Попит на сервери та ІТ-інфраструктуру невпинно зростає, і одним із головних викликів залишається охолодження серверів і середовища центрів обробки даних. Ефективне охолодження ЦОД підвищує продуктивність серверів і покращує робочі процеси загалом. Саме тому за роки було розроблено різноманітні методи охолодження.
Чому охолодження центрів обробки даних таке важливе?
У центрах обробки даних розміщено велику кількість серверів, що використовуються для різних завдань. Спільне в них одне: високе навантаження, через яке процесори та чипи виділяють значну кількість тепла.
Щоб краще це зрозуміти, згадайте свій ноутбук або персональний комп’ютер. Коли навантаження на нього перевищує звичне, зверніть увагу, як інтенсивно працює вентилятор системи і як сильно нагрівається пристрій.
Оскільки сервери часто називають суперкомп’ютерами, вони також виділяють дуже багато тепла. Якщо це тепло не відводити, продуктивність серверів поступово знижуватиметься, і вони вже не зможуть працювати так ефективно, як раніше. Тому середовище на кшталт центру обробки даних, де розміщено багато серверів, обов’язково повинне мати відповідну систему охолодження.
Сьогодні системи охолодження стали одним із головних критеріїв, які компанії враховують під час вибору центру обробки даних. Зважаючи на важливість систем охолодження для продуктивності серверів, для ЦОД було розроблено багато методів охолодження. Одні з них виявилися практичними, інші — ні. Проте одне очевидно: з часом використання серверів зростало, а разом із ним зростала й потреба в нових технологіях охолодження.
Методи охолодження центрів обробки даних
Існує кілька методів охолодження центрів обробки даних, які ми розглянемо в цьому розділі.
Повітряне охолодження
Цей метод охолодження використовує вентилятори, системи кондиціювання, вентиляційні отвори та інше обладнання для створення повітряного потоку. Повітряне охолодження відводить гаряче повітря, що утворюється всередині центру обробки даних, і замінює його свіжим прохолодним повітрям. Це один із найпоширеніших методів охолодження, який застосовують у багатьох ЦОД.
Раніше повітряного охолодження було достатньо для багатьох потреб. Проте сьогодні навантаження зросли як за обсягом, так і за інтенсивністю, тож цей метод уже може бути недостатньо придатним або ефективним для кожного центру обробки даних.
Повітряне охолодження зазвичай використовують для стійок із щільністю потужності менше 20 kW.
Рідинне охолодження
За прямого рідинного охолодження теплоносій подається мережею трубопроводів до компонентів, що виділяють тепло, як-от CPU та GPU. Проходячи через такі елементи, як охолоджувальні пластини, рідина поглинає тепло. Нагріваючись, вона повертається до контуру охолодження, щоб охолонути й знову почати циркуляцію.
У цьому методі рідина безпосередньо контактує з чипами або їхніми охолоджувальними компонентами, але весь сервер у рідину не занурюється.
Імерсійне охолодження
У цьому методі весь сервер повністю занурюють у рідину. Можна подумати, що, відводячи тепло, це пошкодить сервер, але це не так. Під час імерсійного охолодження сервер розміщують у непровідній рідині, тому його компоненти не зазнають жодної шкоди.
Рідина поглинає тепло, що виділяється, і запобігає перегріванню сервера. Цей метод настільки ефективний, що обладнання надзвичайно високої щільності можна розгортати навіть у приміщеннях, спочатку спроєктованих для низької або середньої щільності потужності.
Імерсійне охолодження можна застосовувати практично для будь-яких типів серверів і навантажень.
Випарне охолодження
Оскільки самого лише повітряного охолодження вже недостатньо для потреб багатьох центрів обробки даних, а повна заміна системи охолодження може бути надзвичайно дорогою, випарне охолодження може стати найкращим варіантом для таких об’єктів.
Вентилятори подають зовнішнє повітря в центр обробки даних для охолодження. Перш ніж це повітря дійде до обладнання, випаровування води відбирає в нього тепло й знижує його температуру.
Вільне охолодження
Вільне охолодження (free cooling) — це метод, який за сприятливих умов навколишнього середовища використовує доступні природні ресурси для зниження температури в центрі обробки даних, зменшуючи потребу в безперервній роботі традиційного охолоджувального обладнання. У цьому методі важливу роль у перенесенні тепла можуть відігравати зовнішнє повітря або природні джерела холодної води.
Для реалізації такої системи охолодження можна використовувати економайзери, непряме повітряне охолодження, роторні теплообмінники та пластинчасті теплообмінники.
Чи можна застосувати цей метод, залежить від клімату й мікроклімату місця розташування центру обробки даних. Тому перед вибором цього методу необхідно ретельно оцінити умови навколишнього середовища на майданчику. За сприятливих умов вільне охолодження може скоротити енергоспоживання та викиди вуглецю. Воно може бути особливо ефективним для центрів обробки даних, що обслуговують ресурсоємні навантаження, як-от штучний інтелект і високопродуктивні обчислення (HPC).
Deploy Your VPS in Leading Data Centers
Choose from multiple global locations and launch a powerful virtual server with high-speed connectivity, reliable infrastructure, and flexible resources.
Тренди та майбутнє охолодження центрів обробки даних
Одним із найважливіших аспектів охолодження центрів обробки даних є мінімізація його впливу на довкілля. Деякі наявні методи охолодження довели свою ефективність і можуть і надалі широко застосовуватися. Проте методи, які, найімовірніше, набудуть поширення в майбутньому, мають більші екологічні переваги та ефективніші способи використання відпрацьованого тепла. Серед них:
- Адаптивне охолодження: у цьому методі штучний інтелект регулює рівень охолодження залежно від поточного стану серверів і навантаження на них. Це запобігає надмірному охолодженню та зайвому споживанню енергії.
- Периферійні центри обробки даних: дедалі ширше використання периферійних (edge) ЦОД дає змогу обробляти дані ближче до користувачів. Такі об’єкти можуть впроваджувати новіші методи охолодження, що відповідають їхнім конкретним умовам.
- Стала енергетика: використання сонячної та вітрової енергії разом з акумуляторами й системами накопичення енергії може допомогти центрам обробки даних зменшити енергоспоживання та вуглецевий слід.
Які великі центри обробки даних використовують рідинне охолодження?
Великі оператори центрів обробки даних, як-от Google, Amazon і Hetzner, протягом багатьох років покладалися на повітряне охолодження. За цей час їхні системи охолодження суттєво не змінилися, хоча деякі з них також запровадили випарне охолодження. Однак оскільки встановлення таких систем може бути дорогим і викликати екологічні занепокоєння, зокрема щодо споживання води та її повернення в природне середовище, вони застосовуються не всюди.
Сьогодні про методи охолодження, які використовуються в центрах обробки даних для штучного інтелекту, доступно не так багато детальних даних чи інформації. Проте інфраструктура, що забезпечує роботу таких платформ, як OpenAI, Claude і Gemini, неодмінно використовує технології рідинного охолодження — принаймні для серверів, які виконують надзвичайно ресурсоємні навантаження.
У 2018 році Microsoft також розмістила на морському дні герметичний центр обробки даних розміром із контейнер, щоб перевірити ідею будівництва підводних ЦОД. Оскільки морська вода проводить електричний струм, серверне обладнання не мало з нею прямого контакту й було захищене всередині водонепроникного корпусу. Відносно низька та стабільна температура навколишньої морської води допомагала охолоджувати сервери.
Ці сервери пропрацювали під водою приблизно два роки. Попри значний потенціал проєкту щодо зниження витрат на будівництво та охолодження серверів, жодна компанія чи оператор центрів обробки даних відтоді не застосував цей підхід у великих масштабах.
Будівництво підводних центрів обробки даних може негативно впливати на морських мешканців і в довгостроковій перспективі порушувати водні екосистеми.
Насамкінець: як адаптивне охолодження підвищує ефективність центру обробки даних?
Адаптивне охолодження використовує штучний інтелект і дані в реальному часі, щоб безперервно коригувати рівень охолодження залежно від навантаження на сервери та умов навколишнього середовища. Забезпечуючи охолодження лише там і тоді, де й коли воно потрібне, воно запобігає надмірному охолодженню, зменшує енергоспоживання та підвищує загальну ефективність центру обробки даних.
Поширені запитання
1. Чи можна використовувати імерсійне охолодження для всіх типів серверів?
Імерсійне охолодження можна застосовувати для широкого спектра серверів і навантажень, але не все серверне обладнання автоматично сумісне з цим методом. Компоненти мають бути придатними для занурення в непровідний діелектричний теплоносій, а також слід враховувати такі чинники, як сумісність обладнання, вимоги до обслуговування та проєкт приміщення.
2. Чи споживає рідинне охолодження менше енергії, ніж повітряне?
У багатьох випадках рідинне охолодження може споживати менше енергії, ніж повітряне, оскільки рідини передають тепло ефективніше за повітря. Це означає, що системам охолодження може знадобитися менше енергії для відведення тепла від серверів високої щільності. Проте фактична економія енергії залежить від конструкції системи охолодження, навантаження на сервери та інфраструктури центру обробки даних.
