แนวโน้มของศูนย์ข้อมูล: การเพิ่มความหนาแน่นของพลังงาน

แนวโน้มของศูนย์ข้อมูล: การเพิ่มความหนาแน่นของพลังงาน

ที่ระดับการออกแบบศูนย์ข้อมูล แนวโน้มที่สำคัญคือการปรับปรุงความหนาแน่นของพลังงานเนื่องจากข้อจำกัดด้านพื้นที่ของศูนย์ข้อมูล จึงจำเป็นต้องดำเนินการอย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้นเพื่อรับมือกับความต้องการพลังงานและต้นทุนที่เพิ่มขึ้นเห็นได้ชัดว่าการลงทุนทรัพยากรมากขึ้นในแต่ละแร็คเป็นวิธีแก้ปัญหาที่ใช้งานได้จริงอย่างไรก็ตาม นอกเหนือจากประโยชน์โดยธรรมชาติแล้ว การเพิ่มความหนาแน่นของพลังงานยังทำให้เกิดปัญหาและความท้าทายที่ต้องแก้ไขสำหรับผู้ปฏิบัติงานศูนย์ข้อมูลบางราย

แนวโน้มความหนาแน่นของพลังงาน

ความหนาแน่นของพลังงานต่ำมักจะถูกบรรจุด้วยประสิทธิภาพต่ำทรัพยากรพื้นที่อันมีค่าดังกล่าวถูกใช้โดยทรัพยากรอุปกรณ์ไอทีเพียงไม่กี่อย่างเท่านั้น และยังต้องใช้ค่าใช้จ่ายในการบำรุงรักษาอุปกรณ์มากขึ้นด้วยBen kuglin, CFO และผู้ร่วมก่อตั้ง colovore ซึ่งเป็นผู้ให้บริการโฮสติ้งที่มีความหนาแน่นสูงในซานตาคลารา ชี้ว่า: "ในปัจจุบัน ชั้นวางที่ลูกค้าของศูนย์ข้อมูลทั่วไปใช้งานนั้นอยู่ที่ประมาณ 8-12 กิโลวัตต์ต่อแร็ค แม้ว่าความต้องการด้านความหนาแน่น ของดาต้าเซ็นเตอร์บางแห่งสูงกว่าปรากฏการณ์เกือบ 20+ กิโลวัตต์ยังคงหายากสำหรับการใช้งานที่เข้มข้นที่สุดสำหรับการวิเคราะห์และประมวลผลบิ๊กดาต้า ในขณะเดียวกัน ยังมีศูนย์ข้อมูลทั่วไปในพื้นที่ชายฝั่งทะเลบางแห่งในสหรัฐอเมริกา 4-5 กิโลวัตต์ (ซึ่งแก้ไขเมื่อ 10 ปีที่แล้ว) "
ในพื้นที่ที่มีการจัดการ ค่าใช้จ่ายในการรองรับความหนาแน่นของพลังงานต่ำเท่านั้นมีราคาแพงมาก เนื่องจากอาจไม่สามารถใช้พื้นที่ชั้นวางที่เช่าเต็มได้เนื่องจากขาดแหล่งจ่ายไฟที่เพียงพอแม้ว่าอุปกรณ์จำนวนมากจะติดตั้งอยู่บนชั้นวาง แต่โครงสร้างพื้นฐานที่รองรับความจุของพื้นที่ที่มีการจัดการไม่ตรงกัน"ลูกค้าสามารถปรับใช้ 8-10kw ต่อแร็คบนโครงสร้างพื้นฐานเซิร์ฟเวอร์ที่มีอยู่ของพวกเขาได้อย่างง่ายดาย แต่เนื่องจากศูนย์ข้อมูลส่วนใหญ่ได้รับการออกแบบให้รองรับเพียง 4-5kw พวกเขาต้องใช้การทำงานของอุปกรณ์ครึ่งแร็คในแร็ค มิฉะนั้นพวกเขาจะไม่สามารถใช้ระบบระบายความร้อนได้ดี แต่ ลูกค้าได้จ่ายเงินสำหรับแร็คทั้งหมดแม้ว่าพวกเขาจะใช้ทรัพยากรโหลดเพียงครึ่งแร็คเท่านั้น ไม่ต้องสงสัยเลยว่าเป็นการสิ้นเปลือง "

หนึ่งในข้อจำกัดที่ชัดเจนที่สุดเกี่ยวกับความหนาแน่นของพลังงานคือโครงสร้างพื้นฐานการกระจายทั้งแหล่งจ่ายไฟจากยูทิลิตี้และระดับของสิ่งอำนวยความสะดวกในการสำรองข้อมูลในศูนย์ข้อมูลจะส่งผลต่อความหนาแน่นของพลังงานสำหรับพลังงานแต่ละวัตต์ที่จ่ายให้โดยยูทิลิตี้ ศูนย์ข้อมูลจะต้องมีอัพและเครื่องกำเนิดไฟฟ้าดีเซลเพียงพอเพื่อรักษาความสามารถในการทำงานในกรณีที่ไฟฟ้าขัดข้องแน่นอน การเดินสาย หน่วยจ่ายไฟ (PDU) และอื่นๆ จะให้พลังงานแก่ชั้นวางแบบพิเศษKuegelin ชี้ให้เห็นว่า "ศูนย์ข้อมูลส่วนใหญ่ไม่มีอำนาจมากพอที่จะจัดหาสิ่งอำนวยความสะดวก ดังนั้นพวกเขาจึงหวังว่าจะได้รับแหล่งพลังงานเพิ่มเติมจากบริษัทด้านพลังงานสาธารณะและขยายโครงสร้างพื้นฐานหลัก (โครงสร้างพื้นฐานด้านไฟฟ้าและเครื่องกล เครื่องกำเนิดไฟฟ้า อุปกรณ์จำหน่ายไฟฟ้า ฯลฯ) ในดาต้าเซ็นเตอร์ มันต้องใช้เงินมาก ดังนั้น การเพิ่มกำลังและค่าใช้จ่ายจึงเป็นสองตัวแปรสำคัญสำหรับดาต้าเซ็นเตอร์ "

แต่บางทีความจำเป็นเร่งด่วนกว่าที่ศูนย์ข้อมูลเผชิญอยู่ก็คือการระบายความร้อน: พลังงานทุกวัตต์ที่อุปกรณ์ใช้จะผลิตความร้อนเหลือทิ้งหนึ่งวัตต์ ซึ่งจะต้องถูกกำจัดออกเพื่อรักษาอุณหภูมิในการทำงานตามที่ศูนย์ข้อมูลต้องการนี่เป็นความท้าทายที่ใหญ่ที่สุดที่ศูนย์ข้อมูลหวังที่จะหลีกเลี่ยงเมื่อไม่ต้องการวางอุปกรณ์ที่มีความหนาแน่นสูงขึ้นในตอนแรก“เมื่อคุณเพิ่มความหนาแน่นที่ระดับแร็คของดาต้าเซ็นเตอร์ของคุณ เซิร์ฟเวอร์จะสร้างความร้อนมากขึ้นอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ ดังนั้นการระบายความร้อนที่มากขึ้นก็จำเป็นเช่นกัน” คูกลินกล่าว"โครงสร้างพื้นฐานด้านความเย็นมีราคาแพงมาก แต่ความท้าทายที่ใหญ่ที่สุดอาจมาจากการพยายามเปลี่ยนศูนย์ข้อมูลเก่า ศูนย์ข้อมูลเก่าเหล่านี้ส่วนใหญ่มีหลังคาต่ำในช่วงเริ่มต้นของการก่อสร้าง ในหลายกรณี ไม่มีวิธีง่ายๆ ในการปรับปรุงความหนาแน่น มีวิธีอื่นนอกเหนือจากการรื้อถอนเล็กน้อยแต่มันยากมากสำหรับดาต้าเซ็นเตอร์โดยเฉพาะเมื่อมันยังรองรับลูกค้าบางรายอยู่ "

น่าเสียดาย สำหรับองค์กรศูนย์ข้อมูลแบบดั้งเดิม การเปลี่ยนศูนย์ข้อมูลเป็นศูนย์ข้อมูลที่มีความหนาแน่นสูงขึ้น หมายความว่าศูนย์ข้อมูลของศูนย์ข้อมูลมีศักยภาพในทางปฏิบัติเพียงเล็กน้อยในการขยายพลังการประมวลผลต่อไป ยกเว้นการรอการปรับปรุงที่เกิดจากกฎของเซมิคอนดักเตอร์ของมัวร์อย่างไรก็ตาม วิธีนี้จำเป็นต้องซื้ออุปกรณ์ไอทีใหม่ เทคโนโลยีกระบวนการที่ดีกว่า และด้วยความก้าวหน้าอย่างต่อเนื่องของกฎหมายของมัวร์ จึงสามารถบรรลุประสิทธิภาพที่สูงขึ้นได้ ซึ่งอาจใช้เวลาประมาณหนึ่งทศวรรษKuglin ชี้ให้เห็นว่าในกรณีนี้ "ผู้ให้บริการโฮสติ้งสามารถใช้ 'โหลดแบบกระจาย' หรือบังคับให้ลูกค้าใช้โครงสร้างพื้นฐานของตนผ่านแร็คเพียงครึ่งเดียวเท่านั้น อย่างไรก็ตาม เห็นได้ชัดว่าสิ่งนี้ไม่ยั่งยืน ในที่สุดพวกเขาก็จะหมดพื้นที่ พลังงาน และทรัพยากรการระบายความร้อน เมื่อเซิร์ฟเวอร์ไคลเอ็นต์รีเฟรช"
โครงสร้างพื้นฐานแบบรวมจะขับเคลื่อนความหนาแน่นของพลังงานที่มากขึ้น

การส่งเสริมให้มีความหนาแน่นสูงขึ้นสามารถสรุปได้ด้วยการบูรณาการโครงสร้างพื้นฐานในระยะยาว โดยทั่วไปแล้ว การบรรจุทรัพยากรคอมพิวเตอร์ให้มากขึ้นในปริมาณที่น้อยลงสามารถทำได้ผ่านแนวโน้มที่มีอยู่ในศูนย์ข้อมูล เช่น การนำเทคโนโลยีเวอร์ชวลไลเซชัน เบลดเซิร์ฟเวอร์ และไมโครเซิร์ฟเวอร์มาใช้การรวมโครงสร้างพื้นฐาน "มีบทบาทในเชิงบวกอย่างมากในประสิทธิภาพการดำเนินงานของศูนย์ข้อมูล" kuglin กล่าว "เนื่องจากขนาดทางกายภาพของการปรับใช้มีขนาดเล็กลง อำนาจการจัดการของผู้จัดการฝ่ายไอทีจึงถูกจำกัดมากขึ้น เมื่อจำนวนเซิร์ฟเวอร์มีมากขึ้น ลดลง 30-50% การประหยัดพลังงานโดยรวมจะมีความหมายมากขึ้น"

แนวทางนี้มีจุดมุ่งหมายเพื่อลดพลังงานทั้งหมดของศูนย์ข้อมูลโดยการเพิ่มพลังงานที่ระดับแร็ค (ซึ่งมีประโยชน์สองประการเนื่องจากช่วยลดความต้องการในการระบายความร้อนด้วย)“อันที่จริง ความต้องการพลังงานของแต่ละเซิร์ฟเวอร์เพิ่มขึ้นอย่างมาก แต่โดยรวมแล้ว พลังงานทั้งหมดสามารถลดลงได้เนื่องจากต้องใช้เซิร์ฟเวอร์น้อยลง นี่คือสาเหตุที่ศูนย์ข้อมูลความหนาแน่นสูงมีความสำคัญมาก พวกเขาเป็นกุญแจสำคัญในการรวมของ โครงสร้างพื้นฐานทั้งหมด เซิร์ฟเวอร์ในปัจจุบันสามารถบรรลุ 500 วัตต์ถึง 1 วัตต์ต่อหน่วยแร็ค กิโลวัตต์ ได้อย่างง่ายดาย "

การกระจายความร้อนที่เกิดจากความหนาแน่นสูง

แน่นอนว่าสามารถบรรลุประสิทธิภาพที่สูงขึ้นได้ด้วยความหนาแน่นสูงชั้นวางแต่ละชั้นมีอุปกรณ์ให้มากที่สุดเท่าที่เป็นไปได้ เพื่อช่วยให้ศูนย์ข้อมูลประหยัดค่าใช้จ่าย พื้นที่บนพื้น และแก้ปัญหาการจัดการให้มากที่สุดแต่ของดีต้องชั่งน้ำหนักให้ดี ในกรณีนี้ จะทำให้เกิดปัญหาการทำความเย็นการใช้งานที่มีความหนาแน่นต่ำมักจะใช้การระบายความร้อนด้วยอากาศ และในพื้นที่ส่วนใหญ่ อย่างไรก็ตาม ด้วยความหนาแน่นของพลังงานที่เพิ่มขึ้นในศูนย์ข้อมูล การระบายความร้อนด้วยอากาศจะกลายเป็นสิ่งต้องห้ามและมีราคาแพง
เมื่อเทียบกับแหล่งระบายความร้อนโดยตรงที่กระจายอย่างสม่ำเสมอ โซลูชันของการสร้างความร้อนนั้นคล้ายกับการจัดหาแหล่งกำเนิดความร้อน: การสร้างความร้อนนั้นเกิดจากระดับของแร็ค เซิร์ฟเวอร์ และแม้แต่โปรเซสเซอร์“ดูเหมือนว่าความสามารถในการประมวลผลของระดับชิปเซิร์ฟเวอร์จะเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง แต่ในบางครั้ง พวกเขาต้องการการระบายความร้อนภายในและดำเนินการระบายความร้อนใกล้กับเซิร์ฟเวอร์ทันที เพื่อป้องกันความร้อนที่เพิ่มขึ้นมากเกินไป”ดังนั้นการระบายความร้อนด้วยอากาศเพียงจุดเดียวอาจยังไม่เพียงพอต้องใช้แหล่งน้ำ (หรือของเหลวอื่นๆ) เพื่อให้มีความสามารถในการทำความเย็นมากขึ้นอย่างไรก็ตาม จำเป็นต้องเสียสละส่วนหนึ่งของความสามารถในการส่งมอบโครงสร้างพื้นฐาน และมีปัญหาบางอย่างในการปรับปรุงการใช้งาน เช่น การแยกน้ำหล่อเย็นออกจากชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ของอุปกรณ์อย่างเคร่งครัด
การใช้โซลูชันระบายความร้อนด้วยน้ำอาจทำให้เกิดปัญหา โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับศูนย์ข้อมูลเก่า และต้องเปลี่ยนโครงสร้างพื้นฐานที่มีอยู่อย่างไรก็ตาม สำหรับสิ่งอำนวยความสะดวกใหม่ที่สามารถรองรับความหนาแน่นของพลังงานที่เพิ่มขึ้น โซลูชันการระบายความร้อนด้วยน้ำสามารถให้ความสามารถในการทำความเย็นได้ทุกที่ที่ต้องการ แทนที่จะพยายามทำให้ทั้งห้องมีเสถียรภาพ อุณหภูมิต่ำพอที่จะทำให้แน่ใจได้ว่าอุณหภูมิการทำงานโดยรวมของเซิร์ฟเวอร์ ช่องว่าง.แบบแผนเช่นช่องร้อน / ช่องเย็นสามารถให้อากาศเย็นบางห้องสำหรับการซ้อมรบ แต่รูปแบบนี้ก็มีข้อจำกัดเช่นกันในที่สุด ด้วยการปรับปรุงอย่างต่อเนื่องของความต้องการความหนาแน่นสูงของศูนย์ข้อมูล เทคโนโลยีการแช่อาจกลายเป็นเทคโนโลยีที่จำเป็นขณะนี้บางบริษัทกำลังจัดหาผลิตภัณฑ์และแพ็คเกจในเรื่องนี้ ซึ่งรวมถึงของเหลวที่ไม่นำไฟฟ้าและการป้อนของเหลวหล่อเย็นลงในแชสซีเซิร์ฟเวอร์
ผลตอบแทนความหนาแน่นสูง
สำหรับลูกค้า ไม่ว่าจะเป็นลูกค้าบริการที่มีการจัดการหรือผู้ดำเนินการศูนย์ข้อมูล ความหนาแน่นสูงสามารถให้ผลตอบแทนที่สำคัญและร่ำรวยแก่พวกเขาในแง่ของต้นทุนรวมในการเป็นเจ้าของ (TCO)Kuglin กล่าวว่า "เมื่อบริษัทสามารถรวมโครงสร้างพื้นฐานด้านไอทีเข้ากับเซิร์ฟเวอร์เบลดเสมือนจริง จะสามารถประหยัดค่าใช้จ่ายในการดำเนินงานได้มากกว่า 20% ถึง 30% ทันที และการปรับใช้ระบบเดิมต่อแร็ค 4-5 กิโลวัตต์ สาเหตุหลักมาจากการประหยัด ค่าใช้จ่ายด้านพลังงานที่จำเป็นเพื่อรองรับเซิร์ฟเวอร์ในตู้รายเดือนและการลดต้นทุนของการเชื่อมต่อข้ามและสวิตช์บนแร็ค"สำหรับลูกค้าบริการที่มีการจัดการและตัวดำเนินการศูนย์ข้อมูล นี่หมายถึงการขยายพื้นที่ว่างที่มีอยู่ของชั้นวางที่มีอยู่ แสดงให้เห็นถึงปัญหาและค่าใช้จ่ายในการสร้างศูนย์ข้อมูลใหม่ และประโยชน์ของมันไม่ได้เป็นเพียงการประหยัดต้นทุนโดยตรงเท่านั้น
สำหรับองค์กรที่ต้องการบำรุงรักษาอาคารศูนย์ข้อมูลเก่าหรือใช้เส้นทางโฮสติ้ง ด้วยราคาพลังงานที่เพิ่มขึ้นและความต้องการบริการด้านไอทีที่เพิ่มขึ้น พวกเขาจำเป็นต้องปรับปรุงประสิทธิภาพและประหยัดพื้นที่และแร็คดังนั้น การนำพลังงานความหนาแน่นสูงมาใช้ในศูนย์ข้อมูลจึงเป็นแนวโน้มสำคัญ แต่ก็เป็นความท้าทายเช่นกัน: จำเป็นต้องสร้างบรรจุภัณฑ์ที่มีความจุมากขึ้นในชั้นวาง อุปกรณ์จำหน่ายไฟฟ้า โครงสร้างพื้นฐานสำรอง และความสามารถในการทำความเย็นยังต้องให้การสนับสนุนการปรับใช้ที่เกี่ยวข้อง เพื่อรักษาอุณหภูมิการทำงานของการจัดการแม้ว่าวิธีการหล่อเย็นอาจไม่เป็นที่นิยมมากนักในปัจจุบัน แต่จะกลายเป็นเรื่องธรรมดามากขึ้นเนื่องจากวิธีการระบายความร้อนด้วยอากาศค่อยๆ ใช้งานได้จริงน้อยลงและมีราคาไม่แพงในสภาพแวดล้อมที่มีความหนาแน่นสูงอย่างไรก็ตาม ไม่ว่าจากการระบายความร้อนด้วยอากาศมากเกินไปไปจนถึงวิธีการทำความเย็นด้วยของเหลวจะใช้เวลานานแค่ไหน และความหนาแน่นของพลังงานของศูนย์ข้อมูลจะเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องอย่างไม่ต้องสงสัย เนื่องจากองค์กรต่างๆ พยายามเพิ่มทรัพยากรให้สูงสุด