Поскольку операторы центров обработки данных сталкиваются с растущей необходимостью снижения энергопотребления, эффективное охлаждение центров обработки данных становится более важным, чем когда-либо.

Поскольку мир продолжает генерировать огромное количество данных из таких источников, как Интернет вещей, видеоконтент и искусственный интеллект (ИИ), неудивительно, что, по прогнозам, к 2025 году ежедневная генерация данных составит 463 эксабайта.

Развивающаяся среда доступа к данным и взаимодействия оказывает значительное влияние на обработку и хранение данных, что приводит к прогнозам, что глобальное хранилище данных в ближайшем будущем превысит 200 зеттабайт, причем половина этого объема будет приходиться на облачные хранилища.

Гипермасштабные центры обработки данных и их инфраструктура хранения сталкиваются с уникальной проблемой. Облачные центры обработки данных в значительной степени полагаются на жесткие диски (HDD), на которых хранится около 90% их эксабайт.

Жесткие диски, известные своей надежностью, обычно имеют форм-фактор 3,5 дюйма, что обеспечивает экономичное решение для хранения данных в любом масштабе. Последние модели жестких дисков имеют емкость 26 ТБ, а к концу десятилетия ожидается, что емкость превысит 120 ТБ при сохранении того же форм-фактора 3,5 дюйма.

Однако такой экспоненциальный рост объемов хранения данных требует усовершенствованных решений по термическому охлаждению . Увеличение объема хранения данных требует большего вращения дисков, более высокоскоростных двигателей и дополнительных приводов, и все это приводит к повышенному энергопотреблению и выделению тепла.

По мере роста энергопотребления растет и выработка тепла. Кроме того, интеграция гелиевой технологии в жесткие диски за последнее десятилетие позволила повысить производительность за счет уменьшения сопротивления диска и обеспечения герметичности блоков.

Более того, владельцы центров обработки данных сталкиваются с проблемой соблюдения экологических, социальных и управленческих норм (ESG). Центры обработки данных в настоящее время потребляют около 1% мирового спроса на электроэнергию, при этом на охлаждение приходится более 35% общего энергопотребления в этих объектах.

Следовательно, операторы центров обработки данных вынуждены сокращать потребление энергии и повышать устойчивость.

Технологии охлаждения центров обработки данных: сравнение

При сравнении популярности различных технологий охлаждения традиционные центры обработки данных уже давно отдают предпочтение методам воздушного охлаждения. Это предполагает протягивание увеличивающихся объемов воздушного потока через корпус оборудования для рассеивания тепла.

Во всем мире воздушное охлаждение широко используется, хорошо изучено и глубоко укоренилось в центрах обработки данных. Однако по мере того, как объемы данных продолжают расти, становится все более очевидным, что само по себе воздушное охлаждение не может обеспечить соответствующую рабочую среду для энергоемкого ИТ-оборудования.

Технологии жидкостного охлаждения становятся высокоэффективными решениями для отвода тепла от ИТ-оборудования. Одним из ярких примеров является прецизионное жидкостное охлаждение, которое циркулирует небольшие объемы диэлектрической жидкости по поверхностям сервера, эффективно удаляя почти 100% тепла, выделяемого электронными компонентами.

Прецизионное жидкостное охлаждение устраняет ограничения производительности, связанные с горячими точками, и преодолевает ограничения систем воздушного охлаждения спереди назад или систем погружения снизу вверх. Хотя технология Precision Liquid Cooling изначально применялась для охлаждения серверных компонентов в герметичных корпусах, она также доказала свою пригодность для охлаждения устройств хранения данных высокой плотности, таких как жесткие диски.

Требования к хранению данных высокой плотности

В традиционных установках с жесткими дисками высокой плотности воздух забирается из «холодного коридора» перед стойкой и через каждый JBOD через вентиляторы, установленные в задней части устройства. Воздух нагревается, проходя через каждый ряд дисков, а затем выбрасывается в «горячий коридор».

Воздух становится все горячее при прохождении каждого ряда дисков, в результате чего разница температур между передними и задними дисками жестких дисков в плотно упакованных JBOD большой емкости составляет до 20°C.

Такие изменения в распределении температуры в сочетании с вибрационным воздействием мощных вентиляторов, протягивающих воздух через ряды жестких дисков, могут привести к неравномерному износу накопителей, что приведет к непредсказуемым ошибкам диска. Это также означает, что операторы центров обработки данных должны обеспечивать поток и температуру воздуха для самых горячих дисков в задней части JBOD и переохлаждать передние жесткие диски, что приводит к неэффективности работы.

Отклонения температуры также могут возникать внутри стойки по вертикали: нижние устройства потребляют более холодный поток воздуха от напольной плитки. Это устраняется с помощью подхода жидкостного охлаждения на базе стойки, который равномерно охлаждает каждый диск спереди назад, сверху вниз.

Благодаря жидкостному охлаждению эти проблемы можно решить и улучшить согласованность. Исследование , проведенное компанией Meta в 2022 году, продемонстрировало, как система хранения данных высокой плотности с воздушным охлаждением была модернизирована для использования однофазного жидкостного охлаждения.

Исследование продемонстрировало следующие преимущества прецизионного жидкостного охлаждения для стоек жестких дисков:

• Разница температур между всеми HDD составила всего 3°C, независимо от их расположения внутри JBOD.
• Системы HDD могут надежно работать при температуре воды на входе в стойку до 40°C.
• Мощность охлаждения на уровне системы составляла менее 5% от общего энергопотребления.
• Жидкостное охлаждение не только обеспечивает постоянство температуры, но и позволяет охлаждать все диски при более высоких температурах воды, устраняя необходимость подачи охлажденной воды к агрегатам. Это снижение спроса на электроэнергию, воду и пространство, а также снижение звукового шума приводит к снижению стоимости владения (TCO) и улучшению соблюдения требований экологической устойчивости для операторов центров обработки данных.

Разработка систем хранения, способствующих инновациям

Поскольку спрос на хранилище данных продолжает расти, поставщики облачных услуг должны найти эффективные способы охлаждения своего оборудования. Жидкостное охлаждение для систем хранения данных высокой плотности становится жизнеспособной альтернативой, обеспечивающей постоянную температуру охлаждения накопителей, сводя к минимуму вибрации, вызванные вентиляторами, снижая общее энергопотребление и улучшая соответствие требованиям ESG.

В эпоху, когда операторы центров обработки данных сталкиваются с растущим давлением необходимости снижения энергопотребления и улучшения показателей устойчивости, эта технология не только способствует сохранению окружающей среды, но и соответствует бизнес-целям.

Несмотря на сохраняющуюся важность воздушного охлаждения, производители систем хранения должны в ближайшем будущем использовать инновационные альтернативы, такие как жидкостное охлаждение. Демонстрации технологии жидкостного охлаждения, подобные той, что проводит Meta, играют решающую роль в стимулировании внедрения и обеспечении плавной интеграции в системы хранения данных.

Заглядывая в будущее, можно сказать, что полагаться исключительно на все более мощные вентиляторы для охлаждения стоек не является устойчивым долгосрочным решением. Помещения обработки данных не могут расширяться безгранично, а затраты на охлаждение стоек растут. Следовательно, решения для хранения данных, разработанные с использованием прецизионного жидкостного охлаждения, предлагают более экономичную альтернативу, занимающую меньшую площадь, меньшее использование материалов, более высокую производительность и повышенную надежность.

Это не только обеспечивает преимущества совокупной стоимости владения, но и способствует повышению ценности ESG. Оптимизируя современные технологии и устраняя ограничивающие факторы в методах хранения данных, мы можем преодолеть глобальные проблемы и проложить путь к лучшему будущему.