OPTYMALIZACJA CHŁODZENIA SERWEROWNI – MONITOROWANIE I ANALIZA TEMPERATURY SPOSOBEM NA EFEKTYWNIEJSZE WYKORZYSTANIE ENERGII
Konieczność podążania za rozwojem branży oraz wymaganiami klientów skłania operatorów centrów danych do wdrażania systemów monitorowania środowiska. To właśnie dzięki nim optymalizacja chłodzenia serwerowni jest możliwa. Dostarczane informacje pozwalają zwiększyć wydajność oraz zmniejszyć zużycie energii a przez to koszty eksploatacji. Zbierane dane pomiarów temperatury i ciśnienia umożliwiają sterowanie systemem chłodzenia w czasie rzeczywistym, precyzyjnie dostosowując temperaturę do pożądanych wartości. Pozwala to uniknąć zarówno przegrzania, skutkującego gorszą pracą urządzeń oraz występowaniem awarii, jak i przechłodzenia, będącego przejawem marnotrawstwa energii, oraz nadmiernej eksploatacji urządzeń chłodzących.
Utrzymywanie stałej ustalonej temperatury jest najlepszą praktyką pozwalającą na maksymalną efektywność urządzeń IT przy jednoczesnej optymalizacji kosztów chłodzenia.
Biała strefa w kontekście centrów danych oznacza zakres elementów serwerowni, w który wchodzą serwery, przełączniki, nośniki pamięci oraz urządzenia wentylacyjne. Poza białą strefą występują równie ważne elementy w kontekście efektywnego wykorzystywania energii, między innymi agregaty chłodnicze, zasilacze awaryjne i ogólne obszary operacyjne, nazywane szarą strefą.
W tym artykule przedstawiamy kluczowe informacje dla zrozumienia prawidłowego monitorowania i kontrolowania temperatury w białych i szarych strefach serwerowni w odniesieniu do aktualnych norm oraz korzyści konsumenckich.
W zależności od rodzaju wdrożonych systemów monitorowania i zarządzania parametrami środowiskowymi zmienia się zakres możliwości administratora. Również realizacja centrów danych skoncentrowanych na inteligentnym monitoringu znacznie różni się od tych, które posiadają jedynie podstawowe wdrożenia. Złożone systemy monitowania i zarządzania wymagają zwiększonego nakładu pracy i środków w procesie projektowania i realizacji, jednak w szerszej perspektywie pozwalają na znaczne oszczędności czasu i kosztów.
Wykres przedstawiający powody, dla których właściciele centrów danych inwestują w monitoring środowiska według szacunków IBM
OSZCZĘDNOŚĆ CZASU
Skuteczna optymalizacja chłodzenia serwerowni może być możliwa dzięki wprowadzeniu odpowiednich systemów. Wdrożenie systemów monitorowania i zarządzania pozwala na szybszą i detekcję usterek, dzięki czemu naprawy są wykonywane, zanim awarie pociągną znaczne konsekwencje. Precyzyjna lokalizacja i opis problemu sprawia, że pracownicy IT nie muszą tracić czasu na poszukiwania i mogą od razu przystąpić do usuwania błędów. Również dokonywanie wszelkich modyfikacji związanych z rozbudową i reorganizacją sieci jest o wiele łatwiejsza, dzięki danym pozwalającym na optymalizację procesu i wybór najlepszych lokalizacji dla sprzętu.
OSZCZĘDNOŚĆ KOSZTÓW
Monitorowanie i zarządzanie środowiska serwerowni pozwala na zmniejszenie nakładów na wielu płaszczyznach. Omawiana wcześniej oszczędność czasu pozwala na zmniejszenie kosztów pracy administratorów centrum danych. Detekcja problemów zmniejsza ryzyko powstawania poważnych awarii skutkujących kosztownymi przestojami i wymianą sprzętu. Ponadto kontrolowanie parametrów środowiskowych wydłuża żywotność urządzeń. Przede wszystkim natomiast, monitorowanie i kontrolowanie środowiska pozwala na utrzymywanie stałego poziomu temperatury, uzależniając poziom pracy urządzeń chłodzących od rzeczywistych aktualnych potrzeb. Dzięki temu unika się nadmiernych kosztów wynikających z przechłodzenia serwerowni, a więc marnowania energii i zużywania urządzeń przez zbędną eksploatację.
Wraz ze wzrostem znaczenia centrów danych oraz gęstością lokowania urządzeń aktywnych, w ostatnim czasie można zaobserwować znaczny wzrost kosztów przestojów i częstość ich występowania. Nawet największe światowe korporacje nie są wolne od tego problemu. Częstą przyczyną występujących usterek są właśnie problemy z utrzymaniem odpowiedniej temperatury, dlatego optymalizacja chłodzenia serwerowni jest tak ważna.
Ostatnie awarie w centrum danych serwisu Wikipedia spowodowały zamknięcie witryny na kilka godzin. Z kolei awaria centrum danych firmy Microsoft wstrzymały usługę poczty elektronicznej Outlook, mającej ogromny wpływ na funkcjonowanie wielu przedsiębiorstw na 16 godzin. Takie wypadki mają ogromny wpływ na reputację dostawców usług i mogą przyczynić się do utraty zaufania klientów, a nawet do wysokich kar finansowych. Oba te zdarzenia były spowodowane przegrzaniem serwerów w centrach danych i wyłączeniem narzędzi do automatycznego zarządzania serwerami. W każdym przypadku serwerownie były pozbawione rozwiązań pozwalających na detekcję oraz zapobieganie przegrzaniu. W przedstawionych przykładach wdrożenie odpowiednich systemów monitorowania i zarządzania środowiskiem pozwoliłoby uniknąć tych wypadków oraz poniesienia znacznych strat finansowych.
Wykres kosztów związanych z częściowym i całościowym wyłączeniem z eksploatacji według Instytutu Ponemon
Podczas projektowania centrów danych warto korzystać z międzynarodowych norm, w tym ASHRAE TC 9.9, ETSI EN 300 i EN 50600-2-3. Normy te stanowią zbiór najlepszych praktyk oraz precyzyjnie określają odpowiednie środowiska technologii informacyjnych (ang. Information Technology Environments, ITE). W normach opracowano zasady dotyczące projektowania i utrzymywania odpowiedniego środowiska dla serwerowni. Scharakteryzowano praktyki pozwalające na uniknięcie przypadków przegrzania urządzeń w centrach przetwarzania informacji. Stosowanie się do norm znacznie zmniejsza ryzyko wystąpienia nieprawidłowości, a przez to chroni przed ewentualnymi karami finansowymi.
WYTYCZNE DOTYCZĄCE ZARZĄDZANIA PRZEPŁYWEM POWIETRZA I STEROWANIA SYSTEMEM CHŁODZENIA opracowane przez ASHRAE oraz TC 9.9
W ostatnim czasie przeprowadzono szereg prac, mających na celu ustalenie najlepszych praktyk z zakresu projektowania, realizacji i wykorzystywania systemów chłodzenia w przestrzeni centrów danych. Autorami szczegółowych raportów zalecających nowe podejście do klimatyzacji serwerowni są Instytuty ASHRAE (ang. American Society of Heating, Refrigeration and Air-Conditioning Engineers) oraz TC 9.9 (ang. Technical Committee). Wytyczne te pomagają operatorom centrów danych uniknąć przegrzania i utraty funkcjonalności urządzeń sieciowych. Poniżej przedstawiono niektóre z wielkości, których monitorowanie może mieć znaczny wpływ na prawidłowe funkcjonowanie serwerowni, ze szczególnym uwzględnieniem regulacji temperatury:
1. Poziom szaf i stelaży serwerowych – monitorowanie temperatury i wilgotności względnej na dole, pośrodku i na górze szaf serwerowych i stelaży rack, sprawdzanie zachowania zalecanych temperatur (18-27°C) oraz dopuszczalnych zakresów temperatur (15-32°C)
2. Pomiar temperatury w systemie kiosków – w przypadku korytarza zimnego temperatura kiosku powina mieścić się w przedziale z punktu 1. Temperatura w korytarzu gorącym nie powinna przekraczać 50°C.
3. Poziom hali – w uzupełnieniu do punktu 1 i/lub 2 – wilgotność i temperatura muszą być monitorowane w pobliżu każdego urządzenia chłodzącego CRAC/CRAH (ang. Computer Room Air Conditioner/ Computer Room Air Handling). Wilgotność względna jest rekomendowana na poziomie 60% i dopuszczalna na poziomie 20-80%.
CRAC – chłodzenie z wykorzystaniem substancji chłodzącej i sprężarki
CRAH – chłodzenie z wykorzystaniem wody lodowej i zaworu sterującego
4. Zarządzanie przepływem powietrza i sterowanie systemem schładzania – wzrost temperatury serwera może wynosić do 20°C, zatem przy temperaturze wlotowej 40°C, temperatura gorącego korytarza może wynosić 60°C. Zarządzanie ciśnieniem powietrza jest również istotnym elementem solidnego i efektywnego systemu zarządzania przepływem powietrza i chłodzenia w białej przestrzeni centrum danych.
BIAŁA STREFA KIEDYŚ I DZIŚ
Centra danych charakteryzują się dużym zużyciem energii. Biała strefa serwerowni z setkami lub tysiącami serwerów zużywa ogromne ilości energii i generuje znaczne ilości ciepła, którym należy się zająć. System chłodzenia zużywa często ilości energii porównywalne lub nawet przekraczające energię wykorzystywaną na pracę urządzeń aktywnych.
Projektując białą strefę z systemem monitorującym i sterującym, system schładzania można znacznie zmniejszyć zużycie energii. W wielu przypadkach najnowsze technologie w zakresie planowania termicznego, monitorowania i optymalizacji chłodzenia pozwalają zaoszczędzić dużo pieniędzy na kosztach energii, a także zapobiec występowaniu awarii, zapewniając bardziej odporne i niezawodne centrum danych.
Aby zwiększyć efektywność chłodzenia serwerowni, konieczna jest zmiana stosowanych praktyk. Poprzednio szeroko rozpowszechniona koncepcja polegała na stworzeniu chłodnego środowiska, w którym produkujący ciepło sprzęt (serwery i przełączniki) przepuszczałby zimne powietrze przez powierzchnię użytkową i odprowadzałby gorące. Rozwiązanie HVAC (ang. Heating, Ventilation, Air Conditioning) wymagało dużej ilości energii do obniżenia temperatury „wlotu powietrza” do wymaganego poziomu, podczas gdy gorące powietrze było często marnowane.
Współczesne urządzenia aktywne mają wyższe temperatury pracy, co pozwala branży centrów danych na opracowanie alternatywnych metod chłodzenia, wykorzystujących inteligentne środowiska. Im cieplejsza jest temperatura pracy w przestrzeni białej, tym mniej energii potrzeba do wyrównania temperatury „wlotu powietrza”. Temperatury wlotowe urządzeń pomiędzy 18-27°C oraz 20-80% wilgotności względnej (ang. Relative Humidity, RH) zazwyczaj spełniają kryteria operacyjne producenta. Coraz większe znaczenie ma możliwość monitorowania i kontroli zalecanego zakresu środowiskowego, w tym temperatury i wilgotności względnej powietrza, w których systemy pracują z optymalną wydajnością.
WDRAŻANIE ROZWIĄZAŃ W ZAKRESIE MONITOROWANIA ŚRODOWISKA I OPTYMALIZACJI CHŁODZENIA SERWEROWNI
Istnieją trzy różne poziomy monitorowania środowiska i optymalizacji chłodzenia:
- Monitorowanie – alarmy i powiadomienia – dokumenty ASHRAE zawierają wytyczne dotyczące rozmieszczenia czujników w obrębie białej przestrzeni ITE. Obecnie dostępne są bezprzewodowe czujniki termiczne, termiczne z wilgotnością i ciśnieniowe. Są one łatwo konfigurowane w strukturze mesh i pozwalają na proste, szybkie i bezpieczne rozmieszczenie urządzeń, oferując wysoce odporną, skalowalną i wydajną sieć czujników.
- Optymalizacja chłodzenia serwerowni – obejmuje działania w celu uzyskania maksymalnej efektywności chłodzenia, z uwzględnieniem prawidłowego przepływu powietrza. W celu odpowiedniego zaprojektowania podłogi technicznej, rozmieszczenia wylotów oraz zapewnienia właściwego ciśnienia, niezbędne jest wykorzystanie obliczeniowej dynamiki płynów (ang. computational fluid dynamics, CFDs). Symulacje obliczeniowe umożliwiają modelowania scenariuszy środowiskowych zgodnie z ustalonymi wymaganiami. Architektura fizyczna wymaga wykorzystania blach zaślepiających szczeliny w serwerowni, ocenę opcji hermetyzacji i instalację perforowanych płytek podłogowych w celu zapewnienia optymalnego ciśnienia powietrza. Stosowanie oprogramowania do analizy chłodzenia serwerowni w czasie rzeczywistym umożliwia generowania map ciepła białej strefy.
- Regulacja HVAC i dynamiczne dopasowanie chłodzenia do obciążenia IT – analiza danych w czasie rzeczywistym w całym systemie pozwala na funkcjonowanie inteligentnego systemu zarządzania. System stale analizuje dane w celu poprawy przepływu powietrza i zmniejszenia zużycia energii. Dynamiczne sterowanie pozwala na utrzymanie optymalnego stanu poprzez regulację prędkości obrotowej wentylatora.
WNIOSEK
Najnowsze prognozy wskazują na to, że w ciągu najbliższych dziesięciu lat ilość energii potrzebnej do chłodzenia centrów danych wzrośnie trzykrotnie. Rosnące zapotrzebowanie na prąd będzie stanowiło wyzwanie zarówno pod względem kosztów, jak i wpływu na środowisko. Na szczęście na rynku pojawia się coraz więcej rozwiązań pozwalających zwiększyć wydajność chłodzenia serwerowni, przy jednoczesnym obniżeniu poboru energii.
Warto już teraz wprowadzić zmiany, które pozwolą Ci zacząć oszczędzać.
Opracowano na podstawie materiałów PANDUIT
Jeśli chcesz dowiedzieć się więcej na temat chłodzenia centrów danych, lub podzielić się swoim doświadczeniem,
skontaktuj się z nami lub zostaw komentarz