روش‌های خنک‌سازی مراکز داده

امروز مدیران مراکز داده انتخاب‌های خیلی بیشتری برای خنک‌سازی دارند نسبت به چند سال پیش. از سامانه‌های سادهٔ مبتنی بر هوا تا فناوری‌های پیشرفته مثل خنک‌سازی مستقیمِ تراشه (direct-to-chip) و خنک‌سازی غوطه‌وری، همه روی میز است.

اما هرچه گزینه‌ها بیشتر می‌شود، انتخاب هم سخت‌تر می‌شود. این راهنما مزایا و محدودیت‌های مهم‌ترین روش‌های خنک‌سازی مراکز داده  را مرور می‌کند تا راحت‌تر بتوانید برای مرکز دادهٔ خودتان تصمیم بگیرید.

خنک‌سازی اتاق کامپیوتر (CRAC)

اوایل کار، وقتی تعداد سرورها کم بود و خیلی از «مراکز داده» در واقع فقط یک اتاق مخصوص تجهیزات IT در دل یک ساختمان اداری بودند، سیستم CRAC یا همان خنک‌سازی اتاق کامپیوتر استفاده می‌شد. با اینکه تکنولوژی خنک‌سازی خیلی جلو رفته، هنوز هم بعضی دیتاسنترها از همین روش استفاده می‌کنند.

در CRAC عملاً از همان سیستم‌های تهویه و کولر مرکزیِ معمول—مثل چیزی که در خانه و اداره می‌بینیم—برای پایین نگه داشتن دمای سرورها استفاده می‌شود. مزیت اصلی‌اش هم سادگی است: راحت فهمیده می‌شود، راحت هم پیاده‌سازی می‌شود. اگر ساختمانتان کولر مرکزی داشته باشد، می‌شود هوای سرد را به‌سمت رک‌ها هدایت کرد و کار را راه انداخت.

مشکلش این است که از نظر مصرف انرژی چندان بهینه نیست؛ پس برای دیتاسنترهایی که روی پایداری انرژی و قبض برق حساس‌اند، گزینهٔ ایده‌آلی محسوب نمی‌شود. از طرف دیگر، CRAC در مقیاس‌های بزرگ معمولاً کم می‌آورد، چون نمی‌تواند هوای خنک را به‌اندازهٔ کافی و به‌طور یکنواخت در سالن پخش کند تا دمای همهٔ سرورها در محدودهٔ امن بماند.

 خنک‌سازی تبخیری

در خنک‌سازی تبخیری، گرما با تبدیل آب مایع به بخار دفع می‌شود؛ یعنی خودِ فرایند تبخیر، گرما را می‌گیرد و هوا را خنک می‌کند. دیتاسنترها معمولاً به دو شکل از این روش استفاده می‌کنند:

• خنک‌سازی تبخیری مستقیم: هوای داخل سالن سرورها از روی یک سطح خیس (مثل فیلتر یا پد آغشته به آب) عبور می‌کند و همان‌جا خنک می‌شود.
• خنک‌سازی تبخیری غیرمستقیم: هوا اول داخل یک مبدل حرارتی خنک می‌شود و بعد به داخل سالن دمیده می‌شود.

مزیت بزرگ این روش این است که هم هزینهٔ نصبش پایین است، هم مصرف برقش کم؛ برای همین برای مراکزی که می‌خواهند قبض انرژی را کنترل کنند، گزینهٔ جذابی است. اما یک عیب مهم دارد: مصرف آب زیاد. دیتاسنترهای بزرگ می‌توانند روزانه میلیون‌ها گالن آب مصرف کنند و این برای شرکت‌هایی که پایدار بودن و ردپای زیست‌محیطی برایشان مهم است، مشکل‌ساز می‌شود—به‌ویژه در شهرهایی که آب کمیاب است.

بیشتر بخوانید: ۵ تکنیک طلایی بهینه‌سازی برق مراکز داده

خنک‌سازی مستقیمِ تراشه (Direct-to-Chip)

در خنک‌سازی مستقیمِ تراشه، هدف این است که گرما دقیقاً از همان جایی که تولید می‌شود برداشته شود. در این روش، مایع خنک‌کنندهٔ سرد از داخل لوله‌هایی که کنار قطعات داغ مثل CPU و GPU رد شده‌اند، عبور می‌کند و فقط همان نقطه‌ها را خنک می‌کند. چون سیستم مجبور نیست کل اتاق یا رک را سرد کند، اتلاف انرژی خیلی کمتر می‌شود. از طرفی چون وابسته به آب نیست، از نظر پایداری هم روش تمیزتری است.

با این حال دو سه دردسر دارد: اول اینکه هزینهٔ راه‌اندازی‌اش از تبخیری بیشتر است و برای دیتاسنترهایی که خیلی حساب‌وکتاب بودجه را نگه می‌دارند، ممکن است مانع باشد. دوم این‌که هر وقت بخواهید سروری را ارتقا بدهید یا یکی اضافه/کم کنید، باید اتصالات خنک‌کننده هم دوباره تنظیم شود و این کار بهره‌برداری را کمی پیچیده می‌کند. خطر نشت مایع خنک‌کننده هم هست؛ هرچند این مایع نارساناست و معمولاً به تجهیزات آسیب نمی‌زند، اما نشت می‌تواند سرویس را متوقف کند و نیاز به رسیدگی فوری دارد.

 خنک‌سازی غوطه‌وری تک‌فازی

در خنک‌سازی غوطه‌وری تک‌فازی، خودِ تجهیزات IT (سرورها) داخل یک مایع نارسانا غوطه‌ور می‌شوند. این مایع خیلی خوب گرما را می‌گیرد و دفع می‌کند، بنابراین نیازی به کانال‌کشی هوا یا چیلرهای بزرگ نیست و یک راهکار خنک‌سازی تمیز و پایدار به‌حساب می‌آید.

مزیت دیگرش این است که نسبت به سیستم‌های مستقیمِ تراشه، ریسک نشت کمتر است؛ اگر هم نشتی اتفاق بیفتد، معمولاً زود دیده می‌شود و می‌توان قبل از بحرانی شدن، آن را برطرف کرد. از نظر مصرف انرژی هم به‌صرفه است و مهم‌تر از آن، آب مصرف نمی‌کند.

عیب اصلی‌اش قیمت است. در یک برآورد گفته شده ساخت یک سامانهٔ غوطه‌وری که بتواند ۱ مگاوات سرور را خنک کند، حدود ۱ میلیون دلار خرج دارد؛ در حالی‌که یک سامانهٔ مشابه با خنک‌سازی مستقیمِ تراشه حدود ۶۵۰ هزار دلار تمام می‌شود. حالا اگر ظرفیت دیتاسنتر ۱۰۰ مگاوات باشد، می‌شود فهمید چرا این روش برای همه مقرون‌به‌صرفه نیست.

بیشتر بخوانید: بزرگ‌ترین مرکز دادهٔ هوش مصنوعی با ۴۵۰هزار GPU

خنک‌سازی غوطه‌وری چندفازی

خنک‌سازی غوطه‌وری چندفازی را می‌شود پیشرفته‌ترین نسخهٔ خنک‌سازی غوطه‌وری دانست. مثل مدل تک‌فازی، سرورها و تجهیزات داخل یک مایع نارسانا قرار می‌گیرند، اما فرقش این است که این مایع وقتی با گرمای تجهیزات روبه‌رو می‌شود، می‌جوشد. همین جوشش و بخارشدن، گرما را خیلی سریع از سطح تجهیزات می‌گیرد و دفع می‌کند؛ برای همین این روش جزو سریع‌ترین و مؤثرترین روش‌های خنک‌سازیِ الانِ بازار است.

مزیت اصلی‌اش همین «بهره‌وری خیلی بالا»ست. چون مایع وارد فاز بخار می‌شود، گرما را خیلی سریع‌تر از روش تک‌فازی که فقط جذب می‌کند و نمی‌جوشد، خارج می‌کند. به همین دلیل برای دیتاسنترهای پرقدرت و فشرده—مثلاً مراکز پردازش هوش مصنوعی—که باید حجم زیادی گرما را در فضای کم دفع کنند، گزینهٔ ایده‌آلی است.

اما طرفِ مقابلِ این کارایی، هزینه است. خنک‌سازی غوطه‌وری چندفازی از گران‌ترین روش‌های متداول خنک‌سازی به‌حساب می‌آید و برای دیتاسنترهایی که مجبورند خیلی دقیق هزینه‌ها را کنترل کنند، معمولاً توجیه اقتصادی ندارد.