از آنجایی که جهان به تولید حجم عظیمی از داده ها از منابعی مانند اینترنت اشیا، محتوای ویدئویی و هوش مصنوعی (AI) ادامه می دهد، جای تعجب نیست که پیش بینی ها تولید روزانه داده ها را تا سال 2025 به 463 اگزابایت تخمین می زنند.
چشم‌انداز در حال تحول دسترسی و تعامل داده‌ها تأثیر قابل‌توجهی بر پردازش و ذخیره‌سازی داده‌ها دارد، که منجر به پیش‌بینی‌هایی می‌شود که ذخیره‌سازی جهانی داده‌ها در آینده نزدیک از ۲۰۰ زتابایت فراتر خواهد رفت و ذخیره‌سازی ابری نیمی از این حجم را به خود اختصاص می‌دهد.
مراکز داده هایپرمقیاس و زیرساخت های ذخیره سازی آنها با چالش منحصر به فردی روبرو هستند. مراکز داده ابری به شدت به درایوهای دیسک سخت (HDD) متکی هستند که تقریباً 90 درصد از اگزابایت های خود را ذخیره می کنند.
هارد دیسک‌ها که به دلیل قابلیت اطمینان خود مشهور هستند، معمولاً در قالب 3.5 اینچی قرار می‌گیرند و راه‌حل‌های ذخیره‌سازی مقرون به صرفه را در مقیاس ارائه می‌دهند. آخرین مدل های HDD دارای ظرفیت 26 ترابایت هستند و انتظار می رود تا پایان دهه، ظرفیت ها از 120 ترابایت فراتر رود و در عین حال همان ضریب فرم 3.5 اینچی را حفظ کند.
با این حال، این رشد تصاعدی در ذخیره سازی داده ها نیازمند راه حل های خنک کننده حرارتی بهبود یافته است. افزایش ذخیره سازی داده ها به چرخش بیشتر دیسک، موتورهای با سرعت بالاتر و محرک های اضافی نیاز دارد که همگی منجر به افزایش مصرف انرژی و تولید گرما می شود.
با افزایش مصرف برق، تولید گرما نیز افزایش می یابد. علاوه بر این، ادغام فن آوری هلیوم در هارد دیسک ها در طول دهه گذشته با کاهش کشش دیسک و اطمینان از مهر و موم شدن واحدها، عملکرد را بهبود بخشیده است.
علاوه بر این، صاحبان مراکز داده با چالش انطباق با محیط زیست، اجتماعی و حکومت (ESG) مواجه هستند. مراکز داده در حال حاضر حدود 1 درصد از تقاضای جهانی برق را مصرف می کنند که سرمایش بیش از 35 درصد از کل مصرف انرژی در این تأسیسات را تشکیل می دهد.
در نتیجه، اپراتورهای مرکز داده برای کاهش مصرف انرژی و افزایش پایداری تحت فشار هستند.
فن آوری های خنک کننده مرکز داده: مقایسه
هنگام مقایسه برجستگی فن آوری های مختلف خنک کننده، مراکز داده سنتی مدت هاست که روش های خنک کننده هوا را ترجیح می دهند. این شامل کشیدن حجم فزاینده جریان هوا از طریق شاسی تجهیزات برای دفع گرما است.
در سطح جهانی، خنک کننده هوا به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرد، به خوبی درک می شود و عمیقاً در مراکز داده ریشه دوانده است. با این حال، با ادامه افزایش حجم داده ها، به طور فزاینده ای آشکار می شود که خنک کننده هوا به تنهایی ممکن است محیط عملیاتی مناسبی را برای تجهیزات IT با انرژی متراکم تضمین نکند.
فن آوری های خنک کننده مایع به عنوان راه حل های بسیار کارآمد برای اتلاف گرما از تجهیزات IT در حال ظهور هستند. یک مثال قابل توجه خنک کننده مایع دقیق است که حجم کمی از سیال دی الکتریک را در سراسر سطوح سرور به گردش در می آورد و تقریباً 100٪ گرمای تولید شده توسط قطعات الکترونیکی را حذف می کند.
خنک‌کننده مایع دقیق محدودیت‌های عملکرد مرتبط با نقاط داغ را حذف می‌کند و بر محدودیت‌های خنک‌کننده هوای جلو به عقب یا سیستم‌های غوطه‌وری از پایین به بالا غلبه می‌کند. در حالی که Precision Liquid Cooling در ابتدا برای خنک کردن اجزای سرور در داخل شاسی مهر و موم شده اعمال می شد، همچنین ثابت شده است که برای خنک کردن دستگاه های ذخیره سازی با چگالی بالا مانند HDD ها مناسب است.
نیازهای ذخیره سازی با چگالی بالا
در تنظیمات سنتی HDD با چگالی بالا، هوا از «راهروی سرد» جلوی قفسه و از طریق هر JBOD از طریق فن‌هایی که در پشت دستگاه نصب شده‌اند، کشیده می‌شود. هوا هنگام عبور از روی هر ردیف دیسک گرم می شود و سپس به «راهروی داغ» تخلیه می شود.
با عبور از هر ردیف دیسک، هوا گرمتر می‌شود، و در نتیجه اختلاف دمای HDD آزمایش‌شده تا ۲۰ درجه سانتیگراد بین دیسک‌های جلو و عقب در JBODهای پرظرفیت و متراکم ایجاد می‌شود.
چنین تغییراتی در توزیع دما همراه با اثرات ارتعاشی ناشی از فن‌های قدرتمندی که هوا را از میان ردیف‌های HDD می‌کشند، می‌تواند منجر به سایش و پارگی ناسازگار در درایوها شود که منجر به خطاهای دیسک غیرقابل پیش‌بینی می‌شود. همچنین به این معنی است که اپراتورهای مرکز داده باید جریان هوا و دمای هوا را برای داغ‌ترین دیسک‌ها در پشت JBOD فراهم کنند و HDDهای جلویی را بیش از حد خنک کنند که منجر به ناکارآمدی عملیاتی شود.
تغییرات دما همچنین می تواند به صورت عمودی در یک قفسه رخ دهد، با دستگاه های پایین تر که جریان هوای خنک تری را از کاشی های کف مصرف می کنند، این با یک رویکرد خنک کننده مایع مبتنی بر قفسه که هر دیسک را به طور یکنواخت از جلو به عقب، از بالا به پایین خنک می کند، حذف می شود.
از طریق خنک کننده مایع، می توان این چالش ها را کاهش داد و قوام را بهبود بخشید. مطالعه‌ای که در سال 2022 توسط Meta انجام شد، نشان داد که چگونه یک سیستم ذخیره‌سازی با چگالی بالا با هوا خنک‌شده برای استفاده از خنک‌کننده مایع تک‌فاز دوباره مهندسی شد.
این مطالعه مزایای زیر را از خنک کننده مایع دقیق برای رک های HDD نشان داد:
- واریانس دما در بین همه HDD ها صرف نظر از موقعیت آنها در داخل JBOD ها تنها 3 درجه سانتیگراد بود.
- سیستم های HDD می توانند در دمای ورودی آب قفسه ای تا 40 درجه سانتی گراد به طور قابل اعتماد کار کنند.
- توان خنک کننده در سطح سیستم کمتر از 5 درصد از کل برق مصرفی را تشکیل می دهد.
- خنک کننده مایع علاوه بر ایجاد ثبات دما، خنک شدن تمام دیسک ها را در دمای بالاتر آب امکان پذیر می کند و نیاز به تامین آب سرد برای واحدها را از بین می برد. این کاهش تقاضا برای برق، آب و فضا، و همچنین کاهش نویز شنیداری، منجر به کاهش هزینه مالکیت (TCO) و بهبود انطباق پایداری زیست‌محیطی برای اپراتورهای مرکز داده می‌شود.
توسعه سیستم های ذخیره سازی که نوآوری را امکان پذیر می کند
با افزایش تقاضا برای ذخیره سازی داده ها، ارائه دهندگان خدمات ابری باید راه های کارآمدی برای خنک کردن تجهیزات خود بیابند. خنک‌کننده مایع برای ذخیره‌سازی با چگالی بالا به‌عنوان یک جایگزین مناسب در حال ظهور است، که دمای خنک‌کننده ثابت را برای درایوها تضمین می‌کند، ارتعاشات ناشی از فن را به حداقل می‌رساند، مصرف برق کلی را کاهش می‌دهد و انطباق ESG را بهبود می‌بخشد.
در عصری که اپراتورهای مراکز داده با فشار فزاینده ای برای کاهش مصرف انرژی و بهبود معیارهای پایداری مواجه هستند، این فناوری نه تنها به حفظ محیط زیست کمک می کند، بلکه با اهداف تجاری همسو می شود.
علیرغم اهمیت مداوم خنک‌کننده هوا، سازندگان ذخیره‌سازی باید جایگزین‌های نوآورانه‌ای مانند خنک‌کننده مایع را در آینده نزدیک بپذیرند. نمایش فناوری خنک‌کننده مایع، مانند آنچه توسط متا انجام شد، نقش مهمی در پذیرش و تضمین یکپارچه‌سازی یکپارچه در سیستم‌های ذخیره‌سازی دارد.
با نگاهی به آینده، تنها تکیه بر فن های قدرتمند فزاینده برای خنک کردن قفسه ها یک راه حل طولانی مدت پایدار نیست. سالن های داده نمی توانند بی حد و حصر گسترش یابند و هزینه های خنک کننده رک ها در حال افزایش است. در نتیجه، راه‌حل‌های ذخیره‌سازی طراحی‌شده برای استفاده از خنک‌کننده مایع دقیق، جایگزین مقرون‌به‌صرفه‌تری را ارائه می‌کنند که دارای ردپای کوچک‌تر، کاهش مصرف مواد، عملکرد سریع‌تر و قابلیت اطمینان بهبود یافته است.
این نه تنها مزایای TCO را ارائه می دهد، بلکه به افزایش ارزش ESG نیز کمک می کند. با بهینه سازی تکنولوژی امروز و حذف عوامل محدود کننده در روش های ذخیره سازی داده ها، می توانیم بر چالش های جهانی غلبه کنیم و راه را برای آینده ای بهتر هموار کنیم.
نیل ادموندز مدیر نوآوری در Iceotope Technologies است.