Стратегические технологии в области ЦОД (А. Павлов, "Консультант", N 1, январь 2014 г.)

Стратегические технологии в области ЦОД

Рынок ЦОД, образовавшийся в России чуть более десяти лет назад, претерпевает постоянные изменения, напрямую связанные и с развитием вычислительной техники, и с изменением требований к ее окружению, электропитанию и микроклимату. Нельзя сказать, что инженерные технологии ЦОД развиваются столь же стремительными темпами, как серверное оборудование и микропроцессоры. Скорее это экстенсивное развитие, оттачивание и даже порой рестайлинг уже забытых технологий. Основными трендами развития являются стремление к повышению надежности систем и их энергоэффективности.

Наибольшее влияние на эти комплексные параметры ЦОД влияют системы гарантированного и бесперебойного энергоснабжения и холодоснабжения.

Стоимость энергоносителей растет неуклонно год от года, и в настоящее время экономия 10% электроэнергии в ЦОД может снизить общие эксплуатационные расходы на 5-7%. Именно поэтому в последние годы энергоэффективные технологии, несмотря на свою дороговизну, становятся все более популярными.

Традиционные системы охлаждения, которые применяются в быту, основаны на компрессорной технологии, как и обычный холодильник, с фреоновым хладагентом. Энергопотребление такого агрегата может составлять 40-50% кВт от его холодильной мощности. Первым этапом на пути к снижению энергопотребления были чиллерные установки с жидкостным хладагентом, способные отключать компрессоры в зимний период времени и переносить холод с улицы в машинные залы. Подобные технологии позволили снизить среднегодовое потребление системы холодоснабжения до 25-30% к мощности тепловыделения.

Но прогресс не стоит на месте и производители серверного оборудования, понимая проблемы роста удельного энергопотребления и тепловыделения "железа", идут навстречу клиентам и стараются постепенно расширять климатические диапазоны его работы. Если раньше существовали довольно жесткие требования температуры и влажности подаваемого в серверы воздуха - не более 24 градусов и 40-60% влажности, то в настоящее время на большинстве серверов допустима температура до 27-30 градусов, а диапазоны влажности порой вовсе отсутствуют. В связи с этим на рынок пришли новые технологии так называемого прямого охлаждения, когда подготовленный отфильтрованный уличный воздух напрямую попадает в машинные залы, либо через металлические теплообменники воздух-воздух, минуя фреоновые и жидкостные теплоносители.

Также довольно широко применяется технология адиабатического охлаждения, позволяющая снизить температуру уличного воздуха за счет испарения воды. Закономерно, что данные технологии весьма эффективны в таком холодном климате, как российский, когда температура на улице поднимается выше 27 градусов лишь незначительное количество часов в год. При повышении температуры выше допустимого в работу подключаются традиционные компрессорные системы охлаждения. Данные технологии позволяют достичь среднегодового потребления холодильными установками до 10-15% кВт от суммарного тепловыделения ЦОД.

Безусловно, и у этих решений есть свои недостатки. Возникает необходимость создания систем водоподготовки, требуются невероятно большие площади для размещения подобных систем. А также необходимо уделить повышенное внимание к местам размещения ЦОД, так как значительное загрязнение воздуха негативно влияет на эксплуатационные расходы, в частности, на замену и очистку фильтров.

Производители систем энергоснабжения ЦОД также стараются предлагать рынку новые решения, позволяющие повысить эффективность и надежность его работы. Давно забытая у нас и активно развивающаяся на западе технология дизель-роторных ИБП - один из примеров тому. Данное решение позволяет совместить в себе функции источника бесперебойного питания и дизель-генератора. ИБП заменяется маховиком, который раскручивается на валу, связанном с дизельной установкой и электрогенератором и позволяет накапливать кинетическую энергию, которая может поддерживать электропитание в энергосистеме в случае пропадания городских вводов. Данная технология позволяет сэкономить место при строительстве ЦОД, уйти от использования аккумуляторных батарей и от необходимости затрат на их периодическую замену, существенно упростить электросхему и исключить излишнюю автоматику, которая является зачастую причиной отказов в дата-центре. Также достигается экономия от более высокого КПД ДИБП по сравнению со связкой ИБП и ДГУ. Но, к сожалению, реальный экономический эффект ДИБП позволяют достичь лишь при строительстве довольно крупных ЦОД - от 2 МВт.

Но не дремлют и производители традиционных источников бесперебойного питания. Многие из них в последнее время выпустили линейки гибридных ИБП, способных работать в режиме трансформации тока, когда задействованы выпрямитель и инвертор, с поддержанием требуемого качества электроэнергии. А так же в режиме "оффлайн", пропуская электроэнергию напрямую из сети в ЦОД, но готовыми в долю секунды, незаметную для потребителей, перейти в "боевой" режим, что существенно улучшает КПД системы.

Кроме того, с ростом размеров и сложности ЦОД, активно развивается отрасль программного обеспечения DCIM (Data center infrastructure management) - управления инфраструктурой ЦОД. Управление дата-центром, состоящим из нескольких тысяч стоек, - задача нетривиальная. Как правильно сбалансировать загрузку по лучам электропитания, как определить зоны потенциального перегрева, куда разместить оборудование - на эти вопросы помогает ответить DCIM. А поскольку наибольшее количество отказов в дата-центре спровоцировано действиями обслуживающего персонала, то подобная автоматизация процессов позволит существенно повысить надежность его функционирования.

Помимо перечисленных технологий, ведутся разработки в области альтернативного охлаждения - путем помещения серверного оборудования в хладагент, в области энергоснабжения - использование топливных водородных элементов. Однако пока эти решения слишком дороги и неэффективны для коммерческого использования в ЦОД.

А. Павлов,

ЗАО ДатаДом

"Консультант", N 1, январь 2014 г.