מאמר
חשמל – 4102עמי אשכנזי 4/00/4102 כנס חשמל 4102 הרצאה של עמי אשכנזי בפורמט WORD אבני דרך בתכנון Data Centerלהשגת PUEנמוך ויעילות אנרגטית מגמות צריכת האנרגיה במתקני Data Center צפיפות האנרגיה במתקן Data Centerגבוהה פי 01עד פי 011ממתקן משרדים רגיל .צפיפות האנרגיה בארונות שרתים יכולה להגיע עד 30kWציוד בארון אחד .עומס ציוד המחשוב משתנה בהתאם לעומס העבודה על מעבדי השרתים ובהתאם לדרישות מערכות גיבוי הנתונים. היקפי צריכת האנרגיה של אתרי מחשבים ושרתים מגיעה בארה"ב ובאירופה לכ 3%מצריכת האנרגיה הכוללת. הספק חשמלי ותפוקות קירור בהיקפים מאוד גדולים מושקעים במתקנים קיימים אשר אינם יעילים אנרגטית .מתקני מחשב שאינם יעילים גובים ו"שואבים" משאבי אנרגיה משמעותיים שאפשר להפנותם ולהשקיעם בציוד המחשוב עצמו. איור :0מרכיבי צריכת האנרגיה במתקן Data Center התפלגות צריכה אופיינית ב Data Center ציוד המחשוב והתקשורת במתקן הוא המרכיב הקריטי שאותו צריך להזין באופן קבוע ולדאוג לשמירת טמפרטורת עבודה מתאימה .עומס ציוד המחשוב מתחלק לעומס השרתים ולעומס של ציוד התקשורת. עומס התשתיות של המתקן הוא המרכיב אשר מאפשר לקרר את הציוד ולספק לו חשמל לצורך הפעילות השוטפת .עומס זה הוא מערכות מזוג אויר ,יחידות ,UPSהשנאה וחלוקה ,תאורה וכדומה. Page 1 of 10 חשמל – 4102עמי אשכנזי 4/00/4102 איור :4התפלגות אופיינית של צריכת האנרגיה במתקן .Data Center במקרה המתואר באיור 4העומס הקריטי מהווה 33%ומתחלק ל 43%ציוד שרתים ו 01%ציוד תקשורת .עומס התשתיות מהווה 32%מהם 01%מזוג אויר (מתחלק ל 32%עומס צ'ילרים לקירור ו 03%מפוחים) 00% ,להמרה וגיבוי כגון ,UPSמצברים ,שנאים וחלוקה ועוד כ 3% לתאורה. – PUEמדד יעילות אנרגטית במתקני מחשב )Power Usage Effectiveness (PUE מדד PUEמתאר את היחס בין העומס הכולל של המתקן לבין עומס ציוד השרתים והתקשורת. ככל שהמתקן יעיל יותר נקבל מדד PUEיותר קרוב ל .0 𝒓𝒆𝒘𝒐𝒑 𝒚𝒕𝒊𝒍𝒊𝒄𝒂𝑭 𝑰𝑻 𝒑𝒐𝒘𝒆𝒓 + 𝒓𝒆𝒘𝒐𝒑 𝑻𝑰 = 𝑬𝑼𝑷 אם נחשב לדוגמה את ה PUEבמתקן המובא באיור 4נקבל ערך של 0..1שזהו ערך הקרוב לממוצע. 33 + 32 33 = 0..1 בסקר של מתקני מחשוב גדולים שנערך בשנה שעברה ע"י המכון האמריקאי Uptime Institute התקבלה תוצאה ממוצעת בערך PUEשל .0.1-0.11 Page 2 of 10 חשמל – 4102עמי אשכנזי 4/00/4102 איור :3ערך ממוצע של PUEבאתרי Data Centersגדולים איך מתייעלים ומקטינים את ה ? PUE • מייעלים ומקטינים את הצריכה של כל אחד ואחד ממרכיבי התשתית: • ארונות שרתיםAirflow Management ,Pods , • יחידות מזוג אויר • מרכיבי מערכת חשמל ,UPS ,חלוקה • שליטה בקרה וניהול • מרכיבי בינוי ,מיקום גיאוגרפי וניצול תנאי סביבה ארונות שרתיםAirflow Management ,Pods , ציוד השרתים והארונות מתוכננים כך שהמפוחים הפנימיים של הציוד שואבים אויר קר מחזית הארון ופולטים את האוויר החם בחלקו האחורי .סדור עקרוני של שדרות ארונות שרתים מתואר באיור .2במסדרון הקר פונים הארונות חזית מול חזית ובמסדרון החם הגב פונה לגב. Page 3 of 10 חשמל – 4102עמי אשכנזי 4/00/4102 איור :2סדור עקרוני של שדרת ארונות שרתים בכל ארון יש לדאוג לסגור מרווחים בין הציוד לבין הדפנות ולסגור בפנלים עיוורים כל מקום בו לא מותקן ציוד .בכך נבטיח כי כל כמות האוויר הקר המסופק בחזית הארון נשאב דרך הציוד .יש לוודא שהארונות והפתחים ברצפה הצפה כוללים את מרכיבי האיטום הסטנדרטיים המותאמים לכל סדרת ארונות שרתים תקנית. איור :5אביזרי איטום בדפנות הארון ובפתחי הרצפה הצפה מסדרונות סגורים הנקראים Air Containmentאו Podכוללים שתי שורות ארונות ,דלתות סוף מסדרון ואמצעי איטום תקרה או קירות ורטיקליים .בהתאם לתכנון מתקן הקירור יוצרים מסדרון חם או מסדרון קר אשר מאפשרים הפרדה מלאה בין האוויר הקר המסופק לציוד ובין האוויר החם הנפלט מהציוד וחוזר אל יחידות הקירור. Page 4 of 10 חשמל – 4102עמי אשכנזי 4/00/4102 איור :6מסדרון סגור Air Containment/ Pod ארונות שרתים עם ארובות מקובלים מאוד במתקני מחשב גדולים .האוויר הקר שמגיע מחלל הרצפה הצפה נכנס לחזית הארון והאוויר החם הנפלט מאחור נשאב דרך הארובה למעלה אל חלל התקרה ומשם חוזר אל יחידות המזוג .גם שיטה זו מאפשרת הפרדה מוחלטת בין האוויר הקר והאוויר החם ובכך משפרים את יעילות המתקן. איור :7תנועת האוויר בארון עם ארובה Page 5 of 10 חשמל – 4102עמי אשכנזי 4/00/4102 מזוג אויר יחידות מזוג אוויר מטפלות בקירור האוויר שבחלל החדר .היחידות מקוררות מים או DX (התפשטות ישירה) מקוררות אוויר או מקוררות גליקול .במתקנים גדולים משתמשים בדרך כלל ביחידות מים קרים .קירור בגז מקובל בד"כ במתקנים קטנים יותר. כל יחידה נשלטת על ידי בקר משוכלל שמאפשר וויסות טמפרטורה ולחות ושולט על מהירות סבוב מנועי ECשל המפוחים .ביחידות DXנשלטת גם מהירות סבוב המדחסים. איור :8יחידת מזוג CRACתת רצפתית ,מפוח מנוע ECבחלל הרצפה יחידת מזוג Computer Room Aire Condition – CRACתת רצפתית מספקת אוויר קר לתוך חלל הרצפה ומחזירה אוויר חם מחלקה העליון .המפוחים בעלי מנעי ECמווסתי מהירות המאפשרים התייעלות משמעותית לעומת מפוחים בעלי מנוע במהירות קבועה. איור :9יחידות מזוג In-Row יחידות In-Rowמוצבות בסמוך לארונות השרתים כך שהאוויר הקר נפלט לכיוון חזית הציוד והאוויר החם הנפלט מהציוד בצד האחורי נשאב וחוזר אל יחידת המזוג .פתרון זה מאפשר Page 6 of 10 חשמל – 4102עמי אשכנזי 4/00/4102 הצמדה של תפוקת הקירור אל מקור העומס .גם כאן מפוחי ECמווסתי מהירות מאפשרים עבודה מדויקת וחסכונית ביותר. התייעלות בכיול נקודות עבודה -המלצות ASHRAE בחירה ותכנון נכונן של נקודות העבודה במתקן מאפשרת התייעלות וניצול מיטבי של תפוקות הקירור של היחידות. בפרסומי הארגון האמריקאי ASHRAEמגדירים תחום עבודה מומלץ ומרחיבים אותו לתחום עבודה מותר. איור :01מסדרונות קרים וחמים פתרון CRAC תחום הטמפרטורות המומלץ לאספקת אויר קר בחלל הרצפה הוא 18-28°Cוהתחום המותר הוא .18-32°C תחום הטמפרטורות של האוויר החם הנכנס לחלל התקרה הוא 32-38°C על מנת להתייעל מומלץ להעלות את טמפרטורת האוויר הקר ל 25°Cואת האוויר החוזר ל .37°C טמפרטורה גבוהה בכניסה ליחידות המזוג מאפשרת ניצול יעיל יותר של תפוקת הקירור. ציוד השרתים והתקשורת מתוכנן גם הוא בהתאם ומאפשר לעבוד בטמפרטורות הגבוהות ב 4°C מעל מה שהיה מקובל עד לפני כמה שנים. מרכיבי מערכת החשמל יחידות UPSבנצילות גבוהה של 63%גם בנקודות העבודה בהספק נמוך ( .)21-01%במתקן בו מערכת גיבוי כפולה A-Bהנמצאת במצב רגיל וללא תקלות העומס על כל יחידה אינו עולה על .21% מערכות UPSמודולריות בהן ניתן להכניס יחידה שאינה דרושה למצב השהייה ניתן להגיע ליעילות של עד 66%ובכך ולהקטין הפסדים למינימום .יחידה בהשהיה תחזור לתפקוד מלא במידת הצורך תוך פרק זמן קצר ביותר שאינו עולה על .2msec Page 7 of 10 חשמל – 4102עמי אשכנזי 4/00/4102 מערכות UPSהיום מתוכננות לעבוד בעומס מלא בטמפרטורת סביבה גבוהה של עד .40ºC מתאפשרת התייעלות בצריכת המזוג של חדר ה .UPS איור UPS :00מודולרי שימוש בפסי צבירה לחלוקה מקטין משמעותית את אורך הכבלים וחוסך הפסדי הספק הנובעים מהתנגדות ונפילת המתח על הקווים )(I²R איור :04פסי צבירה לחלוקה פסי שקעים מבוקרים ePDUמאפשרים מדידה וניטור העומס בכל ארון ,בכל קבוצת שקעים ועד לרמת השקע הבודד ובנוסף מתאפשרת מדידת טמפרטורה ולחות בתוך הארון .ניצול המידע מאפשר ניתוק עומסים מיותרים ,וויסות עומסים בין ארונות וכיול נקודות עבודה .כל אלה יביאו להתייעלות המתקן. Page 8 of 10 חשמל – 4102עמי אשכנזי 4/00/4102 איור :03יחידת פס שקעים מבוקר ePDU שליטה ובקרה בקרי המזוג והרגשים מאפשרים מדידה מדויקת ובקרה על תנאי הסביבה ובתוך יחידות מזוג האוויר .וויסות מצבי עבודה מדויקים מאפשר התייעלות ברמת הארונות וברמת המתקן. תכנון CFDמאפשר פתרון בעיות מקומיות ואיתור נקודות חמות .Hot spots -ניתוח הנתונים ותיקון הליקויים ישפרו משמעותית את יעילות המתקן. איור :02סכמת CFD Page 9 of 10 חשמל – 4102עמי אשכנזי 4/00/4102 מרכיבי בינוי ,מיקום גיאוגרפי וניצול תנאי סביבה מרכיב בינוי כגון בידוד תרמי של קירות החדר והמבנה ומיקום תת קרקעי של המתקן מקטין איבודי חום לסביבה ובכך משפר את יעילות המזוג מיקום גיאוגרפי עם תנאי אקלים קרים ויבשים מאפשר שימוש באוויר חיצוני המוכנס בצורה מבוקרת אל המתקן כאשר הטמפרטורה בחוץ יורדת .יחידת Air Side Economizerמותקנת בצמוד ל CRACומבוקרת ע"י בקר יחידת המזוג. ניתן להתקין מחליפי חום חיצוניים אשר יקררו את המים החוזרים מהמתקן לפני כניסתם לצ'ילר. ניצול תנאי סביבה אפשרי בעיקר מאזורים בהם תנאי האקלים קרים .מרכיב הספקי המזוג הוא גדול וכל מרכיב יכול להביא לחסכון משמעותי בצריכת המזוג. איור :05יחידת CRACעם יחידת Air Side Economizerצמודה מלמעלה. סיכום תכנון נכון וייעול של כל אחד ממרכיבי התשתית מאפשר להקטין את ה PUEובהתאם את עלויות התפעול של המתקן. ממוצע ערכי 0.13 PUEניתן לשיפור ל 0.3ובמקרים של תנאי אקלים קרים אף להגיע ל 0.0כמו באתר .Facebook – Oregon באתרים קיימים ומיושנים בהם ערכי PUEשל 4.0עד ,3מומלץ לשקול שדרוג תשתיות שיביא לחסכון משמעותי בעלויות התפעול תוך החזר השקעה קצר. Page 10 of 10
© Copyright 2024