«Погода» в ЦОДе — климат для роста виртуальной инфраструктуры

Если рассматривать инфраструктуру как матрешку, то виртуальные машины запущены на сервере, сервер стоит в стойке, стойка находится в машинном зале центра обработки данных (далее — ЦОД), который, в свою очередь, построен «в поле» или в городской застройке. Все элементы взаимосвязаны, качество работы виртуальной инфраструктуры зависит от каждого из них. Климат внутри ЦОД играет важную роль в работе физического оборудования, а значит, непосредственно влияет на качество предоставления услуги IaaS, поэтому облачные провайдеры выбирают ЦОД с современными климатическими системами. Разберем, какие из них наиболее эффективны.

Популярность или эффективность

Обычно, когда речь идет об охлаждении ЦОД, мы представляем большие кондиционеры, которые охлаждают воздух и гонят его в помещения машинного зала. Чем более низкую температуру они создадут, тем лучше, поэтому при входе в ЦОД нужно надевать теплую куртку, чтобы не простыть. Однако, как показали исследования, нормальной температурой для работы оборудования является 27 °C, а некоторые современные серверы могут работать и при более высоких значениях — например, рабочий диапазон температур для серверов HPE ProLiant Gen9 составляет 35–45 °C. Повышая температуру в машинном зале на один градус, мы экономим 4–5 % электроэнергии, что сказывается на общей эффективности и экологичности ЦОД.

Поэтому владельцы ЦОД и те, кто только планирует строительство, задумываются о способах охлаждения, чтобы выбрать не самое популярное решение, а наиболее эффективное.

Жидкостное охлаждение

По своей сути, и воздух, и жидкость — это хладагенты, то есть вещества, которые участвуют в процессе теплообмена: забирают избыточную температуру и тем самым охлаждают. Основное отличие жидкостного охлаждения от воздушного заключается в том, что жидкость не меняет своего фазового состояния, но в этом ее минус, так как при равной мощности водяной или гликолевой системы и фреоновой первые проигрывают по эффективности.

Несмотря на это, многие ЦОД переходят на охлаждение водой, так как сам процесс теплообмена в этом случае эффективнее, систему можно совместить с другими инженерными коммуникациями, а современное исполнение позволяет избежать любых утечек и повреждения оборудования. Но в заботе об экологии приходится задумываться и о параметрах расхода воды. Согласно данным о расходе воды на охлаждение и производство электричества в дата-центрах, в 2014 году в США было использовано 626 млрд литров. Это много, поэтому для снижения расходов жидкости становится важно оперировать показателем эффективности расхода воды (WUE).

Проблема имеет несколько решений:

— Использовать систему циркуляции без потерь жидкости, применяя хладагенты.
— Использовать вместо воды альтернативные жидкости, например на основе минеральных масел, позволяющие снизить потребление энергии на 30–40 %.
— Использовать погружные системы жидкостного охлаждения, такие, как предлагает Allied Control с жидкостью 3M Novec.

Системы с альтернативными жидкостями неидеальны и имеют свои недостатки, масла могут легко воспламениться, а их отработка вредна для окружающей среды. С этой точки зрения диэлектрические жидкости прямого охлаждения значительно лучше, но и дороже, а также требуют специальных стоек с поддержкой погружного охлаждения.

Можно использовать комбинированный способ, сочетая охлаждение жидкостью и воздухом. Правда, его строительство потребует значительных средств, так как подразумевает проектирование и установку сразу двух систем.

Но и такие решения разрабатываются, а значит, у них есть свой потребитель. Модульная система Chip-to-Atmosphere (совместная разработка CoolIT и STULZ) охлаждает жидкостью наиболее горячие компоненты, а воздухом — все остальное.

Естественное охлаждение

Идея естественного охлаждения давно посещает умы инженеров. Но если построить ЦОД в условиях вечной мерзлоты невозможно, то поиски других природных хладагентов вполне реализуемы. Тем более что такой способ меньше всего вредит окружающей среде.

Компания Google построила дата-центр в Финляндии, охлаждаемый морской водой, температура которой редко бывает выше 15 °C даже летом, а зимой так и вовсе не сильно теплее 0 °C. Конечно, у такого способа есть свои минусы: соленая вода вызывает коррозию металла, следовательно, для трубопроводов необходимо использовать дорогие композитные материалы, а чтобы не забивались системы циркуляции, нужны хорошие фильтры. Но такой гигант как Google может себе позволить подобные затраты ради сохранения природы. Также, как и Facebook, применяющий для охлаждения нового ЦОД в Ирландии холодный морской воздух, примеси соли в котором тоже фильтруются.

Исследования Ратгерского университета показали, что отказы оборудования в ЦОД с естественным охлаждением выше на 107–260%. Но огромные корпорации строят свои дата-центры по технологии free cooling, которые действительно работают с очень высокой энергоэффективностью, а облачные провайдеры охотно размещают в них свое оборудование.

Технологии будущего

Если к ангарам ЦОД в промышленных зонах все уже привыкли, то размещение дата-центра под землей или в море все еще кажется фантастикой, несмотря наличие реализованных проектов.

В России и других странах довольно много заброшенных подземных помещений большого объема. Чтобы развернуть в них ЦОД, требуется меньше затрат, чем для строительства отдельного здания. Например, компания Iron Mountain в Питтсбурге построила ЦОД под землей, а для его охлаждения использует воду из подземного озера. Аналогичный дата-центр у норвежской компании Green Mountain, который распложен в бывших военных складах.

Компания Microsoft переплюнула всех: ее проект Natick прошел испытания и получил патент как первый ЦОД, расположенный под водой. Такие дата-центры практически не требуют обслуживания, не занимают места на суше, а главное — они получают электроэнергию от морских волн, а охлаждаются водой. Сейчас их строительство обходится дороже, чем обычных модульных дата-центров, но с развитием технологий это позволит значительно сократить расходы, а природу и экологию сохранить в первозданном виде.

Большую роль в создании эффективных и экологичных дата-центров играют власти страны, в которой осуществляется строительство и эксплуатация. Так как в процессе охлаждения оборудования ЦОД выделяется много тепла, правительство Швеции предложило использовать его для отопления жилых домов и выделило для этого территорию за пределами Стокгольма, на которой будет размещен технопарк с ЦОД. Также владельцы ЦОД будут платить лишь 3 % от общего налога на электричество, а выделенное тепло продавать государству.

Заключение

Проектирование эффективных систем охлаждения — важная задача при строительстве ЦОД, так как отказ климатической системы может остановить работу сразу всех клиентов дата-центра, а ее низкая эффективность приведет к повышению стоимости услуг по размещению оборудования и оттоку клиентов. Именно поэтому облачные провайдеры выбирают только современные ЦОД, чтобы поддерживать высокий уровень предоставления услуг виртуальной инфраструктуры IaaS.