چگونه نرم افزار CFD می تواند از مرکز داده شما محافظت کند

اگر اجزای حیاتی یک مرکز داده، مانند واحدهای خنک کننده، به طور غیرمنتظره ای از کار بیفتند، چه اتفاقی می افتد؟ و چه می شود اگر کل سیستم خنک کننده به یکباره از کار بیفتد قطع برق یا یک رویداد بزرگ، مانند خرابی در کارخانه آب سرد؟ راه حل در استفاده از مدل‌سازی و شبیه‌سازی دینامیک سیالات محاسباتی (CFD)، استفاده از نرم‌افزاری است که به طور خاص برای محیط‌های مرکز داده طراحی شده است.

افزایش اخیر در هوش مصنوعی منجر به نیاز به مقدار زیادی قدرت محاسباتی و ذخیره سازی داده شده است. این امر منجر به افزایش قابل توجه نیاز به سرورهای با کارایی بالا شده است که قادر به انجام وظایف پیچیده هستند و مراکز داده را برای اتخاذ یک زیرساخت قوی تر سوق می دهد. با این حال، وعده‌های سرمایه‌گذاری در محصولات هوش مصنوعی مستقیماً با تضمین‌هایی برای کاهش انتشار CO2 در تضاد است.

حتی غول های فناوری مانند گوگل، آمازونو مایکروسافت اذعان دارد که اهداف خالص صفر آنها در خطر است. گوگل اخیراً فاش کرده است که انتشار گازهای گلخانه ای خود را داشته است طی پنج سال گذشته 48 درصد افزایش یافته است و اینکه مصرف برق توسط مراکز داده، در کنار انتشار زنجیره تامین، علت اصلی افزایش بوده و هدف آن را برای خنثی بودن کربن تا سال 2030 به خطر می اندازد.

آژانس بین المللی انرژی تخمین زده است که کل مصرف برق مراکز داده می توانددو برابر شدن از سطح 2022 به 1000 تراوات ساعت در سال 2026، با هوش مصنوعی منجر به استفاده از مراکز داده می شود4.5 درصد از تولید انرژی جهانطبق محاسبات شرکت تحقیقاتی SemiAnalysis تا سال 2030.

مرتبط:موانع پنهان مشاهده پذیری مرکز داده و نحوه غلبه بر آنها

همانطور که بارهای برق و گرما همچنان در حال افزایش هستند، کارآمد هستند خنک کننده در مرکز داده هر روز چالش برانگیزتر می شود. خنک کننده تا 40 درصد از کل مصرف انرژی مرکز داده را بر عهده دارد. علاوه بر این، مدیریت حرارتی مرکز داده اغلب یک فرآیند واکنشی است، به این معنی که ما تمایل داریم قبل از واکنش منتظر آلارم سرور یا افزایش دمای ورودی سرور باشیم.

مزایای کلیدی شبیه سازی CFD برای مراکز داده

نرم افزار مرکز داده CFD یک مدل سه بعدی یا دوقلو دیجیتال از ویژگی‌های فیزیکی تأسیسات، از جمله ویژگی‌های عملکرد واحدهای خنک‌کننده، تجهیزات فناوری اطلاعات (ITE) و سایر تجهیزات مهم، که توسط برخی به عنوان MRI از آنچه واقعاً در مرکز داده اتفاق می‌افتد توصیف می‌شود.

CFD درک دقیقی از تعاملات پیچیده بین جریان هوا، حذف گرما از ITE و سیستم های خنک کننده ارائه می دهد. این امر اپراتورهای مرکز داده را قادر می سازد تا تصمیمات آگاهانه ای برای کاهش مصرف انرژی و بهبود راندمان کلی خنک کننده بگیرند.

مزایای کلیدی استفاده از نرم افزار CFD شامل موارد زیر است، اما محدود نمی شود:

مرتبط:بازار DCIM تا سال 2030 به 6.3 میلیارد دلار می رسد – Omdia

نرم افزار مرکز داده CFD به عنوان یک ابزار طراحی

CFD نرم افزار می تواند در مرحله طراحی مراکز داده با شبیه سازی انواع پیکربندی های چیدمان کمک کند. این به قرار دادن سرورها، قفسه‌ها، واحدهای خنک‌کننده و سیستم‌های مهار جریان هوا برای اطمینان از عملکرد حرارتی مطلوب، از مرحله طراحی تا مرحله عملیاتی مرکز داده، نگاه می‌کند. این بدان معنی است که طرح ها را می توان با اجتناب و جلوگیری از اشتباهات پرهزینه اعتبار سنجی کرد.

با این حال، CFD فقط برای طراحی جدید نیست. مراکز داده قدیمی همچنین می توانند از طریق شبیه سازی نتایج تغییرات پیشنهادی در چیدمان اتاق موجود مانند توزیع مجدد ظرفیت یا گسترش ITE از مزیت نرم افزار استفاده کنند. در همه موارد، یک CFD به اپراتورهای مرکز داده اجازه می دهد تا تصمیمات آگاهانه مبتنی بر داده را اتخاذ کنند و در عین حال زمان خرابی تجهیزات بالقوه را به حداقل برسانند یا از بین ببرند.

یک CFD همچنین به دقت شبیه سازی و تجزیه و تحلیل دقیق جریان هوا و توزیع دما را در تمام مراحل فرآیند خنک سازی ارائه می دهد. این الگوها شامل توزیع دما در راهروهای سرد و گرم، علاوه بر دما در سراسر ورودی‌های سرور از پایین به بالای رک‌ها است.

مرتبط:درک نقش شیرهای شبکه در مشاهده پذیری مرکز داده

شبیه‌سازی مرکز داده CFD عملکرد استراتژی‌های خنک‌کننده مختلف را بیشتر ارزیابی می‌کند. به عنوان مثال، می‌تواند استراتژی‌های خنک‌کننده هوا را که در ارتباط با طرح‌های خنک‌کننده مایع به کار می‌رود، شبیه‌سازی کند، مانند مواردی که از خنک‌کننده هوا برای حذف گرمای اضافی ITE استفاده می‌کنند که از طریق مایع در گردش در خنک‌کننده صفحه سرد مستقیم به تراشه حذف نشده است.

علاوه بر این، CFD اکنون می‌تواند خطرات ناشی از خرابی برق و سیستم خنک‌کننده را با مدل‌سازی گذرا کاهش دهد، و از طریق افزایش زمان نشان می‌دهد که در صورت از بین رفتن خنک‌کننده یا قطع شدن خنک‌کننده و فن (جریان هوا) چه اتفاقی برای ITE می‌افتد.

هنگامی که هم خنک کننده و هم برق فن در سرتاسر مرکز داده قطع می شود، خنک سازی بلافاصله از بین نمی رود زیرا توقف کامل فن ها مدتی طول می کشد. CFD می‌تواند این دوره را شبیه‌سازی کند و نشان دهد ورودی‌های سرور ITE چقدر داغ می‌شوند و چقدر زود این اتفاق می‌افتد تا برق به مرکز داده بازیابی شود.

تمرکز فزاینده بر پایداری مرکز داده نیاز ما به کار در جهت طراحی های کم مصرف را برجسته کرده است و نیاز به کاهش ردپای انرژی خود را در عین حفظ دمای عملیاتی ایمن و بهینه در ITE تشخیص داده است.

نرم افزار CFD با شناسایی نقاط داغ سرور قبل از وقوع به این تلاش مهم کمک می کند. این باعث کاهش می شود خرابی و قابلیت اطمینان کلی ITE را بهبود بخشید.

این نرم افزار بیشتر به افزایش طول عمر ITE کمک می کند و اطمینان حاصل می کند که در چارچوب دستورالعمل های دمای حرارتی توصیه شده توسط انجمن مهندسین گرمایش، تبرید و تهویه مطبوع آمریکا عمل می کند. به این ترتیب، مسائل بالقوه را می توان قبل از اینکه منجر به مشکلات پرهزینه شود، برطرف کرد و هم قابلیت اطمینان کلی و هم زمان به روز مرکز داده را بهبود بخشید.

چالش های پیاده سازی سیستم های CFD مرکز داده

پیاده سازی CFD در فرآیندهای مدیریت مرکز داده موجود بدون چالش نیست. مانند هر ابزار تحلیلی، دقت ارزیابی ها و شبیه سازی ها به کیفیت داده های مورد استفاده بستگی دارد.

برای مدل‌سازی دقیق، یک خط پایه از نحوه عملکرد مرکز داده در حال حاضر برای نتایج قابل اعتماد بسیار مهم است، و این باید شامل کیلووات رک فعلی، دمای تامین و برگشت واحد خنک‌کننده، نشت رک و اتاق، و همچنین سایر مشخصات اتاق و جریان هوا باشد.

کارشناسان مرکز داده توافق دارند که همه مراکز داده جدید همیشه باید قبل از ساخت یک CFD انجام دهند، در حالی که مراکز داده موجود نیز باید قبل از انجام هرگونه تغییر ITE و خنک کننده برای اعتبارسنجی طراحی، CFD را انجام دهند.

علی‌رغم این چالش‌ها، مطالعات موردی در دنیای واقعی و داستان‌های موفقیت، تأثیر CFD را در بهینه‌سازی مرکز داده با نشان دادن پیشرفت‌های قابل‌توجه در بهره‌وری انرژی، اثربخشی خنک‌کننده و عملکرد عملیاتی برجسته می‌کنند.

در آینده، ما انتظار داریم که شاهد استفاده گسترده از CFD با ادغام یادگیری ماشین، هوش مصنوعی، ITE و طراحی‌های زیرساخت خنک‌کننده هیبریدی با اولویت پایداری باشیم.

الگوسازی برای موفقیت

مدل‌سازی CFD ابزاری قدرتمند برای طراحی و اعتبارسنجی راه‌حل‌های فن‌آوری کارآمد برای محیط‌های جدید و قدیمی مراکز داده با ارائه نتایج پیش‌بینی‌کننده است که عملیات سرور کامپیوتر با کارایی بالا را با سیستم مکانیکی حیاتی پل ارتباط می‌دهد.

همچنین با شبیه‌سازی سناریوهای خرابی از مرکز داده محافظت می‌کند که مدیران مرکز داده را قادر می‌سازد تا افزونگی مناسب برای سناریوهای خرابی برق و خنک‌کننده را بهتر درک و طراحی کنند.

استفاده از CFD یکی از مهم ترین گام ها در تعیین بهره وری انرژی مرکز داده است زیرا درک دقیقی از تعاملات پیچیده بین جریان هوا، گرما و سیستم های خنک کننده ارائه می دهد. این امر اپراتورهای مرکز داده را قادر می سازد تا تصمیمات آگاهانه ای برای کاهش مصرف انرژی و ردپای کربن مرکز داده اتخاذ کنند.

گوردون جانسون، مهندس ارشد CFD در Subzero Engineering، مسئول برنامه ریزی و مدیریت تمام مشاغل مرتبط با CFD در ایالات متحده و سراسر جهان است.

او بیش از 25 سال تجربه در صنعت مرکز داده دارد که شامل ارزیابی بهره وری انرژی مرکز داده، مدل سازی CFD و بازیابی بلایا است. او کارشناس انرژی مرکز داده انرژی وزارت انرژی ایالات متحده (DCEP)، متخصص طراحی مرکز داده (CDCDP) و دارای مدرک لیسانس علوم در مهندسی برق از موسسه فناوری نیوجرسی است.