18 listopada 2015 roku w Bałtyckim Porcie Nowych Technologii w Gdyni odbyła się konferencja pn.: „Pomorski Szczyt Klimatyczny – nowoczesne technologie w gospodarce morskiej”, na której to przestawiono temat związany z wpływem zużycia energii w centrach danych na ocieplenie klimatu. Laboratorium Przetwarzania Obrazu i Dźwięku było jednym z inicjatorów i współorganizatorów tej konferencji. Ogromna ingerencja i ekspansja człowieka w środowisku naturalnym prowadzi do wielu negatywnych konsekwencji, w tym między innymi ocieplenia klimatu.

W związku z tym, że jest to proces powolny i długotrwały, ludzie odczuwając drastyczne skutki globalnego ocieplenia nie utożsamiają ich z własną działalnością. Biorąc pod uwagę fakt, że prawie każda nasza czynność zwiększa pulę gazów cieplarnianych, powinniśmy podjąć działania zmniejszające wielkość emisji. Nieefektywne zarządzanie przepływem ciepła może mieć wiele niekorzystnych konsekwencji takich jak np. częstsze awarie serwerów związane z niewłaściwymi parametrami środowiskowymi, które przekładają się na zwiększone prawdopodobieństwo i czas przestojów usług, czy niski poziom niezawodności. Ten problem, stał się w pewnym sensie inspiracją dla autorów niniejszej pracy, do opracowania własnego, innowacyjnego systemu zarządzania przepływem ciepła w centrach danych, którego wdrożenie:

  • z jednej strony przyczyni się do zmniejszenia zużycia energii (co jest szczególnie istotne w kontekście ocieplania się klimatu),

  • z drugiej strony (w dłużej perspektywie czasowej) przyczyni się do zwiększenia poziomu niezawodności centrów danych (co jest szczególnie istotne w aspekcie ekonomicznym).

W wyniku realizacji projektu badawczo-rozwojowego pn.: „Opracowanie aktywnego systemu zarządzania przepływem ciepła w centrach danych” udało się opracować modele matematyczne oraz prototypowe rozwiązania sprzętowo-programowe, które pozwalają na jednoczesną poprawę obu wskaźników tj. zarówno ekonomicznych, jak i ekologicznych – wszystko to zostało przedstawione uczestnikom konferencji przez prelegenta LPOD.

Zarządzanie ciepłem w kolokacyjnych centrach danych jest wyzwaniem między innymi ze względu na dynamikę oraz nieprzewidywalność obciążenia serwerów. Dodatkowo w centrach danych kolokowane bywa wiele rodzajów sprzętu, który charakteryzuje się różnorodnością sposobów zasysania oraz oddawania ciepła. Tworzy to środowisko o heterogenicznym charakterze przepływu powietrza, a taka niejednorodność kierunków powiązana z wieloma rodzajami urządzeń, należących do wielu klientów, powoduje przeszkodę w optymalizacji sposobu dystrybucji powietrza. Jeszcze do niedawna przestrzeń serwerowni była zorganizowana w taki sposób, że przód wszystkich szaf przemysłowych skierowany był w tę samą stronę. Taki system powoduje jednak ważne problemy. Głównym z nich jest fakt, że każda szafa przemysłowa będzie bezpośrednio zasysać powietrze odpadowe wyrzucane przez szafę stojącą przed nią. W rezultacie powoduje to znaczące zmieszanie powietrza zimnego i gorącego, oraz znacząco ogranicza dostęp do zimnego powietrza, przez co przesuwa też zakres temperatury dostarczanego powietrza, w stosunku do wymagań producenta sprzętu. Jest to bardzo istotny aspekt, gdyż temperatura wymieszanego powietrza jest wyższa niż ta, które dostarczają jednostki CRAC.

Dodatkowym problemem jest tradycyjny sposób projektowania systemu chłodzenia serwerowni, gdzie nie zarządza się kierunkami przepływu, a jedynie suma mocy chłodzącej. Proces projektowania takiego systemu opiera się na tylko sumarycznej mocy pobieranej przez sprzęt IT, na której podstawie wylicza się moc wymaganą zapewnienia odpowiedniej temperatury, z zachowaniem niewielkiego marginesu nadwyżki mocy chłodzącej.

Podstawowa koncepcja budowy podłogi podniesionej została pokazana już w latach 60-tych ubiegłego wieku. W 1983 roku została opisana w sposób szczegółowy w USA. Budowa i implementacja podłogi podniesionej miała na celu poniższe funkcje:

  • dystrybucje zimnego powietrza systemu chłodzenia pod podłogą;

  • utworzenie wydzielonego miejsca na okablowanie zasilające i przewody strukturalne;

  • zapewnienie siatki do uziemienia sprzętu do wspólnej masy;

  • utworzenie wydzielonego miejsca na instalację do transportu wody lodowej.

Ze względu na coraz większe wymagania dotyczące bezpieczeństwa oraz niezawodności w Centrach Danych, które prowadzą do rosnących kosztów obsługi takich obiektów, prowadzone są prace nad bardziej efektywnym wykorzystaniem urządzeń chłodniczych. Ze względu na koszty takich urządzeń, próby optymalizacji kierowane są w stronę sposobów prowadzenia powietrza, z jednej strony zimnego, które dostarczane jest do urządzeń IT, z drugiej strony gorącego, które należy od tych urządzeń odprowadzić w sposób, który nie pozwoli na mieszanie się z powietrzem zimnym. Dzięki systemom zarządzania przepływem, możliwe jest ograniczenie zużycia energii oraz kosztów utrzymania obiektu.

IMG_0551

PODZIĘKOWANIA

LogoUE

Niniejsza praca badawcza powstała jako rezultat projektu: „Opracowanie aktywnego systemu zarządzania przepływem ciepła w centrach danych” (Projekt: POIG.01.04.00-22-063/13 współfinansowanego z Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego, w ramach Programu Operacyjnego Innowacyjna Gospodarka, Priorytet I – „Badania i rozwój nowoczesnych technologii”, Działanie 1.4 – Wsparcie projektów celowych.

Autorzy pracy pragną podziękować Narodowemu Centrum Badań i Rozwoju za udzielone wsparcie finansowe.