Sor és rack alapú hűtési achitektúrák előnyei az adatközpontokban

Átírás

1 Sor és rack alapú hűtési achitektúrák előnyei az adatközpontokban Írta: Kevin Dunlap Neil Rasmussen 130. tanulmány

2 Összefoglaló A teremhűtés egy rossz hatékonyságú megközelítés a következő generációs adatközpontokban. A legújabb generációjú nagy- és változó teljesítménysűrűségű informatikai eszközök olyan körülményeket teremtenek, melyeket a helyiséghűtés soha nem volt hivatott megoldani. Ez olyan hűtési rendszerekhez vezetett, melyek rossz hatékonyságúak, működésük nem előre jelezhető és kis energiasűrűségre alkalmasak. A sor és rackszekrény alapú hűtési architektúrák ezen problémák megoldására lettek kifejlesztve. Jelen tanulmány összehasonlítja a helyiség, a sor és a szekrény alapú architektúrákat, és megmutatja, hogy miért a sor alapú hűtési megoldást fogják előnyben részesíteni a legtöbb új generációs adatközpontban. 2

3 Bevezetés Az informatikai fogyasztóit ellátó összes elektromos energia hőveszteségként jelenik meg az adatközpontokban, amit a túlmelegedés elkerülését elkerülendő el kell távolítani. Gyakorlatilag minden informatikai eszköz léghűtéses, ami azt jelenti, hogy a környezetének levegőjét szívja be és a kiáramló levegőnak adja át a hőveszteségét. Mivel egy adatközpontban több ezer informatikai eszköz is lehet, így több ezer forró légáramlat kering benne, amik együttesen az adatközpont teljes hőveszteségét adják, amit el onnan tüntetni. Egy adatközpont légkondicionáló rendszerének feladata az, hogy hatékonyan elkapja ezt komplex rendszerben áramló hőt, és kivezesse azt a helyiségből. A helyiség alapú hűtés tradícionális megoldás adatközpontok hűtésének megvalósítására. Eszerint egy vagy több párhuzamosan dolgozó légkondicionáló berendezés juttat hideg levegőt az adatközpontba, mialatt a melegebb környező levegőt kivonják onnan. Ennek a megközelítésnek az alapelve az, hogy a légkondicionálók nem pusztán nyers hűtőkapacitást nyújtanak, de egy nagy keverőként is működnek, folyamatosan keverve és cserélve a levegőt a helyiségben, homogén átlagos hőmérsékleten tartva azt, megelőzve a forró pontok kialakulását. Ez a módszer csak addig hatékony, amíg a légkeveréshez szükséges energia csak kis töredéke az adatközpont teljes energiafogyasztásának. A szimulációs adatok és a tapasztalat azt mutatják, hogy ez a rendszer addig hatékony, amíg a átlagos teljesítménysűrűség rackszekrényenként az 1 2 kw-os nagyságrendben van, ami W/m 2 -t jelent. A modern informatikai eszközök energiasűrűségének a maximuma sajnos a 20 kw-ot vagy többet is elérheti rackszekrényenként, amely tartományban a szimulációs adatok és a tapasztalat szerint a légcserétől függő helyiség alapú hűtés már nem működik hatékonyan. Ennek a problémának a megoldására sor vagy rack alapú hűtést alkalmazó új tervezési megközelítések tűnnek fel. Ezekben a megoldásokban a légkondicionáló berendezéseket a racksorokba vagy az egyedi rackszekrényekbe építik be. Ez sokkal jobb előrejelezhetőséget, nagyobb teljesítménysűrűséget, jobb hatékonyságot biztosít, és számos más előnnyel is jár. Jelen tanulmányban a különböző megközelítéseket ismertetjük és hasonlítjuk össze. Megmutatjuk, hogy mindhárom megközelítésnek van megfelelő alkalmazási területe, és a nagyobb sűrűségű alkalmazásoknál általánosságban a helyiség alapú hűtésektől a sor alapú hűtések felé tartó trend várható. 3

4 Helyiség, sor és rack alapú hűtési architektúrák Egy adatközponthűtő rendszernek két fő feladata van: a teljes hűtési kapacitás biztosítása és a levegő elosztása az informatikai fogyasztókhoz. A hűtési kapacitás minden hűtési architektúránál ugyan úgy biztosítható, nevezetesen hogy a légkondicionáló rendszer teljes hűtőkapacitása kilowattban mérve el kell, hogy érje az informatikai eszközök teljes áramfelvételét. A feladatot ellátó különféle technológiák ugyanazok a helyiség, sor vagy rack szintjén tervezett hűtő rendszereknél. A hűtési architektúrák közti fő különbség abban áll, hogy a második kritikus funkciót, a levegő fogyasztókhoz történő elosztását hogyan oldják meg. Szemben az áramelosztással, ahol az áramlás a vezetékekre korlátozódik, és egyszerűen áttekinthető, a helyiség alapú rendszerek légáramlása csak enyhén kis mértékben korlátozódik az ideális útvonalra, nehezen tervezhető és jelentékeny mértékben változik a különböző installációknál. A különböző hűtőrendszer-tervezési megközelítések fő célja a légáramlás szabályozása. Az 1. ábrán a 3 alapvető architektúra látható az alaprajzi elrendezéshez képest. A képen fekete négyzetek jelölik a sorba rendezett rackszekrényeket, míg a kék nyilak a légkondicionáló egységek logikai kapcsolatát az informatikai rackekhez. A légkondicionáló egységek aktuális fizikai elhelyezkedése eltérő lehet. A helyiség alapú architektúránál a légkondicionáló egységeket a szobával rendelik össze, a sorszintű architektúránál a sorokkal vagy csoportokkal, míg a rack-szintű architektúránál a légkondicionáló egységeket külön-külön rendelik a rackszekrényekhez. 1. ábra A helyiség, sor és rack alapú hűtési architektúrák elrendezésének alapjai. A kék nyilak jelölik a fő hűtésellátó útvonalak kapcsolatát a szobával. Helyisé Sor Rack 4

5 A következő részekben az egyes struktúrák működési alapelveit foglaljuk össze: Helyiség alapú architektúra A helyiség alapú architektúrában a légkondicionáló egységeket a teremmel rendelik össze és azok a helyiség teljes hőterhelésének kezelése érdekében párhuzamosan működnek. A helyiség alapú architektúra egy vagy több légkondicionálóból állhat, melyek a légcsatornáktól, párásítóktól, szellőzőktől stb. teljesen függetlenül szolgáltatják a hideg levegőt, vagy pedig az ellátó- és/vagy visszatérő ágát részben korlátozni lehet álpadlóval vagy egy mennyezeti visszatérő ággal. Bővebb információért lásd az APC 55-ös számú, Air Distribution Architecture Options for Mission Critical Facilities című tanulmányát. A tervezés során a légáramlásra fordított figyelem általában nagyon változó. Kisebb helyiségekben a szekrények elhelyezését általában nem tervezik meg, és a légáramlást sem tervezik szabályozni. Kifinomultabb megoldásoknál az álpadlót lehet tervezetten használni jól levegő szállításra egy hideg-meleg folyosós elrendezésben, azzal a kifejezett céllal, hogy az informatikai rackekhez igazítsák és irányítsák a légáramlást. A helyiség alapú megoldást erősen befolyásolják a helyiség egyedi kötöttségei, ideértve a mennyezet magasságát, a helyiség alakját, az álpadló alatti és fölötti akadályokat, a szekrények elhelyezkedését, a légkondicionálók helyét és az informatikai fogyasztók közti áramelosztást. Az eredmények azt mutatják, hogy a működési jellemzők előre jelezhetősége és egyenletessége gyenge, különösen ha növekszik az energiasűrűség. Ezért Computational Fluid Dynamics, CFD-nek nevezett komplex számítógépes szimulációkra lehet szükség az egyedileg tervezett installációk teljesítményének megismeréséhez. Továbbá olyan módosítások, mint az informatikai eszközök áthelyezése, cseréje vagy új eszközök elhelyezése érvénytelenné tehetik a korábbi modellt és további analízist és/vagy tesztelést igényelnek. Különösen a légkondicionáló redundanciájának biztosítását komplikált kielemezni, és ezért nehezen ellenőrihzető, hogy valóban rendelkezésre áll-e. A helyiség alapú architektúra egy másik jelentős hiányossága az, hogy sok esetben nem használható ki teljesen a légkondicionálók névleges kapacitása. Ilyen eset akkor fordul elő, ha a helyiség terve miatt a hűtőlevegő egy jelentős része elkerüli az informatikai fogyasztókat, és közvetlenül visszatér a légkondicionálókhoz. Ez az elkerülő levegő olyan kondicionált légáram, amely nem vesz részt a fogyasztók hűtésében, ezáltal a teljes hűtési kapacitás csökkenését okozza. Eredményképpen az informatikai eszközök hűtési igénye meghaladhatja a légkondicionáló rendszer hűtési kapacitását, még akkor is, ha annak elméleti hűtési kapacitása (kw) nincs teljesen kihasználva. A probléma részletesebb tárgyalása az APC 49-es számú, Avoidable Mistakes that Compromise Cooling Performance in Data Centers and Network Rooms című tanulmányában olvasható. 5

6 Sor alapú architektúra A sor-alapú architektúránál a légkondicionáló egységeket egy sorhoz kapcsolják, és tervezési megfontolásokból feltételezik, hogy egy sor ellátásáról gondoskodnak. A légkondicionáló egységeket be lehet építeni az informatikai rackek közé, a mennyezetre, vagy az álpadló alá. Szemben a helyiség alapú architektúrával a légáramlás útja rövidebb és pontosabban meghatározott, emellett sokkal jobban modellezhető, a légkondicionáló teljes névleges kapacitása kihasználható, és nagyobb teljesítménysűrűség érhető el. A sor-alapú architektúra a jó hűtési jellemzők mellett sok mellékes előnnyel jár. A légáramlat útjának lerövidítése csökkenti a szükséges ventillátor teljesítményt, ezáltal növelve a klímaberendezések hatékonyságát. Ez nem elhanyagolandó szempont, amikor arra gondolunk, hogy sok gyengén terhelt adatközpontban a légkondicionálók ventillátorainak fogyasztása egymagában túllépi az informatikai terhelés teljes energiafelhasználását. A sor alapú tervezés lehetővé teszi, hogy a hűtési kapacitást és redundanciát az egyes sorok aktuális szükségleteihez igazítsák. A sor alapú architektúra például megengedi, hogy egy racksor olyan nagy sűrűségű alkalmazásokat futtasson, mint amilyenek a blade szerverek, mialatt egy másik sor a hálózati rackszekrényekhez hasonló kis energiasűrűségű alkalmazásokat szolgál ki. Ezen túlmenően egyes soroknál különböző, pl. N+1 vagy 2N redundanciát lehet biztosítani. A sor alapú architektúrát álpadló nélkül is meg lehet valósítani, ami megnöveli a födém netto terhelhetőségét, csökkenti a telepítési költségeket, szükségtelenné teszi a felhajtó rámpákat, és lehetővé teszi, hogy olyan épületekben létesítsenek adatközpontokat, melyekben egyébként nem kellően nagy a belmagasság egy megfelelő álpadló telepítéséhez. Ez különösen nagy sűrűségű telepítéseknél probléma, ahol legalább egy méter magas álpadlóra van szükség. A 2a és 2b ábrán sor alapú hűtési megoldásokra láthatók példák. 2a. ábra InRow hűtési megoldás 2b. ábra Mennyezeti hűtési megoldás 6

7 A 2a. ábra InRow megoldását olyan lezárt melegfolyosó rendszerbe (Hot Aisle Containment System) is lehet konfigurálni, amely a teljesítménysűrűség növelésének lehetőségeit bővíti. Ez a megoldás tovább növeli a hűtés előrejelezhetőségét azzal, hogy a levegő keveredésének legkisebb esélyét is kizárja. A sor alapú architektúrák egyszerű és előre definiált struktúrája előre jelezhetővé teszik a működést, amit a gyártók pontosan tudnak specifikálni, ráadásul ezek a rendszerek relatíve érzéketlenek a helyiség geometriai jellemzőire és annak felépítéséből adódó adottságaira. Ez mind a specifikációt, mind a tervezés folyamatát leegyszerűsíti, különösen 5 kw-nál nagyobb teljesítménysűrűségű rackszekrényeknél. A teljesítménysűrűség specifikálását részletesen leírja az APC 120-as számú, Guidelines for Specification of Data Center Power Density című tanulmánya. Noha úgy tűnik, hogy ez az architektúra automatikusan több légkondicionáló egységet igényel, mint a helyiség alapú, ez nem feltétlenül igaz, különösen nagyobb teljesítménysűrűségű alkalmazásoknál. Erről később szólunk. Rack alapú architektúra Rackszekrény alapú architektúránál a légkondicionáló egységeket egy sorhoz rendelik, és tervezési megfontolásokból feltételezik, hogy egy sor ellátásáról gondoskodnak. A légkondicionáló egységeket közvetlenül az informatikai rackekre vagy azok belsejébe szerelik. A helyiség vagy sor alapú architektúrákhoz képest a légáramlatok útvonala még rövidebb és pontosabban definiált, így a légmozgás teljesen érzéketlenek a telepítés megváltozására vagy a helyiség adottságaira. A légkondicionáló teljes névleges kapacitása kihasználható, és így érhető el a legnagyobb teljesítménysűrűség (rackszekrényenként akár 50 kw). Rack alapú hűtési megoldásra a 3. ábrán látható példa. A sorhűtéshez hasonlóan a rack alapú architektúrának más egyedi sajátosságai is vannak a rendkívüli sűrűségkapacitáson túl. A légáramlat útjának lerövidítése csökkenti a szükséges ventilátor-teljesítményt a légkondicionálóban, növelve a hatékonyságot. Amint azt már korábban említettük, ez nem elhanyagolható haszon, amikor arra gondolunk, hogy sok kis terhelésen működő adatközpontban a légkondicionáló ventillátorának fogyasztása egymagában túllépi a teljes informatikai terhelés energiafelvételét. A rack alapú tervezés lehetővé teszi, hogy a hűtési kapacitást és redundanciát az egyes rackek aktuális szükségleteihez igazítsák, például különböző teljesítménysűrűséget a blade szervereknek, mint a kommunikációs szekrényeknek. Ezen túlmenően N+1 vagy 2N redundanciát lehet megcélozni bizonyos rackszekrényeknél. Ezzel szemben a sor alapú architektúra ezen sajátosságok meghatározását csak a sor szintjén engedélyezi, a helyiség alapú pedig csak a helyiség szintjén. 7

8 3. ábra Dedikált rack-hűtési megoldás, teljesen a rackbe épített hűtéssel A rack alapú architektúrák egyszerű és előre definiált struktúrája előre jelezhetővé teszik a működést, amit a gyártók pontosan tudnak specifikálni, ráadásul ezek a rendszerek teljesen érzéketlenek a helyiség geometriai jellemzőire és annak felépítéséből adódó adottságaira. Ez mind a specifikációt, mind a tervezés folyamatát leegyszerűsíti, különösen 5 kw-nál nagyobb teljesítménysűrűségű rackszekrényeknél. A teljesítménysűrűség specifikálását részletesen leírja az APC 120-as számú, Guidelines for Specification of Data Center Power Density című tanulmánya. Ennek megközelítésnek a fő hátránya, hogy a többihez képest nagyszámú légkondicionáló egységre és azokhoz tartozó csövezésre van szükség, különösen kisebb teljesítménysűrűségeknél. Ezt a tanulmány későbbi részében számszerűsítjük. 8

9 Kevert architektúra Semmi sem szól az ellen, hogy a helyiség, sor és rack alapú architektúrát együtt használjuk ugyanabban a telepítésben, sőt sok esetben előnyös a vegyes alkalmazás. Mint az a 4. ábrán látható, az teljesítménysűrűség széles spektrumában működő adatközpontok profitálhatnak a három típus egyszerre történő alkalmazásából: 4. ábra Helyiség, sor és rack alapú architektúrát együttesen alkalmazó rendszer elrendezése Sor alapú d Rack alapú Helyiség alapú Helyiség alapú: Helyiség hűtése, de elsősorban alacsony teljesítménysűrűségű területek kiszolgálása, ahol az ezsközök keverten találhatók, mint például hálózati eszközök, kis teljesítménysűrűségű szerverek és tárolók. Cél: 1 3 kw/rack, W/m 2 Sor alapú: Nagy vagy ultranagy sűrűségű, blade szerverekkel vagy 1U szerverekkel rendelkező terület hűtése. Rack alapú: Izolált, nagy vagy ultranagy sűrűségű rackszekrények hűtése. A sor és rack alapú architektúrák másik hatékony felhasználási módja a már létező, kis sűrűségű helyiség alapú hűtéssel rendelkező termek sűrűségének növelése. Ebben az esetben létező adatközponton belüli szekrények kis csoportjait szerelik fel sor vagy szekrény alapú hűtési rendszerekkel. A sor vagy rackhűtő eszköz hatékonyan elszigeteli az új, nagy sűrűségű szekrényeket, hőmérsékleti szempontból lényegében semlegessé téve őket a már létező helyiség alapú hűtőrendszer számára. Így nagy sűrűségű fogyasztókat lehet telepíteni meglévő kis sűrűségű adatközpontba anélkül, hogy a már kialakított helyiség alapú hűtőrendszert módosítani kellene. Miután telepítették, ez a megközelítés ugyanazt a vegyes architektúrát eredményezi, mint ami a 4. ábrán fentebb látható. 9

10 Hibridek Léteznek még hűtési technológiák, amelyeket némely tulajdonságuk miatt nem lehet a fenti három architektúrába besorolni, mégis mindegyikre hasonlítanak. A kiáramló levegőt csövön elvezető rendszerek a rack szintjén kapják el a kiáramló levegőt és közvetlenül, légcsatornán keresztül visszavezetik azt egy helyiség alapú hűtőrendszerbe. Ez a rendszer rendelkezik a szekrény alapú hűtőrendszer néhány előnyével, de meglévő vagy tervezett helyiség alapú hűtőrendszerbe integrálható. Ilyen eszközre láthatunk példát az 5. ábrán. 5. ábra Rackszintű légcsatornás meleglevegő elvezetés álmenneyezetben Hűtési architektúrák előnyeinek összehasonlítása Ahhoz, hogy hatékony döntéseket tudjunk hozni a hűtési architektúra kiválasztását illetően adatközpontok építésekor vagy bővítésekor, elengedhetetlen, hogy tervezésekor valódi adatközpontok tervezését és működését befolyásoló gyakorlati problémákra fókuszáljunk. Egy adatközpont-üzemeltetők körében végzett felmérés szerint ezeket a problémákat az alábbi kategóriák valamelyikébe lehet sorolni: Agilitás A rendszer rendelkezésre állása Életciklusra vetített birtoklási összköltség Szervizelhetőség Felügyelhetőség Ebben a részben a felhasználók által kijelölt fenti kategóriák mindegyikét átvizsgáljuk, és azzal foglalkozunk, hogy az alternatív architektúrák hogyan kezelik a fő hűtési kihívásokat. Először a legmagasabb prioritású kihívásokat soroljuk fel minden kategóriában, melyeket az alapján határoztunk meg, hogy a válaszadók hányszor említették őket, és mennyire találták fontosnak. 10

11 Agilitásbeli kihívások Az adatközpontok felhasználói az 1. táblázatban látható agilitásbeli kihívásokat tekintették kritikus problémának a hűtés szempontjából. Azt is összefoglaltuk, hogy a különböző architektúrák milyen hatékonysággal felelnek meg ezeket a kihívásoknak. 1. táblázat A helyiség, sor és rack alapú hűtési architektúrák hatékonysága az agilitásbeli kihívások megoldása terén. A legjobb teljesítményt kék színnel emeltük ki. Agilitásbeli kihívások Kihívás Rack Sor Helyiség Előrejelezhetetlen, növekvő teljesítménysűrűség kezelése Moduláris; rack szintű sűrűségi igénytől függően lehet telepíteni Moduláris; sor szintű sűrűségi igénytől függően lehet telepíteni. Bonyolult bővíteni vagy átalakítani; főleg előzetes igények alapján építik ki. Egyedi telepítések mérnöki erőforrásainak csökkentése Állandóan változó szükségletekhez vagy bármilyen energiasűrűséghez való alkalmazhatóság Hűtőkapacitás már létező helyiségbe történő beszerelési lehetősége Minimális újrakonfigurációt igénylő nagyon rugalmas hűtőelrendezést biztosít Érzéketlen a helyiség tényezőire; a rackek elhelyezése teljesen tetszőleges. A rack által nem használt hűtőkapacitást más rack nem használhatja fel. A létező hűtőrendszertől teljesen elszigetelt terheléseket lehet beépíteni, a racl hűtési kapacitásáig korlátozva. Az új architektúrához való alkalmazkodás miatt a rackek átalakítására vagy az informatikai eszközök áthelyezésére lehet szükség. Érzéketlen a helyiség tényezőire, ha a sorokat ayűz ajánlásoknak megfelelően helyezik el; egyszerű eszközökkel konfigurálható. A hűtőkapacitás jól meghatározott és egy rackcsoporton belül megosztható. A létező hűtőrendszertől teljesen elszigetelt terheléseket lehet beépíteni, minden járulékos hűtőrendszer növeli a teljes sor sűrűségét. A racksorok áthelyezését vagy a mennyezeti infrastruktúra változtatását igényli. Komplex CFD analízis szükséges amely minden helyiség esetén más eredményt ad Bármilyen változás túlmelegedéshez vezethet; a redundancia és sűrűség elérésének biztosításához komplex analízis szükséges. A létező hűtőrendszer leállítását teheti szükségessé; körültekintő tervezést igényel. A 3 kw/rack-nél kisebb teljesítménysűrűségek hűtéselosztásainak megváltoztatásához a padlólapokat könnyen át lehet konfigurálni. 11

12 A rendelkezésre állással kapcsolatos kihívások Az adatközpont felhasználói a rendelkezésre állás 2. táblázatban látható kihívásait tekintették kritikus problémának a hűtés szempontjából. Azt is összefoglaltuk, hogy a különböző architektúrák milyen hatékonysággal oldják meg ezeket a kihívásokat. 2. táblázat A helyiség, sor és rack alapú hűtési architektúrák hatékonysága a rendelkezésre állás kihívásainak megoldása terén. A legjobb teljesítményt kék színnel emeltük ki. A rendelkezésre állással kapcsolatos kihívások Kihívás Rack Sor Helyiség Forrópontok megszüntetése Redundancia biztosítása szükség esetén Hőmérsékletváltozás megszüntetése a rack eleje előtt Folyadékszivárgás minimalizálása létfontosságú alkalmazásoknál Emberi hiba csökkentése Szorosan összekapcsolja a hőelvezetést a hőtermeléssel, hogy elkerülje a levegő keveredését. A légáramlatot teljesen a szekrénybe zárja. Minden rack 2N hűtési kapacitást igényel; sok rackhűtő rendszer nem képes redundanciára. A szekrény hátuljánál elkapja a hőt, mielőtt az még a hideglevegőellátással keveredne. Magasabb a visszatérő levegő hőmérséklete, hogy csökkentse, vagy megszüntesse a párakivonást. A rackenkénti hűtés további csővezetékeket igényel, ez pedig szivárgás kockázatát növeli. A szabványos megoldások jól dokumentáltak és bármelyik felhasználó üzemeltetheti őket. Szorosan összekapcsolja a hőelvezetést a hőtermeléssel, hogy elkerülje a levegő keveredését. A közös hőkivonás miatt alkalmazható az N+1 redundancia. A szekrény hátuljánál elkapja a hőt, mielőtt az még a hideglevegőellátással keveredne. Magasabb a visszatérő levegő hőmérséklete, hogy csökkentse, vagy megszüntesse a párakivonást. A szabványos megoldások jól dokumentáltak és bármelyik felhasználó üzemeltetheti őket. Az ellátó és visszatérő útvonalakon gyakori a levegőkeveredés; Megtervezett légcsatornára van szükség a légáramlatok különválasztásához. A hibamódok modellezéséhez komplex CFD analízisre van szükség; lokalizált redundanciát igényel. A nem kielégítő hűtőlevegő ellátás, vagy meleg levegő visszaszívás miatt a meleg visszaáramolhat a rack elejéhez. A kevert levegő visszatérése a klímaberendezésbe segíti a vízpára kicsapódását és megnöveli a párásítás szükségességét. Az egyedileg megtervezett rendszerek magasan képzett és specializált szakembert igényelnek. 12

13 Az életciklus költségével kapcsolatos kihívások Az adatközpont felhasználói az életciklusra vetített költség 3. táblázatban látható kihívásait tekintették nagy prioritású problémának a hűtés szempontjából. Azt is összefoglaltuk, hogy a különböző architektúrák milyen hatékonysággal oldják meg ezeket a kihívásokat. 3. táblázat A helyiség, sor és rack alapú hűtési architektúrák hatékonysága az életciklusra vetített költség kihívásainak megoldása terén. A legjobb teljesítményt kék színnel emeltük ki. Az életciklus költségével kapcsolatos kihívások Kihívás Rack Sor Helyiség A beruházás költségének és a rendelkezésre álló helynek az optimalizálása Telepítés gyorsítása Szervizszerződések költségének csökkentése A hűtőrendszer-fejlesztési beruházások megtérülésének számszerűsítése A kapacitás terheléshez történő igazításával a működési hatékonyság maximalizálása Ha minden szekrényhez külön rendszert tervezünk, az túlméretezést és kapacitásveszteséget okozhat. Előre megtervezett rendszer, mely csökkenti a tervezésre és kivitelezésre fordított időt, vagy teljesen megszünteti azt. A szabványos komponensek csökkentik a szervizelési időt, és a felhasználók általi szervizelhetőségét teszik lehetővé. Az IT rackek számának megfelelő számú berendezést igényel. A rendszerteljesítmény pontos méretezésére szabványos komponensek szolgálnak. A hűtőrendszer valószínűleg túlméretezett lesz, és nem aknázza ki teljesen a lehetőségeket. A hűtési szükségleteket a telepített kapacitás nagyobb százalékához tudja igazítani. Előre megtervezett rendszer, mely csökkenti a tervezésre és kivitelezésre fordított időt, vagy teljesen megszünteti azt. A szabványos komponensek csökkentik a szervizelési időt, és a felhasználók általi szervizelhetőségét teszik lehetővé. A rendszerteljesítmény pontos méretezésére szabványos komponensek szolgálnak. A hűtési igényhez megfelelően méretezett hűtőkapacitás a beépített hűtési kapacitást a hőterheléshez igazítja. A rendszerteljesítményt nehéz előre jelezni, ez gyakori túlméretezést eredményez. Egyedi tervezést igényel, mely túllépheti a szervezeti elvárásokat. Az egyedi komponensekhez speciális szervizszerződés ek szükségesek. A vásárlók által tervezett megoldások nehezítik a rendszerteljesítmény előrejelzését. A levegőszállítás miatt a kapacitást túlméretezett; a légszállításhoz szükséges álpadló alatti statikus nyomás a helyiség méret és az álpadló magasság függvénye. 13

14 A szervizelhetőség kihívásai Az adatközpont felhasználói a szervizelhetőség 4. táblázatban látható kihívásait tekintették nagy prioritású problémának a hűtés szempontjából. Azt is összefoglaltuk, hogy a különböző architektúrák milyen hatékonysággal oldják meg ezeket a kihívásokat. 4. táblázat A helyiség, sor és rack alapú hűtési architektúrák hatékonysága a szervizelhetőség kihívásainak megoldása terén. A legjobb teljesítményt kék színnel emeltük ki. A szervizelhetőség kihívásai Kihívás Rack Sor Helyiség Átlagos helyreállítási idő (beleértve a javítási időt, a technikus kiszállási idejét, a hiba felderítése és az alkatrészek megérkezésének idejét) A rendszer komplexitásának csökkentése Egyszerűbb szervizeljárások A különféle gyártóktól származó interfészek számának minimalizálása Múltbeli problémákból tanulás lehetősége és felhasználhatósága más rendszerek esetén A moduláris komponensek csökkentik a leállási időt; a rendszer javításához és karbantartásához 2N redundancia szükséges. A szabványosított komponensek csökkentik a rendszeres szervizhez és karbantartáshoz szükséges szakértelem szintjét. A belső személyzet el tudja végezni a rendszeres szervizelést. A csatlakozókkal rendelkező moduláris alrendszerek elkerülhetővé teszik a hibákat a szervizelések alatt. A moduláris egységeket úgy tervezték, hogy kevés más rendszerrel kelljen integrálni őket. A szabványos elemekből építkező megközelítés egy rack és egy hűtőegység összeépítése révén maximalizálja a tanulást. A moduláris komponensek csökkentik a leállási időt; N+1 vagy nagyobb kapacitás lehetővé teszi a rendszerműködés megszakítása nélküli javítást. A szabványosított komponensek csökkentik a rendszeres szervizhez és karbantartáshoz szükséges szakértelem szintjét. A belső személyzet el tudja végezni a rendszeres szervizelést. A csatlakozókkal rendelkező moduláris alrendszerek elkerülhetővé teszik a hibákat a szervizelések alatt. A moduláris egységeket úgy tervezték, hogy kevés más rendszerrel kelljen integrálni őket. A szabványos elemekből építkező megközelítés alacsony szintű kapcsolatokkal növeli ugyan a tanulás lehetőségét, de kevesebb rendszerből lehet tanulni. Egyedi pótalkatrészek nem állnak rendelkezésre, és képzett technikust igényelnek, ami megnöveli a helyreállási időt. A rendszer működése és javítása képzett szakembert igényel. A rutin szervizeljárások egymáshoz nem kapcsolódó alrendszerek szétszerelését igénylik. Néhány szervizelendő egységhez nem könnyű hozzáférni, miután a rendszert telepítették. Sok eljáráshoz nagy tapasztalattal rendelkező személy szükséges. Több gyártótól származó alrendszerekkel tervezett megoldás. Az egyedi padlóelrendezéseknek egyedi problémái vannak, korlátozva ezáltal a tanulást. 14

15 Felügyelhetőségi kihívások Az adatközpont felhasználói a felügyelhetőség 5. táblázatban látható kihívásait tekintették fontosnak a hűtés szempontjából. Azt is összefoglaltuk, hogy a különböző architektúrák milyen hatékonysággal oldják meg ezeket a kihívásokat. 5. táblázat A helyiség, sor és rack alapú hűtési architektúrák hatékonysága a felügyelhetőség kihívásainak megoldása terén. A legjobb teljesítményt kék színnel emeltük ki. Felügyelhetőségi kihívások Kihívás Rack Sor Helyiség A rendszermenünek letisztultnak és könnyen átláthatónak kell lennie Előrejelző hibaanalízis lehetősége Hűtőteljesítményadatok szolgáltatása és összesítése A kevés konfigurálási lehetőség miatt a felhasználó gyorsan végig tud navigálni a menü interfészén. A jelenlegi és jövőbeli teljesítményről valós idejű modelleket ad. Valós időben rendelkezésre áll a rack szintjén meghatározott hűtőkapacitás. A kevés konfigurálási lehetőség miatt a felhasználó gyorsan végig tud navigálni a menü interfészén. A korlátozott számú szabályozótényező miatt a jelenlegi és jövőbeli teljesítményről közel valós idejű modelleket ad. Valós időben rendelkezésre áll a sor szintjén meghatározott hűtőkapacitás. A rack szintű információt hatékonyan lehet becsülni. A sok konfigurálási lehetőséggel bíró rendszer bonyolítja a menü struktúráját. Fejlett szervizelési betanítást igényel. A helyiség egyedi tényezői miatt gyakorlatilag lehetetlen a jelenlegi és jövőbeli teljesítményről valós idejű modelleket adni. A rack vagy helyiség szintjén nem áll rendelkezésre információ a hűtőkapacitásról. Összegzés és elemzés A fenti összehasonlító táblázatok vizsgálata és elemzése az alábbi következtetések levonását teszi lehetővé: A moduláris rack alapú architektúra a legrugalmasabb, gyorsan lehet implementálni, és ugyan járulékos költséggel, de rendkívüli sűrűséget tesz lehetővé. A helyiség alapú architektúra rugalmatlan, időigényes implementálni, és nagyobb sűrűségnél rosszul teljesít, kisebb sűrűségnél viszont olcsóbb és egyszerűbb. A moduláris, sor alapú architektúra a rack alapú megoldás sok előnyével jár, ami a rugalmasságot, megvalósítási sebességet és sűrűséget illeti, azonban közel annyiba kerül, mint a helyiség alapú architektúra. Ezekről a problémákról szólunk bővebben a következő részekben. 15

16 Speciális problémák Az architektúrákkal kapcsolatos néhány gyakorlati probléma további magyarázatot igényel. Ezeket ebben a részben tárgyaljuk. Kapacitáskihasználtság A legtöbb felhasználó természetesnek veszi, hogy ha 500 kw hűtőegységet telepít, akkor 500 kw informatikai terhelést telepíthet és hűthet. Ez így nem igaz. Habár a légkondicionálók egy csoportja rendelkezhet az állított kapacitással, ez nem jelenti azt, hogy ezt a hűtést képesek is a terheléshez szállítani. Az aktuális kapacitás azon részét, melyet valós informatikai terhelések hűtésével lehet elérni, használható kapacitásnak hívjuk. Ha a használható kapacitás 100% alá esik, a légkondicionáló rendszer méretét meg kell növelni az ehhez szükséges költséggel, hellyel és karbantartással. Ahogy azt a következő részekben megmagyarázzuk és az 5. ábrán összefoglaltuk, a három hűtőrendszer architektúrája ebben a vonatkozásban drasztikusan különbözően viselkedik. 5. ábra A három hűtőrendszer-architektúra légkondicionálóinak használható kapacitása az átlagos teljesítménysűrűség függvényében Használható hűtési kapacitás 100% 80% 60% 40% 20% 0% sor alapú hűtés helyiség alapú hűtés rack alapú hűtés Átlagos teljesítménysűrűség/rack (kw) Az ábra azt mutatja, hogyan változik a három hűtőrendszer-architektúra használható kapacitása a rackbeli teljesítménysűrűség függvényében. A modell az energiasűrűség 1,5:1-es csúcs/átlag arányát feltételezte N+1-es hűtési redundancia szükséglettel, maximum 10 rackszekrényből álló sorhosszal, a helyiséghűtő egységenkénti 100 kw-os, a sorhűtő egységenkénti 25 kw-os és a rackhűtőnek a csúcsteljesítményszükséglettel egyező a névleges teljesítménye. Más paraméterek más eredményekhez vezetnek, de ez nem befolyásolja az adat általános mintáját. 16

17 Megjegyzendő, hogy ebben az esetben a használható kapacitás csak a légkondicionáló egységekre vonatkozik, azoknak az informatikai eszközökkel létesített közvetlen kapcsolatát alapul véve. A kültéri hőleadó rendszerek mindhárom architektúra esetében 100%-os használható kapacitással működhetnek. Ezért a kapacitásvesztéssel kapcsolatos költségeket csak a beltéri légkondicionáló rendszerekre kell vonatkoztatni. A rack alapú architektúra használható kapacitása általában jóval 100% alatt van. Itt minden rackszekrénynek dedikált a légkondicionálója, és ezért dedikált kapacitása is van. Valahányszor egy rack aktuális terhelése kisebb a névleges kapacitásánál, a maradék kapacitása nem kerül kihasználásra, sőt semelyik másik rackszekrény sem tudja kihasználni. Ha egy rackszekrénynek például 10 kw-os hűtése van, de csak 6 kw-os informatikai terhelése, a rack 4 kw-os felesleges kapacitását nem tudja kihasználni semelyik másik rack. Ez a kihasználatlan kapacitás nem kölcsönözhető szomszédos rackszekrényeknek sem redundancia szempontjából, sem más célra. Mivel a valós rackszekrények szignifikánsan különböznek energiasűrűségben, a használható kapacitás a névleges kapacitás fele vagy kevesebb is lehet. Az 5. ábrán látható, hogyan változik a rack alapú architektúra használható kapacitása a teljesítménysűrűség függvényében. A redundancia feltételezése erősen befolyásolja a rack alapú architektúra hűtési kapacitását, mert két nem teljesen kihasznált légkondicionáló szükséges minden szekrényhez. Egy nem redundáns rendszer esetén ez az architektúra megduplázná a kihasználtságot. Vegyük észre, hogy ennél az architektúránál az elvi kihasználtság független az energiasűrűségtől. A helyiség alapú architektúránál látszólag 100%-osnak tűnik a használható kapacitás, mert úgy tűnik, hogy a kapacitások közösek és megosztottak a helyiség szintjén. Valójában nagyon alacsony, például 1 2 kw-os energiasűrűségeknél az 5. ábrán látható módon ez egy logikus feltételezés, azonban a sűrűség növekedésével a hatékonyság drámaian letörik. Ez a kapacitásvesztés abból adódik, hogy a rendszer képtelen a szükséges hideg levegőt a terhelésekhez szállítani. Eredményképpen a rendszert túl kell méretezni a terheléshez képest, ami a használható kapacitást csökkenti. A helyiség alapú architektúra előrejelezhetetlensége rackszekrényenkénti 6 kw-nál húzza meg a határt, ahogy az az 5. ábrán látható. A sor alapú nyújtja a legnagyobb használható kapacitást a legszélesebb energiasűrűség-tartományban. Mivel a légkondicionáló egységeket a terhelésekhez közel szerelik, 25 kw-os sűrűségig akár a teljes kapacitást is a terheléshez lehet vezetni, vagy gyakorlatilag a helyiség alapú architektúra kapacitásának akár négyszeresét is. Mellesleg a szekrény alapú architektúrának köszönhetően a légkondicionáló egységek képesek megosztani a hűtést a közeli szekrényekkel, ami a korábban említett kihasználatlan kapacitás mértékét csökkenti. A sor alapú architektúra használható kapacitása mégis lecsökken alacsony sűrűségeknél, mert a légkondicionálást minden sorhoz hozzá kell rendelni a sűrűség mértékétől függetlenül. Sor alapú architektúránál a használható kapacitást jellemző görbe szokatlan recéssége a kvantálás hatásainak, a véges sorhosszaknak, és annak köszönhető, hogy a légkondicionálókat egyedi sorokhoz kell rendelni, valamint hogy kis kapacitású berendezések nem állnak rendelkezésre. A görbe sima lenne, ha a sorok végtelen hosszúak lennének. 17

18 Párásítás Egy számítógépterem légkondicionáló rendszerének egyik fő feladata a páratartalom karbantartása a káros elektrosztatikus kisülés lehetőségének csökkentése érdekében. Ezt a funkciót sokszor beépítik a légkondicionálóba. A légkondicionáló egységek számának lehetséges növekedésével járó architektúrákban természetesen vetődik fel a kérdés, hogy a párásító készülékek számát szintén növelni kell. Ez különösen kockázatos, mert a párásító készülékeknek vezetékes vízre van szükségük, és általában nagy karbantartást igénylő eszközök. A probléma körültekintő vizsgálata azt mutatja, hogy a párásító készülékek légkondicionálókkal történő jelenleg alkalmazott integrációja alapvetően elavult, és hogy a párásítást a helyiség szintjén kellene megvalósítani, a légkondicionálástól különválasztva. Ez három okra vezethető vissza: A nagyobb sűrűségű telepítések nagyobb számú légkondicionálóval rendelkezhetnek a választott architektúrától függetlenül; műszakilag nem indokolt a párásító eszközök ekkora száma, és nagy számuk esetén sok gyakorlati hátrány jelentkezik, ilyen például a karbantartás. Amikor egy helyiségben számos párásító készülék található, nehéz a működésüket koordinálni, és ez áram- és vízveszteséggel jár. Hidegebb levegő kevesebb párát tud felvenni, a forszírozott hideg levegő párásítás a légkondícionálókban pedig rossz hatékonyságú, néha túlhűtött teremhűtési megoldásoknál a telítettség közelében akár nem is lehetséges as szükséges mértékben. A témával bővebben az APC 133-as számú, Humidification Systems: Reducing Energy Costs In IT Environments című tanulmánya foglalkozik. Elektromos energia hatékonysága Az energiaár növekedésének, a növekvő számú szerver megnövekedett áramfogyasztásának, és az energiasűrűség növekedésének köszönhetően a teljes működési költség egyre jelentékenyebb részét a villamosenergia-költségek teszik ki. Amíg a villamosenergia-költségek függése az energiaártól és a szerverek fogyasztásától mindenki által érthető, addig az energiasűrűség hatását általában nem veszik figyelembe. Az energiasűrűség azért növeli meg a költségeket, mert a hagyományos légkondicionáló rendszerek hatékonyságát drasztikusan csökkenti. A 6. ábra az energiasűrűség éves villamosenergia- tett hatását mutatja a három hűtési költségekre architektúránál. 18

19 6. ábra A három hűtési architektúra éves villamosenergia-költsége a rackszekrények átlagos energiasűrűségének függvényében MW-onkénti IT terhelésnél Éves villamosenergia-költség (ezer USD) $350 $300 $250 $200 $150 $100 $50 $0 helyiség alapú hűtés sor alapú hűtés rack alapú hűtés Átlagos teljesítménysűrűség/rack (kw) A fenti modellben az 5. ábra egyéb feltételezései mellett N+1-es tervezést és a légkondicionáló kapacitásának az 5. ábrán látható csökkenését feltételeztük. Az energiaárat 0,12 USD/kWhr-nak vettük. A rendszert pedig a névleges teljesítményén működőnek tekintettük (100%-os terhelés). A részleges terhelés hatása szignifikáns, és az alábbiakban tárgyaljuk. Megjegyezzük, hogy a 6. ábra költségei csak a beltéri hűtőegységekre vonatkoznak. A légkondicionálás teljes költsége magában foglalná a kültéri egységek (pl. vízhűtő) költségeit is, ami számottevő ugyan, de a három architektúra esetében nem nagyon változik. A villamosenergia-költségek a rack alapú architektúránál is alacsonyak, ha a légkondicionáló egységek a terheléshez szabottak és mivel a hűtés a terheléshez közel található. Nincsenek a rendszerben szükségtelen légáramlatok. Egy helyiség alapú architektúra költségei meglehetősen alacsonyak kis energiasűrűségeknél, de megnőnek, amint az átlagos sűrűség a rackszekrényenkénti 3 kw fölé emelkedik. Ez lényegében a levegő nagy távolságokra történő szállításának köszönhető, és annak, hogy a légkondicionáló egységek áramot igényelnek a levegő a szobán keresztül történő átkeveréséhez, hogy a forrópontok kialakulását megakadályozzák. 19

20 A sor alapú architektúra költségei magasak nagyon kicsi teljesítménysűrűségnél, de drámaian lecsökkennek magasabb sűrűségeknél. A sor alapú tervezés hátránnyal indul kis sűrűségnél, mert a légkondicionáló egységeket minden sorhoz hozzá kell rendelni, még nagyon kis terhelés esetén is. Ezeknek az eszközöknek energiavesztesége van akkor is, amikor a névleges kapacitásuk alatt működnek. Mégis a sor alapú architektúra a leghatékonyabb, és ez bír a legalacsonyabb villamosenergia-költségekkel a sűrűség növekedésével. Ez azért van így, mert a légkondicionáló egységek az informatikai terhelések közvetlen közelében találhatóak, a kihasználható légkondicionáló-kapacitás fenntartható nagy sűrűségnél is, és egy redundáns légkondicionáló egység több rackhez is rendelhető. Víz- vagy más hőelvezetésre használt csőrendszer az informatikai eszközök közelében Egy felmérés azt mutatja, hogy a felhasználók nagyon aggódnak az informatikai eszközök mellett elhelyezett víz- vagy más hűtővezetékek miatt. Ez a félelem nem a csövezés miatt van, hanem egy esetleges folyadékszivárgás miatt, ami az informatikai eszközök leállásához vagy károsodásához vezethet. Nagysűrűségű adatközpontok főleg vízhűtéses megoldást alkalmaznak, és ez a trend folytatódni látszik környezeti- és költségmegfontolásokból. Habár rendelkezésre áll több olyan hűtőközeg is, amely mellett az informatikai eszközök károsodása kevésbé valószínű, az ilyen megoldást alkalmazó hűtési architektúrák igen költséges alternatívát képviselnek a vízhűtéssel szemben. Helyiség alapú architektúra azt is megengedi, hogy a légkondicionáló egységeket az adatközponton kívül helyezzék el, és kizárólag csak a levegőt vezessük be. Nagyobb teljesítménysűrűségnél a levegő hőszállító képessége korlátot jelent, és a hűtőberendezést az adatközpontban kell elhelyezni. A csövezési technológia legújabb fejlesztései nagyobb megbízhatósággal szállítják a vizet az adatközpontokban a szivárgás esélyének drasztikus csökkentése mellett. Erről a témáról bővebben az APC 131-es számú, Adatközpontok vízhűtéses csővezetékrendszerének továbbfejlesztett változata című tanulmányában olvashatnak. Elhelyezés A rendszer teljesítményét jelentősen befolyásolhatja a légkondicionáló egység elhelyezése. Rack alapú architektúra esetében a teljesítmény-előrejelezhetőség ezen problémája teljesen megszűnik, mert, a légkondicionáló helyzete a célterheléshez képest teljesen meghatározott. Ennek előnye, hogy a hűtési jellemzőket előre lehet tervezni. Ha a fokozatos telepítés része a rendszertervezésnek, a majdani légkondicionálók elhelyezése kevés tervezést vagy előre gondolkodást igényel, mivel azok automatikusan, minden rack-el telepítésre kerülnek. 20

21 A helyiség alapú hűtési architektúra esetén a helyzet jelentősen megváltozik. A légkondicionáló egységek elhelyezésére korlátlan lehetőség adott, és a rendszer hűtési teljesítményét nagyban befolyásolja a légkondicionáló elhelyezése. Továbbá a leghatékonyabb elhelyezést nem feltétlenül lehet megvalósítani a helyiség fizikai adottságaiból kifolyólag, értve ez alatt az ajtónyílásokat, ablakokat, felhajtókat vagy a csövezés korlátait. Az eredmény általában egy szuboptimális megoldás, még jelentékeny mennyiségű tervezés esetén is. Emellett a helyiség alapú rendszerben a hűtési terv logikája miatt úgy kell a légkondicionálókat előre telepíteni, hogy azok a jövőbeli informatikai fogyasztók bővülését is figyelembe veszik. Mivel a későbbi informatikai bővítésekhez tartozó pontos elrendezések nem ismertek, a légkondicionálók elhelyezése gyakran nagyon rossz hatékonyságú hűtést eredményez. A sor alapú hűtési architektúra felépítése a légkondicionálók elhelyezése egyszerű szabályoktól függ. A sor alapú légkondicionálók elhelyezését és mennyiségét szimulációk és tesztek során megalapozott szabályok határozzák meg. Ez természetesen azt is biztosítja, hogy a légkondicionálókat a sor teljesítménysűrűségéhez méretezik. Más szabályokat is figyelembe kell venni, elkerülendő például a sor végére történő elhelyezés, ami maximalizálja a rendszer kapacitását és teljesítményét. A jövőbeli telepítések bekövetkeztéig valamennyi elhelyezési rugalmasságot fenntartanak, és a telepítés során a sorban elhelyezett rackek teljesítménysűrűségének átlagos vagy csúcs és átlagos értékétől függően kerül a légkondicionálók helye és mennyisége meghatározásra. Habár a sor alapú architektúra nem rendelkezik a rack alapú megközelítés elhelyezési és egyszerű tervezési előnyeivel, sokkal rugalmasabb, mint a helyiség alapú megoldás. A sor alapú architektúra a rack alapú megközelítés rugalmasságát és energiasűrűségét nagy részben eléri, de sokkal kisebb helyet és anyagi ráfordítást igényel. Redundancia A hűtőrendszerekben elengedhetetlen a redundancia, hogy lehetővé tegye működő rendszerek karbantartását, és hogy biztosítsa az adatközpont működését akkor is, ha egy légkondicionáló egység meghibásodik. Az energiaellátó rendszerekben a redundancia biztosítására gyakran két tápellátási útvonalat használnak az informatikai rendszerek ellátására. Ez azért van így, mert a tápkábelek és csatlakozók potenciálisan magukban hordozzák az egyszeres hiba lehetőségét. Ami a hűtést illeti, a kettős (2N) redundancia helyett gyakran alkalmaznak N+1-es tervezést, mivel a közös légelosztó útvonalak nagyon kicsi hibalehetőséggel rendelkeznek abból adódóan, hogy a levegő egyszerűen körbeöleli a rackszekrényt. Itt az a kulcsgondolat, hogy ha a rendszernek négy légkondicionáló egységre van szüksége, egy ötödik hozzáadása lehetővé teszi, hogy az egyik egység meghibásodása esetén továbbra is kielégítő legyen a hűtőterhelés innen az N+1 redundancia elnevezés. Nagyobb teljesítménysűrűségeknél ez az egyszerű megoldás a redundancia megvalósításában kudarcra van itélve. Ahogy azt az alábbiakban kifejtjük, a három hűtési architektúra redundanciája különböző: 21

22 A rack alapú architektúra esetében nincs hűtésmegosztás a rackszekrények között, és nincs külön légelosztó útvonal. Ezért a redundancia elérésének egyetlen módja az, hogy légkondicionálók teljes 2N redundanciával kerülnek telepítésre az egyes rackszekrényekhez: vagyis két légkondicionáló rendszer rackenként. Ez súlyos hátrány, amikor a többi megközelítéshez hasonlítjuk. Habár izolált, nagy sűrűségű rack-ek esetén ez nagyon hatékony módszer, mert a redundancia teljesen meghatározott, tervezhető, és független más légkondicionáló egységektől. A helyiség alapú architektúráknál, a helyiség maga hivatott betölteni az informatikai terhelésekhez vezető közös légszállítási útvonal szerepét. Ez elvben redundanciát tesz lehetővé egyetlen új légkondicionáló egység hozzáadásával, a helyiség méretétől függetlenül. Ez a helyzet nagyon kicsi sűrűségek esetén, kedvezővé téve a rendszerhez kapcsolódó költségeket. Nagyobb teljesítménysűrűségnél azonban annak az esélye, hogy egy adott légkondicionáló pótolni tudja a kiesést, nagyban függ a helyiség geometriájától, belső szerkezetétől. Például egy bizonyos légkondicionáló légszállítása nem pótolható egy olyan egységgel, ami a hibás egységtől távol helyezkedik el. Ez azt eredményezi, hogy a redundancia biztosításához szükséges további légkondicionáló egységek száma megnő az alacsony sűrűségű eseteknél szükséges egyetlen egységhez képest. 10 kw-nál nagyobb teljesítménysűrűség esetén a klímaberendezések számát meg kell duplázni. A sor alapú architektúra a sor szintjén biztosítja a redundanciát. Ez soronként egy új egység hozzáadását igényli. Annak ellenére, hogy a sorok légkondicionáló egységei kisebbek és olcsóbbak, mint a helyiségbeli egységek, ez döntő hátrány rackszekrényenkénti 1 2 kw-os kis terhelésnél. Nagyobb sűrűségnél azonban ez a hátrány megszűnik, és az N+1-es megközelítés akár 25 kw/rack-es teljesítménysűrűségnél is fenntartható. Ez jelentős előny akár a helyiség, akár a rack alapú megközelítéssel szemben, melyek nagyobb sűrűségnél a 2N felé hajlanak. Igen jelentős előny sor alapú hűtési architektúra azon jellemzője, hogy nagyobb sűrűségű esetekben is redundanciát tudunk biztosítani kevesebb légkondicionáló egység hozzáadásával, és így a birtoklási összköltség csökkenése is jelentős. Összegzés A következő generációs adatközpontok hagyományos helyiség alapú architektúrával történő hűtésének műszaki és gyakorlati korlátai vannak. A következő generációs adatközpontokkal szemben támasztott elvárások, mint például a változó körülményekhez történő alkalmazkodás képessége, a magas és változó sűrűségek támogatása, a villamosenergia-fogyasztás és egyéb működési költségek csökkentése közvetlenül vezetett a sor és rack alapú hűtési architektúrák kifejlesztéséhez. Ez a két architektúra sokkal sikeresebben elégíti ki ezeket a szükségleteket, különösen rackszekrényenként 3 kw-os vagy annál nagyobb sűrűség esetén. A hagyományos helyiség alapú megközelítés jól szolgált az iparban, és a kis sűrűségű installációknál, valamint azoknál az alkalmazásoknál, ahol az informatikai technológia változásai elhanyagolhatóak hatékony és praktikus alternatíva marad. 22

23 A sor és rack alapú hűtési architektúrák rugalmasságot, előrejelezhetőséget, skálázhatóságot, az energiafogyasztás és birtoklási összköltség csökkenését nyújtják, és a következő generációs adatközpontok igényeinek optimális kielégítését. A felhasználók egyre több olyan ajánlatra számíthatnak, melyek ezeket a megoldásokat alkalmazzák. Várhatóan sok adatközpont fogja a három architektúra keverékét használni. A rack alapú megoldás olyan helyzetekben kerülhet alkalmazásra, ahol a rendkívüli sűrűség, a nagyon kis egységekből összetevődő telepítés, vagy a strukturálatlan elhelyezés a fő motiváló szempontok. Olyan alkalmazásoknál, ahol nem gyakoriak a változtatások, vagy kicsi a sűrűség, a helyiség alapú hűtés hatékony megoldás marad. Újabb, nagy teljesítménysűrűségű szervertechnológiával rendelkező felhasználóknak a sor alapú hűtés fogja az arany középutat szolgáltatni az előrejelezhetőség, a nagy teljesítménysűrűség, a rugalmas átalakíthatóság és a legalacsonyabb birtoklási összköltség között. Néhány szó a szerzőkről: Kevin Dunlap az American Power Conversion (APC) moduláris/nagysűrűségű hűtési megoldások termékvonalának igazgatója. Az APC világszinten vezető a precíziós energiaellátási-technológiák fejlesztésében, és a hálózatkritikus fizikai infrastruktúrát kiszolgáló eszközök legnagyobb szolgáltatója. Az energiaellátó rendszerek iparába 1994-ben kerülő Kevin korábban az energiafelügyeleti hardverekkel és szoftverekkel foglalkozó Systems Enhancement Corporationnak dolgozott, melyet az APC 1997-ben felvásárolta. A felvásárlást követően Kevin a felügyeleti kártyák, majd a precíziós hűtési megoldások termék igazgatójaként lépett be az APC-hez, miután az APC 2000-ben felvásárolta az Airflow Companyt is. Kevin sok energiamenedzsmenttel és hűtéssel foglalkozó bizottságnak volt tagja csakúgy, mint ipari konzorciumoknak és az ASHRAE bizottságoknak, amelyek hőkezeléssel és energiatakarékos szabadhűtési megoldásokkal foglalkoztak. Neil Rasmussen az American Power Conversion műszaki igazgatója és egyik alapítója. Az APC-nél Neil irányítja a világ legnagyobb költségvetésű, a létfontosságú hálózatok energiaellátásával, hűtésével és rack infrastruktúrájával kapcsolatos kutató-fejlesztő szervezetet. A fő termékfejlesztési központok Massachusettsben, Missouriben, Dániában, Rhode Islanden, Tajvanon és Írországban találhatók. Neil jelenleg az APC azon törekvéseit vezeti, hogy moduláris, skálázható adatközpont-infrastruktúrai megoldásokat fejlesszenek ki, mely az APC InfraStruXure rendszerének alapját adja. Az APC 1981-es megalapítása előtt Neil az MIT-n szerzett villamosmérnöki diplomát, diplomadolgozatát egy Tokamak fúziós reaktor 200 MW-os tápellátásáról írta és 1981 között az MIT Lincoln Laboratóriumában dolgozott, ahol lendkerekes energiatároló megoldásokkal és napenergia rendszerekkel foglalkozott. 23