کاهش حرارت و سرمایش می باشد. برای اطلاعات بیشتر در رابطه با هدایت و جریان هوای بسته، به گزارش “دالان گرم بسته در برابر دالان سرد بسته برای مراکز داده”[2] مراجعه شود.

به این دلایل، اپراتورهای مرکز داده باید به جای آن که با توزیع بار، ظرفیت توان کل اتاق را در نظر گیرند، تجهیزات IT را در POD با ظرفیت کاملشان به کار گیرند. با تکنولوژی های جدید در برق و سرمایش، در اثر متمرکز ساختن تجهیزات پرظرفیت در یک منطقه، بهره وری چشمگیری حاصل شده است.

در این مقاله فرض بر آن گذاشته شده است که رک های IT پرظرفیت در یک مرکزداده ی کم ظرفیت به کار گرفته می شوند. به عنوان تکنیکی در پیاده سازی این منطقه های پر ظرفیت، طراحی سرمایش دالانی به عنوان راه‌کاری ساده برای پاسخگویی به مشکلات توان و سرمایش پرظرفیت در مراکز داده ی موجود و جدید پیشنهاد می شود. برای دریافت اطلاعات مرتبط با گزینه های پیشنهادی در استقرار تجهیزات پرظرفیت شامل گزینه ی گسترده سازی تجهیزات IT، به گزارش “سیاست های سرمایش برای رک ها و سرورهای بلید با ظرفیت فوق العاده بالا”[3] مراجعه شود.

در طراحی سنتی مراکزداده از یک کف کاذب برای توزیع سرمایش به تجهیزات کم ظرفیت IT استفاده شده و جریان هوا باز مانده و محدود نشده است. (به شکل 2a مراجعه شود.) اگرچه، زمانی که تجهیزات پرظرفیت به طور تصادفی در سراسر یک مرکزداده ی کم ظرفیت نصب می شوند، ثبات در سرمایش، از دست رفته و نقاط پر حرارتی ایجاد می شوند.( به شکل 2b مراجعه شود.)
شکل 2a (مرکز داده کم ظرفیت) و 2b (نقاط پر حرارت پر ظرفیت)

شکل 2a (مرکز داده کم ظرفیت) و 2b (نقاط پر حرارت پر ظرفیت)
شکل 2a (مرکز داده کم ظرفیت) و 2b (نقاط پر حرارت پر ظرفیت)

مراحل ساختِ مراکزداده ای که برای رک های کم ظرفیت(معمولا رک 1-3kW) طراحی شده اند، به طور قابل ملاحظه ای باهم تفاوت دارند. ارتفاع سقف، عمق کف کاذب، هندسه ی اتاق، توزیع توان و  انسداد زیر کف کاذب همگی کاملا متفاوت هستند. علاوه بر آن، مدیران IT نیز در زمینه ی تعریف یک رک پرظرفیت نظرات متفاوتی دارند. در این مقاله، یک رک پرظرفیت با توان 6 kW و یا بیشتر تعریف می شود. فارغ از اعداد به کار رفته در این تعریف، مشکلات زیر در امر پیاده سازی تجهیزات می بایست مورد توجه قرار گیرند:

  • تاخیر در پیاده سازی سرورها- عدم اطمینان در آن که کدام رک می تواند یک سرور به تازگی آماده شده را خنک کند، بر تاخیرهای قبلی ایجاد شده در اثر ارزیابی سیستم های سرمایش می افزاید.
  • از کار افتادگی های برنامه ریزی نشده ی دستگاه ها- در اثر اضافه بار در مدارهای توزیع برق مصرفی و یا خاموشی تجهیزات IT به خاطر حرارت
  • سرمایش غیرقابل پیش بینی در سرتاسر مرکز داده- نمی توان به طور قطع دانست که آیا پس از هر بار تغییر، جابجایی و یا افزودن یک سرور پرظرفیت، این سرورها به خوبی خنک می شوند و یا خیر. (به گزارش “یکنواختی جریان هوا در کاشی های سوراخ شده در کف کاذب مرکز داده”[4] رجوع شود.)
  • عدم افزونگی در سرمایش- همان طور که به تعداد رک های پرظرفیت اضافه می شود، واحدهای تهویه مطبوع که زمانی دارای مقداری افزونگی بودند، اکنون می بایست جریان های هوای متمرکز را تهویه کنند. برخی از زیرسیستم ها برای دستگاه های مصرف کننده ی برق، پر هزینه و یا غیرعملی به شمار می روند. (به طور مثال PDU ها به دلیل تعداد خروجی های اتصال و یا تابلوی برق)

خوشبختانه راه کاری وجود داشته که این مشکلات را حل کرده و در ادامه مورد بررسی قرار خواهد گرفت. قرار دادن رک های پرظرفیت در یک ناحیه ی ایزوله و استاندارد و مستقل از مرکز داده، به یک راه کار کم هزینه و بادوام در مواجهه با چالش های مطرح شده می انجامد. این منطقه ی پرظرفیت بر ماهیت غیرقابل پیش بینی سرمایش کف کاذب تکیه نکرده و به تحلیل پیچیده ی دینامیک سیالات محاسباتی (CFD)[5] پیش از نصب نیاز ندارد.

شکل 3 بیانگر سه روش اجرایی POD پرظرفیت از میان تمام روش هایی است که می توانند از سیستم های سرمایش، UPS و توزیع برق مستقل پشتیبانی کنند. این راه کار بی دردسر، نقاط پر حرارتی را که در شکل 2b نشان داده شد را با جابجایی تجهیزات پرظرفیت به داخل منطقه ای که شامل واحدهای اختصاصی معماری سرمایش دالانی بوده، به راحتی برطرف کرده است.  حرارت ایجاد شده توسط تجهیزات پرظرفیت IT در این منطقه، بدون هیچ اثر منفی بر سیسم سرمایش موجود در مرکز داده و یا رک های کم ظرفیت IT اطراف، به خارج از ساختمان هدایت می شود. در واقع، منطقه به منزله ی مرکز داده ی پرظرفیتی برای خودش در دل یک مرکز داده ی کم ظرفیت بزرگتر، عمل می کند. این منطقه ی مستقل هیچ تاثیر حرارتی نداشته و حتی امکان دارد مانند یک شبکه توزیع سرما برای بقیه ی فضای اتاق عمل کند.

 

منطقه ی مستقل و ایزوله ی پرظرفیت
شکل 3: منطقه ی مستقل و ایزوله ی پرظرفیت

سنجش بصری دما چیست؟

اساس کار مناطق ایزوله‌ی پرظرفیت  چنین است که با ایزوله کردن سرور، گرما جذب شده و به عنوان هوای ورودی به داخل دستگاه تهویه مطبوع هدایت می شود که در آنجا هوا پیش از آنکه مجددا در جلوی سرور آزاد شود، خنک می شود. کمترین منفعتِ ایزوله کردن هر دو جریان هوای گرم و سرد اینست که POD پرظرفیت، تاثیر حرارتی که رک های پرظرفیت IT بر مراکز داده ی سنتی کم ظرفیت دارند، را بی اثر می سازد. به زبان ساده تر، POD از نظر حرارتی در سیستم سرمایش مرکز داده کاملا بی اثر می باشد. با این وجود، احتمالا با ترکیب منطقه پرظرفیت و کم ظرفیت با روش های دالان بسته و راهروی گرم، معماری سرمایش با افزودن بر ظرفیت، بر خنک کاری بقیه ی فضای اتاق اثر مثبت بگذارد.

هر چند که این مقاله بر محور سرمایش منطقه پرظرفیت متمرکز شده، ولی همچنان می توان برق یک منطقه را با کمک توزیع برق و یک UPS اختصاصی تامین کرد. این امر در شرایطی که UPS یک مرکز داده با تمام ظرفیت خود عمل کرده و یا در حال از رده خارج شدن باشد و یا پایداری برق بالاتری برای بخشی از تجهیزات مد نظر باشد، بسیار مطلوب است.

سیستم نشان داده شده در شکل 4 یک گروه از رک های پرظرفیت IT را با یک سیستم سرمایش دالانی پرظرفیت و یک UPS و سیستم توزیع برق پرظرفیت را در یک منطقه ی پیش تولید و آزمایشی یکپارچه می سازد.

نمای روبرو از یک منطقه پرظرفیت ماژولار و استاندارد با چند رک
شکل 4: نمای روبرو از یک منطقه پرظرفیت ماژولار و استاندارد با چند رک (سیستم باز)

طراحی سرمایش دالانی/ردیفی

یک طراحی سرمایش دالانی ایجاد یک POD  مستقل از مکان و پرظرفیت را امکان پذیر می سازد. سرمایش ردیفی یک روش در جریان بخشیدن به هوا بوده که تعدادی دستگاه  تهویه مطبوع را به یک ردیف مشخص از رک ها اختصاص داده می شود. این روش با روش سرمایش کامل اتاق که در آن دستگاه ها به سرمایش تمامی فضای اتاق اختصاص داده می شوند، تضادی آشکار دارد.

دستگاه های تهویه مطبوع دالانی می توانند بالای رک های IT، در کنار رک ها و یا در داخل کابین/رک نصب شوند. یک مثال از تهویه مطبوع دالانی در شکل 5 مشاهده می شود.

واحدهای سرمایش دالانی

در مقایسه با روش های سنتی سرمایش کل اتاق، مسیر جریان هوای تهویه شده در این روش، کوتاه تر و قابل پیش بینی تر است. علاوه برآن، از تمام ظرفیت اسمی دستگاه تهویه مطبوع استفاده شده و ظرفیت توان بالاتری حاصل می شود. همچنین ظرفیت قابل استفاده در سیستم سرمایش محیط (هوای کل اتاق) به طور همزمان افزایش یافته و حتی در برخی موارد، افزونگی سرمایشی آن برای طرح اصلی برای مواقعی که به طور مثال، بار IT از این سیستم برداشته شده و بر منطقه ی دیگری قرار داده شود، ذخیره می شود. اگرچه این مطلب در موضوع بحث این مقاله نمی گنجد ولی سرمایش دالانی، برای سرمایش تمام فضای اتاق های داده ی کم ظرفیت کوچک (دارای 1 تا 3 ردیف رک) نیز یک روش کارا به شمار می رود.

 

در حالی که بیشتر کارکنان فاوا و تاسیسات مفهوم اصلی منطقه ی پرظرفیت را درک می کنند، هنوز چگونگی باقی ماندن یک منطقه به عنوان مستقل از مکان با وجود جابجایی های مداوم، افزوده شدن تجهیزات و تغییرات اعمال شده یک سوال است. با توجه به تجربیات قبلی آن ها در مورد تغییرپذیری و ماهیت نسبتا پیچیده ی سرمایش کف کاذب، تردید و بدبینی کارکنان نسبت به قابلیت پیش بینی طولانی مدتِ این PODهای پرظرفیت قابل درک است. با وجودی که کف های کاذب و منطقه های پرظرفیت هر دو از قوانینِ یکسانِ دینامیک سیالات و ترمودینامیک پیروی می کنند، ولی استانداردسازی، خاصیتی است که آن دو را از هم متمایز می کند.

چنانچه کف های کاذب نیز قابلیت استاندارد شدن داشته و همگی شان در عمق، ابعاد، قطعات زیرین، الگوی جریان هوای درونی، مکان های CRAC و خروج هوا از درزهای کاشی ها یکسان بودند، با کمک ابزارهای نرم افزار طراحی و برنامه ریزی، مدل سازی واقعی آن آسان تر شده و در نتیجه، رفتار و عملکردشان قابل پیش بینی می بود.  در صورت امکان پذیر بودن این استاندارد سازی، مدیران IT می توانستند اثر سرمایشی اضافه کردن یک شاسی بلید blade به یک رک مشخص را پیش بینی کرده و بر اساس آن تصمیمات منطقی تری بگیرند. اگرچه ویژگی های این کف های کاذب مطابق ماهیت خودشان تنظیم شده و از یک استاندارد مشخص تبعیت نمی کنند. علاوه بر آن، تغییرپذیری این ویژگی ها، مدلسازی واقعی با دینامیک سیالات محاسباتی را در یک مرکز داده ی معمولی تقریبا غیر ممکن می سازد.

بر خلاف کف های کاذب، در منطقه های پرظرفیت، از ابعاد استاندارد برای عرض دالان های سرد/گرم، ارتفاع رک و فاصله ی مسیر جریان هوا تا رک استفاده می شود. طراحی سرمایش دالانی فاقد تغییرپذیری مطرح شده در کف های کاذب می باشد. این ابزارهای استانداردسازی فرایند طراحی منطقه های قابل پیش بینی پرظرفیت را تسهیل می سازند.  این ابزارهای طراحی منجر به اطمینان از توانایی جذب و تخلیه ی مقدار گرمای مورد انتظار در هوای تخلیه شده، می شوند. برای دریافت اطلاعات بیشتر در زمینه ی طراحی سرمایش دالانی و مقایسه  با سرمایش کامل اتاق، به گزارش “فواید طراحی سرمایش دالانی و  معماری سرمایش رک های بسته برای مراکز داده”[6] رجوع شود.

حرارت تخلیه شده ی سرور می تواند از سه راه به داخل دستگاه تهویه مطبوع بازگردانده شود: دالان باز، دالان گرم بسته و رک بسته. (به شکل 5 مراجعه شود.) تمامی این روش ها مفهوم طراحی سرمایش دالانی را ارتقا داده و گسترش می دهد. (یعنی دستگاه تهویه مطبوع فقط چند دسی‌متر از فضای بین رک ها را اشغال می کند.)

منطقه پرظرفیت بسته
شکل 5: روش های منطقه پرظرفیت بسته

1- راهرو باز:

POD های باز بر جانمایی های استاندارد و عرض های تنظیمات دالان های گرم و سرد تکیه داشته تا از قاطی شدن جریان هوای سرد وگرم جلوگیری کند. به همین دلیل، منطقه های باز بر رک های متعددی در یک ردیف بستگی داشته و در روش سرمایش تک به تک رک های IT موثر نمی باشند. دالان های هوای سرد و گرم که از ردیف هایی از رک (و در برخی موارد دیوارها) ایجاد می شوند، همان طور که در شکل6 نشان داده شده، جریان هوای سرد و گرم را ایزوله می‌کنند.

هرچه رک تجهیزات IT به دستگاه تهویه مطبوع دالانی نزدیک تر باشد، مقدار بیشتری از هوای تخلیه شده ی آن گرفته و خنک می شود. هرچه فاصله ی بین رک IT و دستگاه تهویه مطبوع دالانی در یک سیستم باز افزایش بیابد، هوای تخلیه شده ی بیشتری با هوای داخل مرکز داده ترکیب می شود که این امر مطلوب نیست.

چه زمانی از این روش استفاده کنیم:

  • زمانی که رک های IT که برای منطقه در نظر گرفته شده اند به دفعات زیاد جابجا شده و دوباره جایگذاری می شوند.
  • زمانی که از رک های IT خریده شده از فروشندگان مختلف و متنوعی استفاده می شود.

مصالحه مهندسی! :

  • جهت تخلیه ی هوای گرم از تمام رک های IT، به دستگاه های تهویه مطبوع دالانی بیشتری با ظرفیت کمتر نیاز است.

 

منطقه پرظرفیت باز
شکل 6: منطقه پرظرفیت باز

2- دالان های گرم بسته:

منطقه های دالان گرم بسته درست شبیه منطقه های باز بوده و تنها تفاوتشان در اینست که دالان گرم در هر دو ردیف محدود و بسته می شود. با مسدود کردن دالان های گرم توسط پنل های سقفی و قرار دادن یک درب در هر انتهای دالان، آن را به کانال تخلیه ی گرما تبدیل می کنیم. (به شکل 7 مراجعه شود.) علاوه بر آن، درب های عقبی رک ها حذف می شود. هوای گرم تخلیه شده به طور فیزیکی محدود و بسته شده و از تداخل آن با هوای محیط مرکز داده جلوگیری می شود. یک دیوار و یا یک ردیف دیگر از رک ها برای ایجاد دالان های سرد لازم بوده تا منبع هوای سرد را ایزوله سازد.

چه زمانی از این روش استفاده کنیم:

  • در مواردی که با محدودیت در متراژ روبرو هستیم. این روش از آن جهت که به اندازه ی دو ردیف رک کم ظرفیت فضا اشغال می کند، بسیار مورد توجه است.
  • در مراکز داده با جانمایی دالان های سرد و گرم.

مصالحه‌ی مهندسی:

  • پنل های دالان های گرم بسته هزینه ی سرمایه را افزایش می دهد.
  • دالان های گرم بسته ممکن است به دلیل درجه حرارت بالا، با سیاست های زیست محیطی سازگاری نداشته باشد.
  • عدم سازگاری با بعضی از انواع کابل کشی، سیم های رابط برق، علائم و دیگر مواردی که برای درجه حرارت بالا ساخته نشده اند.
  • غیر عملی بودن در صورت در اختیار داشتن تنها یک ردیف رک
  • مراجع ذی صلاح (AHJ)[7]ممکن است تجهیزات کنترل حریق را ضروری بدانند.

 

منطقه ی پرظرفیت با دالان های گرم بسته
شکل 7: منطقه ی پرظرفیت با دالان های گرم بسته

3- رک بسته:

رک بسته (یا به عبارتی رک هوا بند) بسیار مشابه دالان های گرم بسته بوده و تفاوتشان در آنست که با استفاده از چارچوب پشتی تجهیزات رک ها و یک گروه از پنل ها یک کانال هوای پشتی ایجاد شده که هوای گرم را تخلیه می نماید. این کانال می تواند به یک رک IT و یا یک ردیف از رک ها متصل شود. (به شکل 8 مراجعه شود.) پنل های استفاده شده برای ایجاد کانال تخلیه ی هوای گرم، عمق یک رک نرمال را به اندازه ی 20 سانتی متر افزایش می دهد. ممکن است در ترکیب بندی رک بسته، یک سری پنل های اختیاری در جلو، به کار رود که مشابه شکل 9، به جریان هوای سرد و گرم کاملا بسته نیاز دارد. این محفظه بسته جلوی درب نیز به اندازه ی 20 سانتی متر به عمق رک می افزاید.

چه زمانی از این روش استفاده کنیم:

  • در مواردی که روش دالان های گرم بسته انتخاب شده باشد ولی تعداد ردیف ها فرد بوده و یک ردیف باز باقی بماند.
  • زمانی که مدیریت آسان و دسترسی مکرر به کابل های ارتباطی ضروری باشد.
  • برای ایزوله کردن کامل در مواردی چون محیط های یک‌تکه و باز مرکز داده و یا جانمایی های ترکیبی- تنها زمانی که از محفظه بسته جلوی درب استفاده شده است.(RACS)
  • در اتاقک برق که فاقد هرگونه خنک کننده بوده و تجهیزات پرظرفیت را در معرض درجه حرارت بالا قرار می دهند. – تنها زمانی که از محفظه بسته جلوی درب استفاده شده است.(RACS)
  • زمانی که تضعیف صدا و عایق صوتی مورد نیاز است. – تنها زمانی که از محفظه بسته جلوی درب استفاده شده است.(RACS)

مصالحه مهندسی :

  • پنل های جلو و پشت، هزینه ی سرمایه را افزایش می دهند.
  • در پیکربندی یک رک واحد، زمانی که به افزونگی سرمایش نیاز باشد، هزینه ها افزایش چشمگیری خواهند داشت.

POD پرظرفیت با رک بسته
شکل 8: POD پرظرفیت با رک بسته
POD پرظرفیت با رک بسته و محفظه اختیاری
شکل 9: POD پرظرفیت با رک بسته و محفظه اختیاری در جلوی درب

 

یک مقایسه ی کلی از روش های منطقه پرظرفیت در جدول 1 آورده شده است:

معیارهای انتخاب

سرمایش باز

دالان گرم بسته

 رک هوابند

نظرات

سطح اشغال حداقل

خوب

خوب

متوسط تا ضعیف

·     روش باز و دالان گرم بسته کمترین فضا را در ردیف ها اشغال می کند

·     رک هوابند به اندازه ی حدودا 20 سانتی متر عمق رک را افزایش می دهد ولی ممکن است در روش های ترکیبی کاربرد داشته باشد.

·     محفظه بسته جلو و عقب درب ،تا 40 سانتی متر بر عمق رک می افزاید- می بایست در قیاس با سطح موجود در کف سنجیده شود.

آسانی مدیریت تغییرات

خوب

متوسط تا ضعیف

متوسط تا ضعیف

·     زمانی که سیستم های دالان بسته شامل رک دارای سخت افزار به خصوص محفظه بسته جلوی درب باشند،حرکت رک به داخل و خارج ردیف  دشوارتر خواهد شد.

حداقل سازی مصرف انرژی

متوسط

خوب

خوب

·     جانمایی های سرمایش باز به جانمایی مراکز داده ی موجود شبیه تر بوده که به افزایش تعداد واحدهای دالانی، می انجامد.

سهولت در افزونگی

متوسط

خوب

متوسط تا ضعیف

·     مکان CRAC ها در روش دالان گرم بسته، از افزونگی مستقل است

·     CRACهای دالانی بر بیشتری برای تعدیل افزونگی در رک بسته مورد نیاز است.

حداقل سازی تعداد CRAC های دالانی (مخصوصا در کم ظرفیت ها)

ضعیف تا متوسط

خوب

متوسط تا ضعیف

·     از کاستی های روش رک هوابند در هر دو حالت فاقد محفظه بسته جلوی درب و همراه آن، اینست که در این روش، تمام هوای رک نمی تواند به خوبی روش دالان گرم بسته، میان تمام خنک کننده های دالانی تقسیم شود.

·     روش باز به طور قابل ملاحظه ای به ظرفیت هر رک بستگی داشته که در آن رک های پر ظرفیت دیگر به خنک کننده های ردیفی نیاز ندارند.

·     رک هوابند در هر دو حالتش (فاقد محفظه بسته جلوی درب و همراه آن) به شدت تحت تاثیر افزونگی قرار دارند.(به تعداد بیشتری خنک کننده نیاز است.)

تضعیف صدا

ضعیف

متوسط تا ضعیف

خوب

·     ضعیف تا متوسط تنها برای رک هوابند

·     خوب در زمان استفاده از رک هوابند با محفظه بسته جلوی درب

·     سطح دسی بل را در تجهیزات سرمایش کاهش داده ولی نمی تواند تمام صدا را به طور کامل از بین ببرد.

نصب در محیط با حرارت متغیر و یا فضاهای غیر از مرکز داده

ضعیف

ضعیف

خوب

·     ضعیف تا متوسط تنها در رک هوابند

·     خوب در زمان استفاده از رک هوابند با محفظه بسته جلوی درب

·     مثال های آن عبارتند از اتاقک برق اتاق های ادارات و فضاهای تجاری

هزینه

به متغیرهایی چون ظرفیت توان رک و تعداد رک بستگی دارد.

·     اگرچه دالان گرم بسته دارای پنل های اضافی بوده که هزینه را افزایش داده، ولی در مقایسه با روش باز و به خصوص در ظرفیت توان رک پایین تر، به خنک کننده های ردیفی کمتری نیاز دارد.

 

در زمان تصمیم گیری در مورد استقرار یک POD پرظرفیت نکات زیر نیز می بایست مورد توجه قرار گیرند:

  • استانداردسازی عناصر طراحی
  • سازگاری با هر نوع مرکز داده ای، چه مراکز موجود و ه مراکز داده ی جدید
  • قابلیت پیکربندی با UPSها و توزیع برق اختصاص داده شده
  • قابلیت پیکربندی با هر سطح از افزونگی
  • قابلیت پیکربندی با هر تعدادی از رک های IT

استانداردسازی عناصر طراحی

برای داشتن عملکرد قابل پیش بینی در منطقه های پر ظرفیت، عناصر طراحی استاندارد می بایست در مرحله ی طراحی در نظر گرفته شوند. این عناصر شامل اجزایی مانند تهویه مطبوع، توزیع برق، UPS و رک ها هستند. علاوه بر آن، ابعاد استاندارد نیز در ایزوله ی پیش بینی شده ی جریان هوای سرد و گرم، نقش مهمی ایفا می کنند. این ابعاد استاندارد عبارتند از عرض دالان گرم و سرد، ارتفاع رک و فاصله ی استاندارد برای حرکت جریان هوا.

قابلیت مدولار بودن نیز از فواید دیگر استانداردسازی به شمار رفته که موجب می شود PODهای پرظرفیت با سریعتر استقرار یافته و در طول زمان تغییر کند و یا حتی به مرکز داده ی دیگری انتقال یابد. اجزا و ابعاد در روند استانداردسازی، فرایندهای طراحی را بسیار تسهیل می نمایند. این راه کارِ از پیش طراحی شده ی استاندارد، حتی می تواند تغییر داده شده و پس از اعمال تنظیمات در دیگر مراکز داده به کار گرفته شود. در صورتی که کارکنان مرکز داده از ظرفیت های قابل پیش بینی استفاده کرده و نرم افزارهای مدیریت تغییراتی را به کار گیرند که بالاترین حد عملکرد یک منطقه ی پرظرفیت را تنظیم می کند(که در ادامه مطرح خواهد شد)، می توانند اثرگذاری روند استانداردسازی را افزایش دهند. برای دریافت اطلاعات بیشتر در زمینه ی استانداردسازی، به گزارش “استانداردسازی و مدولاریتی در شبکه- زیرساخت های حیاتیِ فیزیکی”[8] مراجعه شود.

سازگاری با هر نوع مرکز داده ای، چه مراکز موجود و ه مراکز داده ی جدید

منظقه های پرظرفیت ماژولار بوده و به طور مستقل از طراحی های سرمایش کل اتاق و همچنین طراحی های UPSهای موجود عمل می کنند. در نتیجه، برای استقرار آن ها در مراکز داده ی جدید و یا موجود از قبل، با موانع و محدودیت های کمی موجه هستیم. در کف طبقه به سطح کافی نیاز داشته و ظرفیت تحمل بار در کف باید با وزنی که بر آن اعمال می شود تناسب داشته باشد. تمام ویژگی های دیگر در استانداردسازی یک منطقه ی پرظرفیت در دیگر انواع مراکز داده تکراری هستند.

قابلیت پیکربندی با UPSها و منابع توزیع برق اختصاص داده شده

در زمانی که UPS مرکز داده ظرفیتش تکمیل بوده و یا عمر آن تمام شده و از کار افتاده باشد، طراحی یک منطقه ی پرظرفیت امکان استقرار UPSهای مخصوص منطقه[9] و پیکربندی PDU را فراهم می آورد. این سیستم ها مبتنی بر رک هستند و بر اساس دو معیار مدولار بودن و داشتن انعطاف پذیری در اندازه و مقیاس طراحی شده اند.

قابلیت پیکربندی با هر سطح از افزونگی

سطح افزونگی بسته به میزان حیاتی بودن دارایی های IT، متغیر است. طراحی مراکز داده ی سنتی به گونه ایست که تمام زیرساخت فیزیکی در جهت تامین افزونگی مطلوب حیاتی ترین دارایی ها، طراحی و ساخته می شوند. این نوع از طراحی از هر دو منظر هزینه ی سرمایه و هزینه ی عملیاتی بسیار گران است. روش دیگر طراحی که مقرون به صرفه نیز باشد، اینست که افزونگی در سرمایش و توان تنها در مکان ها و زمان های ضروری تامین شود. منطقه های پرظرفیت با در نظر گرفتن ماژول های افزونگی توان و سرمایش در زمان مناسب، شرایط را برای این رویه ی دسترسی و افزونگی هدفمند فراهم می آورند. توجه داشته باشید که زیرساخت های اصلی مانند لوله های آب سرد و ورودی سرویس های الکتریکی می بایست در روز اول و با بالاترین سطح از افزونگی مورد نیاز طراحی و ساخته شوند.

قابلیت پیکربندی با هر تعدادی از رک های IT

POD های پرظرفیت قابلیت تغییر اندازه و مقیاس را دارند به این معنی که می توانند تعداد رک های IT لازم برای یک ظرفیت توان مشخص را در خود جای دهند. از نظر ابعاد و سایز، این منطقه ها بسته به مقررات ملی، به اندازه ی یک رک IT انفرادی گنجایش داشته و  تا گنجایش 20 رک و حتی بیشتر نیز می رسند.

با ادغام این ویژگی ها در یکدیگر، یک راه کار بسیار انعطاف پذیر و پرظرفیت حاصل می شود که قادر است عمر یک مرکز داده‌ی قدیمی را افزایش داده و نیاز به سرمایه ی لازم برای ساخت یک مرکز دیگر را به تاخیر بیاندازد.

خصوصیات

روش سنتی

روش POD

نظرات

مراکز داده را محور منافع رقابتی شرکت ها قرار می دهد.

سخت

آسان تر

اقتصاد ساده- هزینه ی انجام کسب و کار به ازای هر واحد از خروجی های رایانش کمتر است.

استقرارهای IT کاملا به موقع

بسیار سخت

آسان

استقرارها شدیدا بر مصرف برق و سرمایش مدولار و قابل پیش بینی وابسته بوده که بر مدیریت و توانایی استقرار سریع تاثیر می‌گذارد.

قابلیت پیش بینی عملکرد

بالا

کم

شدیدا با کارایی زیرساخت های مرکز داده مرتبط است.

احتمال بروز نقاط پرحرارت

بالا

بسیار کم

نرم افزارهای مدیریتی از قرارگیری بهینه ی تجهیزات در POD بری جلوگیری از بروز نقاط پرحرارت اطمینان حاصل می کنند.

کارایی سرمایش

ضعیف

عالی

واحدهای سرمایش کل اتاق، جهت رویارویی با مشکلاتی از قبیل انسداد زیر کف کاذب، فاصله، قاطی شدن هوا، پاسخگویی به تقاضا و …،بزرگتر از ابعاد لازم ساخته می شوند.

توان برنامه ریزی

ضعیف

عالی

قابلیت پیش بینی و استانداردسازی پیش از آن که جابجایی، تغییرات و افزایشی در تعداد دستگاه ها ایجاد شود، به اما و اگرها پاسخ می دهد.

 

مالک مرکز داده دو گزینه برای استقرار منطقه ی پرظرفیت در پیش روی خود دارد: استقرار داخلی[10] و استقرار با کمک فروشنده[11]. در هر دو حالت به یک طرح پروژه ی قوی نیاز است. برای اطلاعات بیشتر در زمینه ی پروژه ها و برنامه ریزی سیستم در مرکز داده به گزارش “پروژه های مرکز داده: فرایندهای استانداردسازی”[12] و گزارش “پروژه های مرکز داده: برنامه ریزی سیستم”[13] مراجعه شود.

استقرار داخلی In-house

مدیران IT می توانند بدون هیچ تجربه ی قبلی، منطقه های کوچکتر و یا مراکز داده ی کوچک (دارای کمتر از 20 رک) را به راحتی اجرا کنند. در پیوست A یک چک لیست و یک کاربرگ به عنوان نمونه آورده شده است.

این کاربرگ نمونه می تواند به عنوان یک راهنمای مفید به کار گرفته شده و در جمع آوری اطلاعات لازم برای تعیین و استقرار یک POD پرظرفیت موثر باشد. در تهیه ی این کاربرگ فرض بر آن گذاشته شده که کارفرمای پروژه دارای معلومات لازم در رابطه با تجهیزات IT مرتبط با POD پرظرفیت طراحی شده (به طور مثال کل برق مصرفی مورد نیاز، تعداد پورت و کابل شبکه مورد نیاز و فضای رک)، می باشد.

اگر این کاربرگ به درستی تکمیل شود، می توان در انتخاب روش منطقه بسته یک تصمیم هوشمندانه اتخاذ نمود. در انتخاب مناسب ترین روش منطقه بسته، می توان از  APC TradeOff Tool™, Data Center InRow™ Containment  Selector استفاده کرد. (به شکل 10 مراجعه شود.) نتایج به دست آمده از این ابزار بر اساس سناریوهای متداول بوده و در برخی موارد ممکن است گزینه ی توصیه شده توسط آن، با طراحی نهایی در واقعیت تفاوت داشته باشد.

زمانی که یک روش انتخاب شد، باید تصمیم گرفت که منطقه شامل کدام یک از جزییات باشد.

با کمک کاربرگ ها، کارکنان مرکز داده می توانند تعیین کنند که منطقه مورد نظرشان شامل UPS، PDU و خنک کننده باشد. در بعضی موارد، این جزییات انتخاب شده برای منطقه در اختیار کارکنان نبوده و از طریق تنظیمات و محدودیت های قطعی تعیین می شود. جدول 3، لیستی از محدودیت های احتمالی که ممکن است بر پیکربندی نهایی منطقه ی پرظرفیت موثر باشند، را نشان می دهد.

محدودیت

ملزومات POD پرظرفیت

فاقد محدودیت

رک ها و واحدهای سرمایش دالانی

بدون مکان های اضافی برای منبع تغذیه

رک ها، واحدهای سرمایش دالانی و واحد های توزیع برق ردیفی

بدون ظرفیت اضافی برق در سیستم UPS موجود

رک ها، واحدهای سرمایش دالانی، سیستم-های UPS دالانی و PDU دالانی

بدون ظرفیت اضافی سرمایش در خنک کننده های موجود

رک ها، واحدهای سرمایش دالانی و پکیج سرمایش

بدون ظرفیت اضافی توان و سرمایش در UPS و خنک کننده ی موجود

رک ها، واحدهای سرمایش دالانی ، سیستم UPS دالانی و پکیج خنک کننده

بدون ظرفیت اضافی برق و سرمایش در UPS و خنک کننده های موجود و یا بدون مکان های اضافی برای واحد توزیع برق

رک ها، واحدهای سرمایش دالانی ، سیستم UPS دالانی ، پکیج خنک کننده و PDU دالانی

 

 

 

ابزارهای تعاملی برای اتخاب روش دالان بسته
شکل 10: ابزارهای تعاملی برای اتخاب روش دالان بسته
 
با وجود محدودیتی مانند عدم ظرفیت اضافی در UPS، خنک کننده و یا توزیع کننده  برق، باز هم می توان با نصب یک منطقه ی پزظرفیت به همراه منابع تغذیه و سرمایش اختصاصی برای آن منطقه، عمر مفید یک مرکز داده را گسترش داد. به عنوان مثال، pod پرظرفیت نشان داده شده در شکل 11 شامل دستگاه خنک کننده ، UPS و واحد توزیع برق برای خود است. برای تامین برق مورد نیاز در این راه کار فرض بر اینست که ورودی سرویس الکتریکی مرکز داده دارای ظرفیت اضافه و کافی می باشد.

در مواردی که یک مرکز داده فاقد ظرفیت اضافی در سرویس الکتریکی باشد، باید در مورد نصب یک منبع (و یا منابع) تغذیه ی اضافه و یا ساخت یک مرکز داده ی جدید تصمیم گرفت. موارد دیگری که خارج از محدوده ی این مقاله بوده مانند سطح موجود در کف، پتانسیل مجازی سازی، اهداف تجاری، قراردادهای اجاره و طرح های توسعه آتی زیرمجموعه ی فاکتورهای تصمیمات خرید و ساخت محسوب می شوند.

 

یک POD پرظرفیت انفرادی
شکل 11: یک POD پرظرفیت انفرادی

از زمانی که نیاز به یک منطقه ی پرظرفیت احساس شده و البته چنانچه بودجه ی لازم نیز بدان اختصاص داده شده باشد، کارکنان IT و تاسیسات در طول 1 تا 3 ماه با رشد تعداد رک ها در منطقه ی در نظر گرفته شده خواهند بود. با این وجود فرایندهای داخلی شرکت ممکن است این زمان گفته شده را طولانی تر سازد.

استقرار با کمک فروشنده

اگرچه کارکنان مرکز داده می توانند بدون کمک خارجی، منطقه های پرظرفیت را مستقر سازند، ولی در مورد پروژه های مرکز داده با 20 رک و یا بیشتر، این کار بسیار پیچیده تر خواهد بود. در مورد اجرای این پرو ژه ها، توصیه می شود که از کارشناسان طراحی و مدیران پروژه مشورت گرفته شود.

استقرار با کمک فروشنده روشی است که معمولا با یک ارزیابی اولیه  از مرکز داده از پیش موجود و یا طراحی های انجام شده برای مرکز داده ی جدید آغاز می شود. در هر دو حالت، این ارزیابی اطلاعات ارزشمندی را برای کارشناسان طراحی فراهم می آورد که شامل محدودیت ها و تنظیماتی بوده که به تصمیمات بهینه در طراحی می انجامد. ارزیابی انجام شده به پرسش های زیر پاسخ می دهد:

  • آیا می توان با اضافه کردن ردیف موجود به تهویه مطبوع دالانی ، از خرابی و ازکار افتادگی پیشگیری کرد؟
  • در صورت عدم ظرفیت اضافی آی سرد، آیا لازم است که یک واحد تهویه مطبوع بسته را جایگزین پکیج خنک کننده شود؟
  • برای افزایش سرعت در استقرار یک منطقه ی پرظرفیت در آینده، چه اقداماتی لازم است صورت گیرد؟

در یک ارزیابی موثر (همچون ارزیابی آمادگی سرور بلید اشنایدر الکتریک)، ظرفیت اضافی و بلااستفاده ی برق و سرمایش و همچنین ظرفیت اضافی توزیع برق اندازه گیری می شود. ظرفیت بااستفاده ی سرمایش در یک چیلر و ظرفیت برق در واحدهای CRAH  در مرکز داده اندازه گیری می شوند. این اطلاعات به دست آمده از ارزیابی ها به یک تخمین از ظرفیت سرمایش انجامیده و محدودیت های پیش رو را با ملزومات فعلی و آتی مورد مقایسه قرار می دهد. در نهایت برای سوال ” در چه زمانی با کمبود ظرفیت سرمایش مواجه شده و به منطقه ی پرظرفیت نیاز خواهم داشت؟” پاسخ خواهیم گفت.

پس از اندازه گیری و تحلیل داده ها، یک طرح برای پاسخگویی به نیازهای پرظرفیت در آینده ارائه می شود. در پایان، حالت بهینه ی توان، سرمایش و سطح اشغال شده ی کف در دل طراحی موثر برای ظرفیت های ترکیبی مراکز داده متصور است. این طرح موثر باعث می شود در آینده مرکز داده تمام منابع سرمایش، توان و فضای خود را به طور همزمان به کار گرفته و در نتیجه هیچ منبع مازاد و بلااستفاده ای باقی نماند.

مدیریت آنی POD پرظرفیت:

طراحی سرمایش دالانی ، شبیه‌سازی آنی بازده سیستم سرمایش امکان پذیر می سازد. ابزارهای طراحی به پیکربندی رک ها، دستگاه های تهویه مطبوع دالانی ، UPS و منبع تغذیه بر اساس خصوصیات منطقه ی پرظرفیت مانند ظرفیت متوسط و حداکثر به ازای هر رک، دالان بسته، افزونگی و انواع پریز می پردازد. وقتی استقرار یک منطقه ی پرظرفیت به اتمام رسید، ابزارهای مدیریت و برنامه ریزی آنی به کارکنان IT این امکان را داده که حتی پس از آن که افزایش تعداد دستگاه ها، جابجایی ها و تغییرات صورت گرفت، عملیات قابل پیش بینی خود را حفظ کرده و اجرا کنند. مثال هایی از ابزارهای مناسب در طراحی و برنامه ریزی عبارتند از: InfraStruXure Designer و مدیر ظرفیت و تغییر APC[14]. برای دریافت اطلاعات بیشتر درمورد مدیریت و نقش کلیدی آن در عملکرد قابل پیش بینی، به گزارش “مدیریت ظرفیت توان و سرمایش در مراکز داده”[15] مراجعه شود.

نتیجه گیری 

در گذشته یکی از چالش های اصلی کارکنان IT، استقرار ترکیبی از تجهیزات پرظرفیت و کم ظرفیت در همان فضای مرکزداده بود. مراکز داده ی سنتی برای سرمایش رک یکسان ساخته شده و توان سرمایش قابل پیش بینی تعداد زیادی رک پرظرفیت را ندارند. امروزه، طراحی هایی مانند سرمایش دالانی امکان استقرار سریع منطقه ی پرظرفیت را در یک مرکز داده ی موجود  یا جدید، فراهم کرده است.

در زمان ها و مکان هایی که رک های پر ظرفیت مورد نیاز است، سرمایش و توان مبتنی بر ردیف ماژولار می توانند بدون هیچ اثر منفی بر زیرساخت های موجود در سالن، به فضای مرکز داده اضافه شوند. POD ها در حالت ترکیبی با ظرفیت و سیستم های مدیریت تغییر، راه کاری برای پیاده سازی ظرفیت بالا ارائه می دهد که قادر است حتی پس از افزودن بر تعداد دستگاه ها، جابجایی ها و تغییرات نیز، عملکرد قابل پیش بینی را حفظ کند.

 

[1] – pod

[2] – White Paper 135, Hot-Aisle vs. Cold-Aisle Containment for Data Centers

[3] – White Paper 46, Cooling Strategies for Ultra-High Density Racks and Blade Servers

[4] – White Paper 121, Airflow Uniformity Through Perforated Tiles in a Raised-Floor Data Center).

[5] – computational fluid dynamics

[6] – White Paper 130, The Advantages of Row and Rack-Oriented Cooling Architectures for Data Centers

[7] – Authority having jurisdiction

[8] – White Paper 116, Standardization and Modularity in Network-Critical Physical Infrastructure

[9] – pod-specific UPS

[10] – in-house

[11] – vendor-assisted deployment

[12] – white papers 140, Data Center Projects: Standardized Process

[13] – white papers 142, Data Center Projects: System Planning

[14] – APC’s Capacity and Change Manager

[15] – White Paper 150, Power and Cooling Capacity Management for Data Centers

درج دیدگاه

برای درج دیدگاه کلیک کنید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

سوال امنیتی *