از تفکیک گرم و سرد تا غوطه‌وری

با گسترش روزافزون داده‌ها و افزایش توان پردازشی سرورها، مدیریت حرارت در دیتاسنترها و اتاق‌های سرور به یکی از چالش‌برانگیزترین و حیاتی‌ترین مسایل تبدیل شده است. ناکارآمدی در خنک‌سازی می‌تواند منجر به افزایش مصرف انرژی، کاهش طول عمر تجهیزات و حتی از کار افتادن سیستم‌ها شود.

در این مقاله به بررسی جدیدترین تکنولوژی‌ها و رویکردهای نوین در پیاده‌سازی اتاقک‌های سرد و گرم در دیتاسنترها می‌پردازیم که فراتر از روش‌های سنتی عمل کرده و کارایی و پایداری بی‌سابقه‌ای را ارائه می‌دهند.

اساس بسیاری از راهکارهای نوین خنک‌سازی، محفظه‌سازی جریان هوای گرم و سرد است. این روش که به دو صورت Hot Aisle Containment (HAC)  و Cold Aisle Containment (CAC)  پیاده‌سازی می‌شود، با جلوگیری از اختلاط هوای گرم خروجی از سرورها و هوای سرد ورودی به آن‌ها، راندمان خنک‌سازی را به طرز چشمگیری افزایش می‌دهد.

• Cold Aisle Containment (CAC):  در این روش، راهروی سرد (جایی که هوای خنک از آن وارد تجهیزات می‌شود) محصور می‌شود. هوای خنک از طریق کف کاذب یا سایر سیستم‌های توزیع هوا به این راهرو هدایت شده و به صورت مستقیم وارد ورودی سرورها می‌شود. هوای گرم خروجی از سرورها به سمت راهروهای گرم هدایت شده و سپس به سیستم‌های بازگشت هوا یا دستگاه‌های CRAC/CRAH (Computer Room Air Conditioner/Handler) بازگردانده می‌شود. این روش برای دیتاسنترهایی که کف کاذب دارند و می‌خواهند کنترل بیشتری بر دمای ورودی سرورها داشته باشند، مناسب است.

• Hot Aisle Containment (HAC): در این رویکرد، راهروی گرم (جایی که هوای داغ از سرورها خارج می‌شود) محصور می‌شود. هوای داغ بلافاصله پس از خروج از سرورها به سمت دستگاه‌های خنک‌کننده هدایت شده و از بازگشت آن به فضای عمومی اتاق جلوگیری می‌شود. این روش اغلب برای دیتاسنترهایی که فضای بالای رک‌ها (Overhead Plenum)  برای بازگشت هوا دارند، ترجیح داده می‌شود و می‌تواند به افزایش ظرفیت خنک‌سازی CRAC/CRAH کمک کند.

افزایش چشمگیر راندمان انرژی: با جلوگیری از اختلاط هوا، نیاز به تولید هوای سرد بیشتر کاهش می‌یابد.

حذف Hot Spoها: تضمین می‌کند که هوای سرد به‌طور یکنواخت به تمامی تجهیزات می‌رسد و نقاط داغ از بین می‌روند.

افزایش ظرفیت خنک‌سازی: سیستم‌های موجود می‌توانند با راندمان بالاتری عمل کنند.

بهینه‌سازی PUE (Power Usage Effectiveness): کاهش مصرف انرژی سیستم‌های خنک‌کننده منجر به بهبود PUE  می‌شود.

در کنار محفظه‌سازی، دیتاسنترهای مدرن به سمت راهکارهای پیشرفته‌تر و نوآورانه‌تری در حرکت هستند که می‌توانند بارهای حرارتی بسیار بالا را مدیریت کنند:

خنک‌سازی مایع (Liquid Cooling): با افزایش چگالی توان (Power Density) در رک‌ها، خنک‌سازی با هوا به تنهایی دیگر کافی نیست. مایعات دارای ظرفیت انتقال حرارت بسیار بالاتری نسبت به هوا هستند.

Direct-to-Chip Liquid Cooling (DLC): در این روش، مایع خنک‌کننده مستقیما به‌سمت پردازنده‌ها و سایر قطعات گرمازا هدایت می‌شود. از طریق یک سیستم مدار بسته، مایع حرارت را جذب کرده و سپس از طریق مبدل‌های حرارتی به خارج از رک یا دیتاسنتر منتقل می‌کند. این روش فوق‌العاده کارآمد است و برای بارهای حرارتی بالا مانند سرورهای AI و HPC ایده‌آل است.

Immersion Cooling  خنک‌سازی غوطه‌وری: در این تکنولوژی، کل سرور یا بخش‌های اصلی آن در یک مایع دی‌الکتریک (غیررسانا) غوطه‌ور می‌شوند. این مایع حرارت را به طور مستقیم از قطعات جذب می‌کند.

Single-Phase Immersion Cooling: تجهیزات در مایعی با نقطه جوش بالا غوطه‌ور می‌شوند. مایع گرم شده و از طریق یک مبدل حرارتی خارجی خنک می‌شود.

Two-Phase Immersion Cooling:  از مایعی با نقطه جوش پایین استفاده می‌شود. حرارت سرورها باعث جوشیدن مایع شده و بخار تولید می‌شود که سپس چگالش یافته و به مایع بازمی‌گردد. این روش بسیار کارآمد و فشرده است.

Rear Door Heat Exchangers  مبدل‌های حرارتی درب پشتی رک: این مبدل‌ها به‌صورت یک درب پشتی برای رک نصب می‌شوند و هوای گرم خروجی از سرورها را بلافاصله با استفاده از مایع خنک‌کننده، سرد کرده و از بازگشت آن به فضای دیتاسنتر جلوگیری می‌کنند.

Free Cooling  خنک‌سازی طبیعی: این روش از هوای سرد یا آب سرد محیط بیرون برای خنک‌سازی دیتاسنتر استفاده می‌کند و مصرف انرژی را به شدت کاهش می‌دهد.

Air-Side Economizers:  در مناطق با آب و هوای سرد، هوای فیلترشده بیرون مستقیما وارد دیتاسنتر می‌شود (در صورت تایید کیفیت هوا).

Water-Side Economizers  با استفاده از Chillerهای Free Cooling: از برج‌های خنک‌کننده یا Chillerهایی استفاده می‌شود که در دمای پایین محیط بیرون، بدون نیاز به کمپرسور و با مصرف انرژی بسیار کمتر، آب را خنک می‌کنند.

Adiabatic/Evaporative Cooling  خنک‌سازی آدیاباتیک/تبخیری: این روش از تبخیر آب برای خنک کردن هوا استفاده می‌کند. هوای گرم از روی پدهای مرطوب عبور کرده و با تبخیر آب، دمای هوا کاهش می‌یابد. این تکنولوژی به ویژه در مناطق خشک و نیمه‌خشک که رطوبت کم است، بسیار کارآمد است و می‌تواند به طور قابل توجهی مصرف برق را کاهش دهد.

آینده خنک‌سازی دیتاسنترها به‌سمت راهکارهای ترکیبی (Hybrid Cooling) حرکت می‌کند که بسته به بار حرارتی و شرایط محیطی، از ترکیب تکنیک‌های مختلف (مانند خنک‌سازی هوای محصور شده با خنک‌سازی مایع برای رک‌های با چگالی بالا) استفاده می‌کنند. همچنین، سیستم‌های مدیریت زیرساخت دیتاسنتر (DCIM) نقش حیاتی در پایش، بهینه‌سازی و کنترل دقیق دما و جریان هوا ایفا می‌کنند تا بالاترین راندمان انرژی و پایداری حاصل شود.

با پیاده‌سازی این تکنولوژی‌های پیشرفته در اتاقک‌های سرد و گرم و دیتاسنترها، نه تنها می‌توان به کاهش هزینه‌های عملیاتی و مصرف انرژی دست یافت، بلکه پایداری و عملکرد بهینه زیرساخت‌های حیاتی فناوری اطلاعات را نیز تضمین کرد. این رویکردها کلید موفقیت در عصر دیتاسنترهای پرچگالی و مبتنی بر هوش مصنوعی هستند.

*گروه تولید محتوای اترس