Giải pháp làm mát theo hàng tiết kiệm năng
lượng cho trung tâm dữ liệu
Xu hướng gia tăng mật độ nhiệt trong trung tâm dữ liệu (TTDL) đã ảnh hưởng lớn
đến công nghệ máy tính trong nhiều năm qua. Mật độ tập trung nguồn tăng lên
cũng khiến việc làm mát các tải nhiệt có công suất cao trở nên khó khăn hơn.
Trong những năm gần đây, các thiết kế hệ thống làm mát truyền thống đã được
chứng minh không còn phù hợp để loại bỏ nhiệt tập trung tại các tải (đến trên
20KW/Rack).
Vấn đề này đã dẫn đến việc thay đổi cấu trúc trong hệ thống làm mát trung tâm dữ
liệu. Sự xuất hiện của cấu trúc làm mát mới được thiết kế cho mật độ nhiệt cao hơn
đã làm tăng hiệu suất làm việc của TTDL. Bài viết này sẽ đề cập đến những hiệu
quả nổi trội của cấu trúc làm mát theo hàng so với hai cấu trúc làm mát phổ thông
khác.
Hình 1 : Điều hòa không khí phòng
máy
Hình 2 : Các thiết bị trên nóc
Một cấu trúc nổi bật được sử dụng để làm mát TTDL kể từ khi xuất hiện hệ thống
máy chủ mainframe là di chuyển không khí qua sàn giả từ Điều hoà không khí
phòng máy (CRAH). Trong phương pháp này, các CRAH được bố trí xung quanh
chu vi phòng và phân phối không khí lạnh đi từ dưới sàn thông qua các tấm lót sàn
có lỗ hay dẫn trực triếp không khí lạnh vào phòng (Hình 1.) Ở mật độ thấp hơn, (1
đến 5 kW/rack) việc làm mát được cung cấp đến thiết bị cảm biến CNTT cho dù
không khí trong phòng bị trộn lẫn.
Thiết kế bố trí theo hàng giúp loại bỏ khí nóng và cung cấp nguồn không khí lạnh
phù hợp hơn, nó còn mang đến lợi ích hiệu suất sử dụng năng lượng. Đầu tiên là
giảm năng lượng của quạt cần để dịch chuyển không khí.
Một hệ thống phân phối không khí tương tự được sử dụng để làm mát TTDL là hệ
thống điều hoà không khí trung tâm (CAHU) (Hình 2). Những hệ thống này được
sử dụng rộng rãi hơn, tập trung hơn vào các thiết bị làm mát với sự phân phối
không khí tương tự như cấu trúc CRAH theo hình thức sàn giả hay đi ống gió phía
bên trên.
Khi công suất của một rack lớn hơn giới hạn 5 kW, việc phân phối không khí và
loại bỏ nhiệt trở thành một thách thức khó khăn đối với hai hệ thống CRAH và
CAHU. Nhược điểm lớn nhất của những cấu trúc này là khả năng vận chuyển
không khí theo chiều dài. Khoảng cách giữa thiết bị làm lạnh và bộ phận tải nhiệt
gây cản trở cho việc loại bỏ sức nóng thải ra từ thiết bị CNTT mà không trộn lẫn
với nguồn không khí cung cấp. Sự tách biệt này đã khiến việc thiết kế phân phối
không khí trở nên nan giải và rất phức tạp.
Một khó khăn nữa là nhu cầu lưu lượng
không khí của thiết bị CNTT cũng tăng
tương ứng với mật độ năng lượng. Vì hệ
thống CRAH và CAHU sử dụng thông gió
đề vận chuyển không khí (và không khí
nóng lưu hồi trong một số thiết kế cụ thể),
một lượng quạt đáng kể có công suất lớn
được huy động để gây sức ép lên thông
gió và vượt qua trở lực của hệ thống phân
phối không khí. Ngoài ra, để thắng được
ảnh hưởng của sự trộn lẫn thì lưu lượng
thực không khí tuần hoàn phải nhiều hơn lưu lượng thực không khí yêu cầu của
thiết bị IT, hơn là điều chỉnh năng lượng tiêu thụ bởi quạt.
Để khắc phục những hạn chế trong việc phân phối không khí và giải nhiệt của hệ
thống CRAH và CAHU, hệ thống làm mát theo hàng đã bắt đầu xuất hiện trong
nhiều bản thiết kế TTDL (Hình 3). Nhằm giải quyết vấn đề tách biệt giữa các thiết
bị làm lạnh và tải nhiệt, các thiết kế theo hàng đã đặt các bộ điều hoà không khí
Hình 3: Làm mát theo hàng. K
ết cấu
làm mát theo hàng, như mô t
ả, sử dụng
một thiết bị thải khí tự do m
à không
dùng các
ống hay bất cứ một buồng
chứa khí nóng hay lạnh nào
vào giữa các hàng Rack. Với thiết kế kết hợp giữa các dãy nóng và lạnh, hơi nóng
do các thiết bị CNTT thải ra được loại bỏ khi ở trong các dãy nóng.
Bên cạnh khả năng khắc phục những hạn chế trong việc loại bỏ khí nóng và cung
cấp không khí làm lạnh, các thiết kế theo hàng cũng mang đến những lợi ích khác
về hiệu suất năng lượng. Lợi ích đầu tiên là làm giảm công suất quạt cần thiết để di
chuyển không khí. Sự hợp lại của tải nhiệt làm cho đường dẩn phân phối không khí
và loại bỏ nhiệt ngắn hơn nhiều. Kết quả này là sự dịch chuyển của hệ thống phân
phối không khí dữ liệu trung tâm từ cấp không khí lạnh đến giải nhiệt. Lấy đi nhiệt
lượng từ dãy nóng trước khi nó có cơ hội trộn với không khí xung quanh của
phòng làm cho các vùng còn lại trong phòng có được một lượng lớn không khí
cung cấp. Với cách này, chiều dài của hệ thống
Hình 4: Tiêu th
ụ điện tốc độ
qu
ạt biến đổi. Ghi chú: Tiết
kiệm điện năng từ dòng khí bi
ến
đổi có thể không đư
ợc đánh giá