Chłodzenie bez klimatyzacji

Testy rzeczywistego centrum danych wykazują, że teoretyczne wymagania na parametry systemu chłodzenia i filtrowania zanieczyszczeń mogą być znacznie przesadzone.

Testy rzeczywistego centrum danych wykazują, że teoretyczne wymagania na parametry systemu chłodzenia i filtrowania zanieczyszczeń mogą być znacznie przesadzone.

Serwerownie skonstruowane w sposób tradycyjny mają jedną wspólną cechę - urządzenia klimatyzacyjne pompują do pomieszczeń schłodzone powietrze o stałej temperaturze. Tego typu metoda jest prosta, ale mało efektywna i obecnie uważana za przestarzałą. Nowoczesne rozwiązania coraz częściej wykorzystują skomplikowane, a więc też znacznie droższe systemy chłodzenia lokalnego. Tak czy inaczej, maszyny pracujące w serwerowniach wydzielają dużo ciepła i dla poprawnej ich pracy niezbędne jest chłodzenie.

Klasyczne i wciąż często stosowane rozwiązanie chłodzące to zestaw klimatyzatorów, który pracuje przy zamkniętym obiegu powietrza. W niewielkich serwerowniach stosuje się klimatyzatory ścienne, które odbierają ciepło wytworzone przez serwery i wydmuchują z powrotem do pomieszczenia schłodzone powietrze. Z reguły instaluje się więcej niż jeden klimatyzator, aby zapewnić wyższy poziom niezawodności pracy. Ich termostaty są ustawiane na niższą temperaturę niż rzeczywiście wymagana, a ciągła praca urządzeń klimatyzacyjnych wykorzystujących zamknięty obieg powietrza powoduje istotne zmniejszenie jego wilgotności. W takim modelu chłodzenia klimatyzatory muszą pracować cały czas, niezależnie od temperatury powietrza na zewnątrz budynku.

Znacznie bardziej efektywne jest chłodzenie lokalne, gdzie temperatura jest kontrolowana i regulowana w pojedynczych serwerach lub szafach stelażowych, ale jest też znacznie bardziej skomplikowane. Podstawowa idea wszystkich tych rozwiązań to dążenie do zapewnienia temperatury maksymalnie zbliżonej do optymalnej. Dodatkowo konstruktorzy dbają też o wysoką czystość powietrza, aby uniknąć zabrudzenia systemu, które może niekorzystnie wpłynąć na stabilność jego pracy.

Pomysł, który legł u podstaw projektu badawczego Intela był zupełnie inny: trzeba obiektywnie zbadać, jak serwery pracują w systemach, które można uznać za niespełniające wysokich wymagań na poziom temperatur, wilgotności i czystości. A dopiero na podstawie wyników tych badań opracować techniki chłodzenia, które potencjalnie mogą dać znacznie większe oszczędności energii i kosztów wdrożenia niż znane obecnie systemy.

Centrum praktycznie bez klimatyzacji

W ramach projektu badawczego inżynierowie Intela zbudowali dwie identycznie wyposażone i obciążone zadaniami obliczeniowymi serwerownie. W pierwszej serwerowni zainstalowano zestaw komputerów chłodzonych w klasyczny sposób. System klimatyzacji był typowy dla niedrogich, powszechnie stosowanych konstrukcji, miał standardową wydajność pozwalającą na utrzymanie w typowych warunkach stałej temperatury 18-20 stopni.

W drugiej serwerowni do chłodzenia używano powietrza pobieranego z zewnątrz budynków i zrezygnowano z obiegu zamkniętego. Jeśli temperatura powietrza pobieranego z zewnątrz nie przekraczała 32 stopni, to po przejściu przez prosty filtr, który usuwał tylko względnie duże zanieczyszczenia było ono kierowane bezpośrednio do systemu chłodzenia serwerów. Z kolei gorące powietrze wytwarzane wewnątrz maszyn i osiągające temperaturę ponad 50 stopni było odprowadzane na zewnątrz budynku. Dopiero gdy temperatura powietrza na zewnątrz przekraczała 32 stopnie, włączany był dodatkowy układ chłodzący, który obniżał ją do tej wartości. Natomiast w zimniejsze dni, gdy temperatura powietrza na zewnątrz spadała poniżej 18 stopni, chłodne powietrze było mieszane z gorącym tak, aby utrzymywany był odpowiedni poziom temperatur. W odróżnieniu od urządzeń klimatyzacyjnych pracujących w obiegu zamkniętym, system ten nie modyfikował wilgotności powietrza, a zastosowanie prostego filtrowania pozwoliło na zbadanie wpływu zanieczyszczeń w formie pyłu na pracę serwerów.

W obu centrach danych umieszczono po osiem szaf montażowych zawierających po 448 serwerów kasetowych. Były to standardowe, dostępne na rynku przed dwoma laty, modele komputerów. Gęstość mocy wydzielanej w takiej instalacji wynosiła około 2,15 kW/m². Wszystkie procesory zainstalowane w serwerach były obciążone w 90% przez cały czas trwania 10-miesięcznego testu, wykonując intensywne obliczenia związane z projektami dotyczącymi architektury układów półprzewodnikowych.