آشنایی با فناوری های نوین خنک سازی سرورها
پردازش داده یک امر ضروری در دنیای امروز است و خیلی از سازمانها و کسب و کارها به آن نیاز دارند. پردازش داده در دیتاسنتر انجام میشود و به انرژی و زیر ساختهای زیادی احتیاج دارد. یکی از مهمترین زیر ساختها، سیستم خنک کننده سرورها است. هر روزه حجم دادهها افزایش مییابد و نیاز به سیستم خنک کننده خوب نیز مهمتر و پررنگتر میشود.
روشهای خنک سازی سنتی سرورها
خنک سازی هوایی: این روش خیلی کارآمد و موثر نیست و مصرف انرژی زیادی دارد، اما رایجترین و پرکاربردترین روش در خنک سازی سرورهای دیتاسنتر است. در این روش هوای خنک از قفسههای سرور وارد هوا میشود و گرمای تولید شده از طریق سرورها را دفع میکند.
خنک سازی با کف کاذب: در زمین و زیر محل قرارگیری سرورها، کاشیها دارای سوراخهایی هستند که هوای خنک از آن وارد قفسههای سرورها میشود. این روش در مراکز کوچک کارساز است؛ اما همچنان مصرف انرژی زیادی دارد.
معایب سیستمهای خنک سازی سنتی
یکی از چالشهای اصلی در دهههای گذشته و حال حاضر کاهش مصرف انرژی و آلودگیهای محیطی است. سیستمهای خنک کننده در دیتاسنترها بیشترین مصرف انرژی غیر IT را به خود اختصاص دادهاند. روشهای سنتی مخصوصا خنک کنندگی هوایی، بیشترین مصرف انرژی و برق را دارند و کارایی پایینی از خود نشان دادهاند، به طوری که در خیلی از دیتاسنترهای امروزی، دیتاسنترهای هوش مصنوعی کاربردی ندارند. در نتیجه روشها و فناوریهای جدیدی برای حل این مشکل روی کار آمدهاند مانند خنک سازی دقیق با آب.
برای حفظ دمای مناسب و عملکرد پایدار سرورها، استفاده از هیت سینکهای با کیفیت ضروری است. همین حالا هیت سینک مناسب سرور خود را با پایینترین قیمت از تاپ گستر تهیه کنید و کارایی و طول عمر سخت افزار خود را بهینه کنید.
فناوریهای نوین خنک سازی سرورها
هر روزه روشها و فناوریهای جدیدی برای سیستمهای خنک کننده ارائه میشود. از این فناوریها میتوان به خنک سازی دقیق با مایع، خنک سازی آب سرد، خنک سازی غوطه وری و… اشاره کرد. با این سیستمهای خنک کننده، مصرف انرژی و انتشار گاز کربن کاهش مییابد و کارایی و خنک کنندگی سرورها افزایش مییابد. البته روشهای سنتی نیز موثر بودهاند اما با پیشرفت تکنولوژی و افزایش دادهها پاسخ گوی نیازها نیستند.
خنک سازی طبیعی
در روش خنک سازی طبیعی، گرمای سرورها بدون روشهای خنک کنندگی مصنوعی، از بین میرود. در این روش از فن یا آب برای خنک سازی استفاده نمیشود و بیشتر در مناطق سردسیر کاربرد دارد. روش خنک سازی طبیعی، هوای اطراف را به محیط قرارگیری سرورها منتقل میکند و با این کار سرورها خنک میشوند.
ویژگیهای مثبت خنک سازی طبیعی
- مصرف انرژی بسیار کم
- هزینه پایین نصب
- بدون نیاز به تجهیزات پیچیده
ویژگیهای منفی خنک سازی طبیعی
- محدود به مناطق سردسیر
- خنک کنندگی کمتر در شرایط دمایی بالا
- عدم کنترل دقیق دما
خنک سازی با هوش مصنوعی
هوش مصنوعی شرایطی را ایجاد کرده که میتوان از سیستمهای خنک کننده هوشمند، انعطاف پذیر و خودکار برای خنک سازی سرورها بهره برد. هوش مصنوعی با پیش بینی تغییر دما، تاریخچه تغییرات سیستمها، زمان بندی روزانه و… از سیستمهای خنک کننده استفاده میکند. گوگل با استفاده از این روش توانست بیش از 40 درصد در مصرف انرژی صرفه جویی کند.
ویژگیهای مثبت خنک سازی با هوش مصنوعی
- بهینه سازی عملکرد سرورها
- انعطاف پذیری با تغییرات بار کاری
- جلوگیری از ایجاد نقاط داغ
ویژگیهای منفی خنک سازی با هوش مصنوعی
- پیچیدگی در نصب
- نیاز به دادههای دقیق برای عملکرد بهتر
- هزینه برای راه اندازی
خنک سازی زیر آبی
این روشی است که اولین بار توسط مایکروسافت تست شد. در خنک سازی زیر آبی، سرورها در محفظهای مهر و موم شده به کف اقیانوس یا دریا فرستاده میشوند. گرمای سرورها توسط آب دریا جذب میشود و سرورها خنک میمانند.
ویژگیهای مثبت خنک سازی زیر آبی
- خنک کنندگی موثر
- بهینه سازی فضا
- صرفه جویی در انرژی
ویژگیهای منفی خنک سازی زیر آبی
- راه اندازی سخت و دشوار
- هزینه بالا
- ناسازگاری سخت افزارها
غوطه وری در مایع
در این روش، سرورها در مایعی قرار میگیرند که هم رسانایی بالایی برای انتقال حرارت دارد و هم عایق الکتریکی است. سرورها به صورت افقی در مخازنی قرار میگیرند که درون آنها مایع عایق قرار دارد، این مایع گرمای تولید شده از سمت سرورها را جذب میکند و باعث میشود سخت افزار در گرما قرار نگیرد. در روش غوطه وری، هم در فضا و هم در انرژی صرفه جویی میشود.
ویژگیهای مثبت خنک سازی غوطه وری
- خنک کنندگی موثر سخت افزار
- صرفه جویی در انرژی
- استفاده بهینه از فضا
ویژگیهای منفی خنک سازی غوطه وری
- راه اندازی و نگهداری پیچیده
- پرهزینه بودن
- نیاز به مدیریت مایع برای جلوگیری از آلودگی
- ناسازگاری سخت افزارها
سیستم آب سرد
در این روش شبکهای از لولهها در محل قرار گیری سرورها ساخته میشوند و به صورت پر فشار در مبدلهای حرارتی و کویلهای خنک کننده، آب سرد را منتقل میکنند. گرمای تولید شده توسط سرورها، به آب سرد منتقل میشود. در این روش انرژی کمی مصرف میشود و انعطاف پذیری بالایی وجود دارد.
ویژگیهای مثبت خنک سازی با آب سرد
- خنک کنندگی موثر
- مصرف انرژی پایین
- استفاده از مبدلهای حرارتی
ویژگیهای منفی خنک سازی با آب سرد
- هزینه بالا
- نگهداری و نصب سخت
- ناکارآمدی در تغییرات سریع حرارتی
خنک سازی در چیپ
مهمترین و گرمترین سخت افزارها در این روش خنک میشوند، یعنی چیزی حدود 70 تا 80 درصد گرمای تولید شده جذب میشود، اما یک روش کمکی نیز برای از بین بردن گرمای باقی مانده باید وجود داشته باشد، مثل خنک سازی هوایی. در خنک سازی در چیپ مایع خنک کننده مستقیم در مجاورت سخت افزارهای داغ و پر حرارت سرور قرار میگیرد و گرمای آنها را جذب میکند.
ویژگیهای مثبت خنک سازی در چیپ
- خنک کنندگی هدفمند
- انتقال سریع گرما
- افزایش بازدهی و پایداری سرورها
ویژگیهای منفی خنک سازی در چیپ
- پرهزینه
- نیاز به سیستم خنک کنندگی دیگر
- نصب سخت
خنک سازی Liquid Immersion
این روش را میتوان به روزترین و بهترین تکنولوژی خنک سازی دانست. در اصل ترکیبی از دو روش غوطه وری و خنک سازی در چیپ است. این روش تا 40 درصد در مصرف آب صرفه جویی میکند و نسبت به روشهای قبلی کارایی بیشتری دارد. در این روش مایع در شاسی سرور قرار میگیرد و گرما را جذب میکند. همچنین در خنک سازی با مایع از خنک کنندههای خشک استفاده میشود و امکان ادغام با زیر ساختهای موجود را میدهد.
ویژگیهای مثبت خنک سازی Liquid Immersion
- صرفه جویی در انرژی
- افزایش تراکم در سرورها
- کارایی بسیار بالا
- کاهش هزینهها در طولانی مدت
ویژگیهای منفی خنک سازی Liquid Immersion
- پیچیدگی نصب و نگهداری
- هزینه اولیه بالا
- نیاز به تخصص فنی
- ریسک نشت مایع
| روش خنک سازی | مزایا | معایب |
|---|---|---|
| طبیعی | مصرف انرژی کم، نصب ساده | محدود به مناطق سردسیر، کنترل دما سخت |
| هوش مصنوعی | بهینه سازی عملکرد، انعطاف پذیر | پیچیدگی نصب، نیاز به داده دقیق |
| زیر آبی | خنک کنندگی موثر، صرفه جویی در انرژی | راه اندازی دشوار، هزینه بالا |
| غوطه وری مایع | خنک کنندگی موثر، صرفه جویی انرژی | پیچیده، پرهزینه، نیاز به مدیریت مایع |
| آب سرد | خنک کنندگی خوب، مصرف انرژی پایین | هزینه نصب و نگهداری بالا |
| در چیپ | خنک کنندگی هدفمند، سریع | پرهزینه، نیاز به سیستم کمکی |
| Liquid Immersion | انرژی کم، کارایی بالا، تراکم بیشتر | نصب و نگهداری پیچیده، هزینه اولیه بالا |
آشنایی بیشتر با انواع سرور و کاربرد آنها به شما در انتخاب بهترین نوع سیستم خنک کننده کمک میکند.
در نهایت
با توجه به افزایش حجم دادهها و اهمیت بهره وری انرژی در دیتاسنترها، استفاده از روشهای خنک سازی مدرن بیش از پیش ضروری شده است. هر یک از روشهای نوین مانند خنک سازی غوطه وری در مایع، آب سرد، خنک سازی در چیپ و خنک سازی دقیق با مایع مزایا و محدودیتهای خود را دارند، اما همه آنها در جهت کاهش مصرف انرژی، افزایش کارایی سرورها و استفاده بهینه از فضا عمل میکنند. در نهایت، انتخاب مناسبترین روش خنک سازی بستگی به اندازه، نوع کاربرد و بودجه مرکز داده دارد، و ترکیب هوشمندانه روشها میتواند بهترین نتیجه را در مدیریت گرما و بهینه سازی مصرف انرژی فراهم کند.
سوالات متداول
زیرا سرورها هنگام پردازش داده گرما تولید میکنند و دمای بالا میتواند باعث کاهش کارایی، آسیب سخت افزاری و افزایش مصرف انرژی شود. سیستم خنک کننده مناسب به پایداری و طول عمر سرورها کمک میکند.
روشهای سنتی مثل خنک سازی هوایی و کف کاذب انرژی بیشتری مصرف میکنند و کارایی کمتری دارند، در حالی که روشهای مدرن مانند خنک سازی مایع و غوطه وری در مایع مصرف انرژی را کاهش داده و خنک سازی موثرتری ارائه میدهند.
منابع
- https://www.iceotope.com/learning-hub/insights/an-introduction-to-how-data-centers-are-cooled/
- https://flexpowermodules.com/the-basics-of-liquid-cooling-in-ai-data-centers
- https://2crsi.com/air-cooling
