Потребности компаний в вычислительных мощностях неуклонно растут с каждым годом. Стремительное развитие информационных технологий привело к необходимости строить крупные центры обработки данных (ЦОД). В первую очередь это касается социальных сетей, торговых площадок и поставщиков облачных услуг. Не отстают от крупных игроков и коммерческие дата-центры, владельцы которых нацелены на укрупнение. Планируются и разворачиваются коммерческие вычислительные кластеры.
ЦОД большие и маленькие
Наряду с большими дата-центрами растет количество и небольших ЦОД, в соответствии с концепцией «ЦОД шаговой доступности». Для небольших клиентов зачастую гораздо удобнее использовать готовые сервисы, расположенные рядом с офисом, чем строить и содержать собственную серверную. Набирает темп формат микроЦОД, где вся инженерная инфраструктура размещается внутри стойки. Речь идет о так называемых граничных вычислениях, или Edge Computing. Смысл такого формата заключается в том, что обработка и анализ производятся в месте генерации потоков данных и не зависят критически от связи с основным ЦОД.
Потенциальные заказчики дата-центра, не важно, идет ли речь о мега- или микроЦОД, не располагают необходимыми ресурсами и экспертизой, для того чтобы самостоятельно развернуть инфраструктуру. Производители оборудования задают темп и предлагают новые, более производительные решения, требующие разработки соответствующей инженерной инфраструктуры. Подобные тенденции являются серьезным вызовом для компаний-интеграторов.
Центры обработки данных потребляют огромное количество электроэнергии и выделяют тепло, которое необходимо отводить. В настоящее время на долю систем охлаждения ЦОД приходится до 40% установленной электрической мощности объекта. Каковы тенденции построения систем охлаждения для ЦОД и серверных, которые специалисты «АРБИТЕК» выявили в ходе реализации проектов для заказчиков? Рассмотрим все по порядку.
Для небольших серверных все без изменений: владельцы не готовы вкладываться в энергоэффективность, им требуется быстрое развертывание инфраструктуры и понятные решения, потому кондиционеры прямого охлаждения здесь вне конкуренции. Конечно, производители совершенствуют компоненты своего оборудования, незначительно повышая энергоэффективность, но в целом значимых сдвигов в ближайшем будущем не предвидится.
Для крупных ЦОД ситуация двоякая. Крупные игроки очень заинтересованы в существенном снижении энергозатрат на системы охлаждения. Рассматриваются абсолютно все решения – от стандартных до фантастических, при этом выбирается компромисс между затратами на реализацию и последующими затратами на эксплуатацию. Игроки поменьше придерживаются стандартных решений. В основном это чиллерное охлаждение с фрикулингом и водяные прецизионные кондиционеры. Что же может предложить рынок? Какие решения предлагают интеграторы?
ЦОД с холодной головой
Для стандартных решений на базе чиллерного охлаждения производители предлагают высокотемпературные решения, энергоэффективные компрессоры и прочие компоненты. Для снижения температурных пиков окружающей среды опционально предлагаются адиабатические системы охлаждения конденсаторов холодильных машин. Для уменьшения затрат на транспортировку теплоносителя и воздушных потоков повышают разность температур прямой и обратной воды, увеличивают разность температуры поступающего и выходящего из стойки воздуха. Производители предлагают отказываться от самого простого решения по поддержанию влажности в машинных залах – системы пароувлажнения в пользу централизованного адиабатного увлажнения в системах общеобменной вентиляции. Такие меры в комплексе обеспечивают значительное снижение установленной мощности оборудования, более ранний выход на свободное охлаждение, что соответственно повышает энергоэффективность системы в целом. Уже сейчас удается добиться среднегодового PUE на чиллерном охлаждении не выше 1.3 – и это реальность.
Более эффективные решения по охлаждению предлагаются на установках косвенного испарительного естественного охлаждения, если проще – на двухконтурных системах воздух-воздух с адиабатным охлаждением наружного воздуха. В экономайзерах предусмотрен холодильный контур, рассчитанный на доохлаждение внутреннего воздуха для пиковых температур окружающей среды. Заявленный производителями среднегодовой PUE в этом случае может составить 1.15. На российском рынке систем охлаждения для ЦОД есть три основные готовые продуктовые линейки:
- Ecoflair от Schneider-Electric;
- EFC от Vertiv;
- CyberHandler 3, разработанное STULZ.
Также похожие по характеристикам решения пытаются предлагать производители вентиляционного оборудования.
Разработка компании Alfa Laval (LU-VE Group) позволяет полностью отказаться от компрессорного охлаждения. Этот охладитель построен по принципу низкоскоростной вентиляции (low speed ventilation – LSV) и системы адиабатического охлаждения Abatigo. Заявленный PUE для данной системы составляет 1,07. Главное, что пока настораживает потенциальных заказчиков в этом решении, – это верхний уровень допустимого диапазона температур воздуха, поступающего на вход ИТ-оборудования. Многие еще продолжают считать, что в серверной должно быть очень холодно.
По сути, все указанные энергоэффективные решения не представляют собой ничего нового с точки зрения законов физики. Развитие систем идет эволюционным путем в соответствии с появлением новых материалов, методов их обработки и совершенствованием электроники.
Для высокопроизводительных вычислений (High Performance Computing – HPC) описанные решения в охлаждении уже не подходят, так как мощность одной стойки вычислительной системы может достигать 100 кВт. Здесь на помощь приходит прямое жидкостное охлаждение. В последние годы предлагается решение на горячей воде. Хотя применение горячей воды для охлаждения и звучит немного странно, но результаты эксплуатации подобных систем доказывают свою работоспособность, при этом показывая непревзойденный PUE 1,03. Для небольших производительных систем применяется еще одна технология жидкостного охлаждения — иммерсионное охлаждение. Технология подразумевает полное погружение оборудования в специальную жидкостную среду.
Но прямое жидкостное охлаждение, так же как и иммерсионное охлаждение, достаточно нишевое решения. Точечные реализации будут появляться, но перспективы массового внедрения отсутствуют, по крайней мере в ближайшем будущем.
Экология
В 1989 г. вступил в силу Монреальский протокол по веществам, разрушающим озоновый слой. Одно из требований протокола – запрет на применение хладагентов, разрушающих озоновый слой, а именно хлорфторуглеродов (ХФУ). В 1995 г. было окончательно прекращено использование ХФУ. На замену ХФУ пришли озонобезопасные гидрофторуглероды (ГФУ) с озоноразрушающим потенциалом 0. Но, так же как и ХВУ, гидрофторуглероды оказывают сильное влияние на глобальное потепление. Например, наиболее широко используемый однокомпонентный хладагент R-134a имеет потенциал глобального потепления (ПГП), равный 1300, а наиболее часто используемый в современных кондиционерах фреон R-410a имеет ПГП равный 1924. Владельцам холодильного оборудования, содержащего ГФУ, предъявляют жесткие требования по мониторингу утечек, контролю и ремонту.
В период 2015–2030 гг. все страны-члены ЕС должны сократить объемы продаваемых хладагентов на основе ГФУ почти на 80%. Хотя Россия и не подписывала никаких соглашений, поэтапное сокращение коснется и нашей страны, рынок расставит все по местам. К 2030 г. объемы продаваемых ГФУ сократятся на 80%, соответственно там, где уменьшается доступность товара, возрастает его цена. Мы можем видеть это на примере фреонов R22 и R12, стоимость которых сейчас значительно выше стоимости популярных хладагентов. Глядя на изменение цен в Европе, можно с уверенностью прогнозировать, что ожидает отечественный рынок. Тем временем в Европе из-за введения квот стоимость газа R-410a выросла в 3 раза c 2017 г.
В настоящее время разработаны новые хладагенты с индексом ПГП менее 10 – это гидрофторолефины (ГФО) с характеристиками не хуже, чем у ГФУ. Стоит запомнить названия перспективных фреонов: к ним относятся R-1234yf и R-1234ze. Производители оборудования уже сейчас предлагают решения на «зеленом» хладагенте, и в скором будущем ГФО полностью вытеснят вещества, отрицательно влияющие на окружающую среду. Владельцам ЦОД и потенциальным инвесторам, только планирующим их создание, стоит серьезно подойти к выбору или модернизации систем охлаждения. И это связано не только с учетом растущих требований к экологии, но и с учетом последующих финансовых затрат на их обслуживание.
Заключение
Завершая статью, хотел бы рассказать еще об одном уникальном продукте – смелом решении для охлаждения под названием eChiller от компании Efficient Energy. В холодильном контуре используется самый безопасный хладагент R718 – вода. Это совершенно новый продукт, не похожий на привычные нам системы. Уникальная запатентованная система холодильного контура, внутри которого протекает термодинамический цикл на воде. Линейка представлена моделями с холодопроизводительностью от 20 до 40 кВт, которые могут быть объединены для создания системы мощностью до 300 кВт. Насколько будет востребована такая технология в условиях жесткого лоббирования компаний, производящих хладоны, покажет время.
