طراحی و پیاده سازی مراکزداده

علاوه بر برخورداری از یک شبکه کامپیوتری خوب و کارآمد و همچنین توجه به امنیت آن (استقرار استانداردهای امنیت اطلاعات، ارزیابی های دوره ای امنیتی و توجه به امنیت زیرساختها) محل تجمیع سرویس دهنده ها (سرورها، پایگاههای داده، تجهیزات شبکه و …)نیز دارای اهمیت فوق العاده ای است. علاوه بر توجه به امنیت فیزیکی این مرکز، باید بر رعایت الزامات استانداردهای معتبر جهانی و محلی نیز تأکید داشت و بصورت دوره ای برای امن سازی آنها اقدام کرد.

در زمان طراحی و برنامه ریزی جهت اجرای یک مرکز داده باید عوامل متعددی را در نظر گرفت: از سطح استفاده از مجازی سازی گرفته تا رعایت الزامات پدافندی؛ از پیش بینی توسعه پذیری (Modularity) گرفته تا راندمان مصرف انرژی. اینکه چگونه می توان با حداقل سرمایه گذاری، بهترین زیرساخت را برای میزبانی اطلاعات و پردازشگرها فراهم کرد، نیازمند دانش، تجربه و هماهنگی کامل و عمیق بین طراحان، مجریان و صاحبان کسب و کار (کارفرما) است. از سرویس خارج شدن مرکز داده در بسیاری از موارد ناشی از رعایت همین موارد ساده – به ویژه در حوزه زیرساخت – است. یک تحقیق ساده نشان می دهد که بیش از 70% از موارد قطعی سرویس در مراکز داده، ناشی از نقص سیستم برق و یا تهویه بوده است.

روند روز افزون مجازی سازی (Virtualization) و فشرده سازی (Consolidation) پردازش و ذخیره سازی اطلاعات سبب شده است که روز به روز نیاز به استفاده از سرورهای تیغه ای (Blade) فزونی یابد. این سرورها مصرف برق و نیاز برودتی بیشتری نسبت به سرورهای متداول دارند و همین موضوع سبب می شود که حساسیتها بر روی این دو سیستم زیرساختی بیش از پیش باشد. به همین دلیل برق مصرفی متوسط یک رک در مراکز داده امروزی (حدود 20 کیلووات) بیش از 10 برابر مراکز داده سنتی (حدود 7/1 کیلووات) برآورد می شود. از آنجا که تأمین این میزان برق و برودت برای هر رک در شیوه های سنتی و فناوری های قدیمی برق و سرمایش تقریباً غیر ممکن است، لذا باید به متدولوژیها و فناوری های نوین توجه ویژه ای داشت. یکی از این روشهای نوین، سرمایش با استفاده از سیال نارسانا (دی الکتریک) است.

در این روش سرورها درون سیال بصورت مستغرق قرار می گیرند و آنرا بدون واسطه هوا، خنک می کنند. با این روش هزینه های عملیاتی سیستم سرمایش حدود 60% کاهش پیدا خواهد کرد.

علاوه بر استفاده از فناوری های نوین، با پیش بینی و اجرای چند راهکار عملی ساده نیز می توان به پاسخگویی بهتر به این نیازها کمک کرد. بعضی از این روشهای کاربردی ساده عبارتند از:

اصلاح جانمایی رکها و تشکیل راهروهای سرد و گرم و جداسازی آنها از یکدیگر تا حد امکان
توزیع یکنواخت بارهای مصرفی (سرورها) در کل فضای اتاق سرور (بجای تمرکز بیش از حد آنها در یک یا چند رک محدود)
تمرکز رکهای با متوسط مصرف زیاد در بخشی از فضای اتاق سرور و پیش بینی تمهیدات زیرساختی (مانند برق و سرمایش) ویژه برای این بخش
پوشاندن فضاهای خالی رکها توسط صفحات محدود کننده (Blanking Panel) جهت مدیریت بهتر گردش هوا
برای رکهای با مصارف بیش از حد متوسط (نسبت به سایر رکهای مرکز)، از تجهیزات کمکی گردش هوا استفاده کنید. فنهایی که قابلیت نصب روی درب رک را دارند، از همین دسته هستند.

از طرف دیگر با توجه به سرمایه گذاری اولیه (CAPEX) بالای مورد نیاز برای سیستمهای تأمین انرژی الکتریکی و برودت و همچنین هزینه های بالای بهره برداری (OPEX) این سیستمها، در طراحی مراکز داده جدید – و البته در بهینه سازی مراکز داده موجود – بیشترین توجهات به سیستمهای برق و سرمایش (که اصلی ترین مصرف کننده انرژی در مراکز داده به شمار می رود) معطوف است.

اگرچه روشهای متعددی را می توان برای کاهش یا بعبارت بهتر بهینه سازی مصرف انرژی در مراکز داده مورد استفاده قرار داد، اما اثرات این روشها بر عملکرد مرکز داده ممکن است کوتاه مدت و یا بلند مدت باشد(مقاله متدولوژی های سرمایش مرکز داده بخش اول و بخش دوم). بعنوان مثال افزایش یک درجه سانتیگراد به دمای کارکرد مرکز (بر اساس راهنمای TC 9.9 مؤسسه ASHRAE، حداکثر دمای هوا در ورودی سرورها می تواند بین 24 تا 27 درجه سانتیگراد باشد)، حدود 4% مصرف انرژی را کاهش می دهد و اثر آنرا (که بدون تحمیل هزینه ای اضافه قابل دسترس است) در هزینه های مصرفی ماهانه می توان مشاهده کرد؛ اما در صورت تعویض تجهیزات قدیمی با تجهیزات جدید با راندمان بالاتر، ممکن است آثار اقتصادی این تغییر بسیار دیرتر دیده شود.

یکی از بهترین روشها برای کاهش مصرف انرژی در سیستمهای سرمایش، ممانعت از اختلاط هوای سرد و گرم است. مفاهیم و روشهایی مانند سرمایش درون راهروی (In Row Cooling) و یا راهرو سرد/گرم Cold/Hot Aisle برای رسیدن به این هدف بکار گرفته شدند.

در گام بعدی می توان به سراغ روشهای سرمایش درون رکی (In Rack Cooling) رفت که در آنها هوای سرد مستقیماً به درون رکها دمیده می شود. در این صورت لازم است رکها دارای دربهای شیشه ای باشند تا از هدر رفت هوای سرد به بیرون از رک جلوگیری شود.

البته باید توجه داشت که هرگونه تغییر در سیستم سرمایش، ممکن است بر سایر جوانب زیرساختی تأثیر بگذارد. بعنوان مثال در صورت استفاده از روش سرمایش In Rack، مسلماً باید تمهیدات لازم برای سیستم اطفاء حریق نیز پیش بینی شود. به این مفهوم که یا باید سیستمهای اطفاء حریق درون رکها نصب شوند و یا اینکه امکان بازشدن درب رکها توسط فرمان سیستم کنترل مرکزی و یا پانل مدیریت اطفاء حریق فراهم شود.

مسأله مهم بعدی، توجه به رطوبت موجود در هواست. اگرچه وجود مقدار مشخصی از این رطوبت برای عملکرد مرکز داده ضروری است، اما وجود رطوبت در هوا، مفهوم گرمای نهان را در خود مستتر دارد. حال چنانچه بر مدیریتی بر میزان رطوبت موجود در هوا نداشته باشیم و یا به تقطیر و تبخیر آن (در بخشهای مختلف سیکل سرمایش و به ویژه در هنگام عبور هوا از روی مبدلهای حرارتی) توجه نکنیم، این موضوع می تواند علاوه بر افزایش مصرف انرژی در سیستم سرمایش بحرانهای مربوط به تأمین و دفع رطوبت در مرکز را نیز به دنبال داشته باشد.

روش دیگری که جهت کاهش مصرف انرژی در سیستمهای سرمایش بکار گرفته می شود، استفاده از موتورهای دور متغیر در تجهیزات سرمایشی است. اگرچه سیستم سرمایش برای کار در نقطه اوج مصرف (Peak) تجهیزات فعال طراحی می شوند، اما می دانیم که این شرایط در تمامی زمانها اتفاق نمی افتد. بلکه یک مطالعه ساده نشان می دهد که تجهیزات فعال (Active) در مراکز داده بصورت متوسط با طرفیتی معادل 55% بار نامی خود کار می کنند. بنابراین لازم است بارهای سرمایشی نیز بصورت مدیریت شده و متناسب با نیاز برودتی مرکز، قابل تنظیم و کنترل باشند. استفاده از موتورهای دور متغیر (Electrically Controlled (EC) و یا Variable Frequency Drive (VFD) ) در همین راستاست.

مرکز داده سبز ضرورتی راهبردی

در حال حاضر دو چالش بزرگ بر سر راه چگونگی تأمین انرژی مورد نیاز مراکز داده – که روز به روز نیز در حال افزایش است – وجود دارد: چالش اول مربوط به یافتن منابع انرژی پایدار است و چالش دوم کاهش آلایندگی منابع مصرفی انرژی و استفاده از منابع انرژی دوستدار محیط زیست!

بهینه سازی الگوی مصرف انرژی در مراکز داده فعلی و کاهش ضریب بهره وری مصرف برق (PUE) و افزایش کارآیی زیرساختها یکی از گامهای اولیه در راه رسیدن به مراکز داده سبز (Green Datacenter)به شمار می رود. PUE نسبت میزان کل برق مصرفی در یک مرکز داده به برق مصرفی توسط تجهیزات فناوری اطلاعات است. بصورت طبیعی این کسر بزرگتر از یک است و هر چه بتوان آنرا به عدد یک نزدیکتر کرد، نشان دهنده هدفمندی بیشتر مصرف انرژی و بهره وری بیشتر آن است. در حال حاضر بهترین مراکز داده دنیا دارای PUE بین 1.2 تا 1.5 هستند؛ این در حالی است که این نسبت در اکثر مراکز داده (در سطح ایران جهان) بین 2.0 تا 3.5 است! شکل زیر شکست کلی مصرف انرژی در یک مرکز داده نمونه را نشان می دهد.

در اولین گام لازم است شما برآورد صحیحی از کارآیی فعلی زیرساختهای مرکز داده (Data Center Infrastructure’s Efficiency (DCIE)) خود داشته باشید. این شاخص نشان می دهد که چه مقدار از انرژی مصرفی در مرکز داده شما به مصرف تجهیزات پردازنده، ذخیره سازها، سوئیچها و سایر تجهیزات فعال می رسد و چه میزان از آن صرف سیستمهای زیرساختی مانند سرمایش، روشنایی، امنیت فیزیکی، افتهای انرژی و … می گردد. هرچه فناوری مورد استفاده در سیستمهای زیرساختی تناسب بیشتری با نیازمندی های واقعی مرکز داشته باشند و راندمان مصرف انرژی تجهیزات زیرساختی بیشتر باشد، کارآیی زیرساخت (DCiE) افزایش یافته و ضریب بهره وری مصرف برق (PUE) به 1 نزدیکتر می شود . کارآیی زیرساخت به عوامل زیادی از جمله موارد زیر بستگی دارد:

نحوه جانمایی فضاها
چیدمان رکها در اتاق سرور
راندمان مصرف انرژی تجهیزات مختلف؛ به ویژه تجهیزات سیستم برق و سیستم سرمایش
کنترل مناسب شرایط دما و رطوبت در محدوده استاندارد (هر یک درجه افزیش درجه حرارت هوای سرد تأمین شده توسط سیستم سرمایش، باعث صرفه جویی حدود 4% در انرژی مصرفی این سیستم می شود)
انتخاب فناوری های متناسب با نیاز
رعایت توسعه پذیری (Modularity)
پیش بینی توسعه های آتی و تمهیدات لازم برای آن
ایجاد تعادل بین سرمایه گذاری اولیه مورد نیاز و هزینه های بهره برداری و نگهداری
توجه ویژه به مسائل بهره برداری از جمله پیش بینی و آموزش کارشناسان مجرب و تعمیرات پیشگیرانه
راه اندازی سیستمها و رویه های مانیتورینگ و پایش متناوب شرایط عملکردی مرکز

همچنین برای کسب اطلاعات بیشتر در خصوص بهینه سازی زیرساخت فیزیکی اتاقهای سرور و مراکز داده به این مقاله رجوع نمایید.