پردازش داده و اطلاعات به رکن اصلی دگرگونی های فناوری اطلاعات در جهان امروز تبدیل شده اند و در این میان سرور ها به عنوان پلتفرم و بستر ذخیره و تبادل اطلاعات، نقشی حیاتی دارند. از سویی دیگر، ذخیره سازی، پردازش و تبادل داده، با صرف انرژی فراوان و هم چنین برون داد گرمایی زیادی هم راه است که همین موضوع گرمای زیادی در سرورها ایجاد می کند و به طور معمول فعالیت سرورها همواره با تولید گرما و صرف انرژی همراه است. در صورتی که این گرما به طور موثر دفع و مهار نشود، نه تنها در عملکرد سرور و پردازش داده اختلال ایجاد می کند که به خرابی سرور، سخت افزار و تجهیزات سرور نیز منتهی می گردد. به همین دلیل فرآیند خنک سازی سرور به عاملی مهم در استفاده از سرور و پردازش داده تبدیل شده است. در این یادداشت به شیوه های مختلف خنک سازی سرور می پردازیم و با شرح هر یک، مورد کاربرد و تمایز آن را شرح می دهیم.
چرا خنک کردن سرور اهمیت دارد؟
عملکرد سرور و پردازش داده با تولید گرما همراه است و این گرما باید به نحوی موثر مهار شود تا از ایجاد اختلال در عملکرد سرور جلوگیری شود و به سخت افزار آسیب نرسد. برای نمونه سرورهای اچ پی HPE ProLiant و HPE Apollo از جمله سرور هایی هستند که عملکرد بالایی دارند و گرمای زیادی هم تولید می کنند. در صورت عدم مهار کردن این گرما مشکل های زیر ایجاد می شوند:
کاهش عملکرد: گرمای زیاد عملکرد سرور را کاهش می دهد و در عملکرد سرور اختلال ایجاد می کند.
خرابی سخت افزار: قرار گرفتن سرور در مجاورت گرما، عمر قطعه های حیاتی سخت افزاری مانند پردازنده، حافظه و هارد دیسک را کاهش می دهد.
خرابی سیستم: به دنبال افزایش بیش از حد دمای داخل سرور و تجهیزات سرور، ممکن است سخت افزارها به خرابی دائمی دچار و سیستم ها مختل شوند که همین مورد به از دست رفتن داده ها و بروز قطعی در سرویس ها منتهی می شود.
هدر رفتن انرژی: گذشته از آسیب هایی که در صورت خنک نکردن سرور رخ می دهند، سیستم های خنک کننده نامناسب نیز با افزایش مصرف انرژی، هزینه های عملیاتی و جانبی زیادی را به دستگاه و سرور تحمیل می کنند.
پس می توان گفت که روش خنک سازی مناسب نقش مهمی در حفظ عملکرد سرورها، افزایش طول عمر سخت افزار، و کاهش هزینه های عملیاتی دارد. هم چنین در صورت توجه نکردن به این نکته سرور و سیستم با خرابی و چالش های زیادی مواجه می شود که در نهایت به خرابی سرور و از دست رفتن داده منتهی می شود.
انواع روش‌های خنک‌سازی سرورها چه هستند؟
در حالت کلی روش های خنک سازی سرور ها به دو دسته خنک سازی سرور با هوا و خنک سازی سرور با مایع، بخش می شوند. هر کدام از روش های خنک سازی با هوا و خنک سازی با مایع امتیاز و چالش های خاص خود را دارد و انتخاب مناسب ترین شیوه خنک سازی سرور به عامل های مختلفی از جمله نوع مرکز داده، نوع سخت افزار و تجهیزات، و هم چنین نوع عملیاتی که با استفاده از سرور و دیتا سنتر انجام می گیرد، بستگی دارد.
شیوه خنک سازی سرور با استفاده از هوا
با وجود شیوه های مختلف خنک سازی سرور، خنک سازی با هوا هم چنان رایج ترین و مقرون به صرفه ترین روش خنک سازی سرور است. در این روش از هوا به عنوان واسطه ای برای جذب و انتقال گرما از قطعه های داخلی سرور و تجهیزات سرور، استفاده می شود. اجزا و تجهیزات خنک سازی با هوا عبارت اند از:
فن‌ها: فن‌ها اجزای اصلی سیستم‌های خنک‌کننده با هوا هستند که هوا را در سراسر سرور جریان می‌دهند و به دفع گرما کمک می‌کنند.
هیت‌سینک‌ها: هیت سینک ها (Heatsink) قطعه های فلزی هستند که به قطعه های تولیدکننده گرما مانند پردازنده‌ها و پردازنده‌های گرافیکی متصل می‌شوند و سطح بیشتری برای دفع گرما از قطعه ها فراهم می‌کنند.
بهینه‌سازی جریان هوا: طراحی صحیح جریان هوا از جمله مقوله های حیاتی در مرکزهای داده است. در این مورد بهینه سازی هوا با استفاده از طراحی پیکربندی راهروهای گرم و سرد، استفاده می شود و جریان هوای سرد به سمت قطعه های مورد نیاز هدایت می شود.
خنک سازی سرور با استفاده از هوا چه مزیت هایی دارد؟
هزینه پایین: سیستم خنک‌سازی با هوا نسبت به روش‌های مایع هزینه کمتری دارد و راه‌اندازی و نگهداری آن ارزان‌تر است.
سادگی نصب و راه اندازی: نصب، نگهداری و بهره‌برداری از سیستم های خنک سازی هوا ساده است و به همین دلیل بسیار محبوب هستند.
مقیاس پذیری: سیستم های خنک سازی سرور با هوا مقیاس پذیر هستند. در صورت نیاز به افزایش ظرفیت، می‌توان با اضافه کردن فن‌ها یا بهبود مدیریت جریان هوا، به راحتی سیستم را مقیاس پذیر کرد.
خنک کردن سرور با استفاده از هوا چه چالش هایی دارد؟
مصرف بالای انرژی: در مرکز داده های بزرگ، خنک‌سازی با هوا انرژی زیادی مصرف می کند و در نتیجه هزینه عملیاتی را افزایش می دهد.
صدا: فن‌ها ممکن است نویز تولید کنند که این می‌تواند در برخی محیط‌ها نگران‌کننده باشد.
شیوه خنک سازی سرور با استفاده از مایع
سیستم‌های خنک‌سازی سرور با مایع از آب یا مایع های خاص برای انتقال گرما از قطعه های سرور به محیط بیرون استفاده می‌کنند. این روش‌ها در مقایسه با خنک‌سازی با هوا از کارایی بالاتری برخوردارند، و به همین دلیل برای مرکز های داده با تراکم بالای سرور پیشنهاد می شوند.
انواع روش های خنک سازی سرور با استفاده از مایع چه هستند؟
خنک‌سازی مستقیم به چیپ (Direct-to-Chip): در این روش، مایع خنک‌کننده به‌طور مستقیم به قطعه های تولیدکننده گرما مانند پردازنده‌ها و پردازنده‌های گرافیکی می‌رسد. مایع گرما را جذب و آن را به خارج از سیستم منتقل می‌کند. این روش بسیار کارآمد است و دمای قطعه ها را به اندازه زیادی کاهش می دهد.
خنک‌سازی غوطه‌وری: در این روش، قطعه های سرور به‌طور کامل در مایع خنک‌کننده غوطه‌ور می‌شوند. این روش یکی از مؤثرترین روش‌های خنک‌سازی است چرا که گرما به طور مستقیم از قطعه به مایع منتقل می شود.
خنک‌سازی مایع به هوا: در این سیستم، مایع خنک‌کننده گرما را از قطعات سرور جذب و آن را به یک مبدل حرارتی منتقل می‌کند. سپس از هوای سرد برای دفع گرما از مبدل استفاده می‌شود و هوای سرد گرمای مبدل را به بیرون منتقل می کند. این سیستم ترکیبی هم زمان از کارایی بالای خنک سازی مایع و هم چنین سادگی خنک سازی با هوا، استفاده می کند.
خنک سازی سرور با استفاده از مایع چه مزیت هایی دارد؟
کارایی بالا: سیستم های خنک سازی سرور با مایع، گرما را به طور موثرتری نسبت به هوا منتقل می کنند که این موضوع در مرکزهای داده با تعداد سرور زیاد، موثر است.
کاهش مصرف انرژی: سیستم های خنک سازی سرور با مایع، کارایی بالاتری در دفع گرما دارند که این موضوع از صرف انرژی کم تر و هم چنین کاهش هزینه های عملیاتی خبر می دهد.
فضای کم تر: خنک سازی سرور با مایع، امکان استفاده در فضای کوچک تر را نیز فراهم می کند و همین سبب شده تا برای مرکزهای داده با فضای محدود مناسب باشد.
خنک کردن سرور با استفاده از مایع چه چالش هایی دارد؟
پیچیدگی، هزینه های اولیه ی بالا، و ریسک نشت مایع، از جمله چالش های خنک کردن سرور با استفاده از مایع هستند.
پیچیدگی: طراحی، نصب و نگهداری سیستم‌های خنک‌سازی با مایع از طراحی و پیاده سازی سیستم خنک سازی با هوا پیچیده تر است.
هزینه‌های اولیه بالا: هزینه نصب یک سیستم خنک‌سازی مایع معمولاً بیشتر از سیستم‌های خنک سازی سرور با هوا است، هرچند که صرفه‌جویی‌های بلندمدت در هزینه انرژی می‌تواند این هزینه‌ها را جبران کند.
ریسک نشت: هرچند که سیستم‌های خنک‌سازی با مایع امروزی بسیار قابل اعتماد هستند، اما همیشه خطر نشت مایع و آسیب به سخت‌افزار وجود دارد.
روش خنک سازی ترکیبی (خنک سازی هیبرید)
برخی از مرکزهای داده از سیستم های ترکیبی برای خنک سازی سرور و دیتا سنتر با هوا و مایع استفاده می کنند که بیشتر برای بهره گرفتن از مزیت های هر دو سیستم و هر دو روش خنک سازی سرور با هوا و خنک سازی سرور با مایع به کار می رود. برای نمونه می توان برای خنک سازی قطعه هایی که حساسیت کم تری دارند از خنک سازی با هوا و برای خنک سازی قطعه های مهم مانند کارت گرافیک و پردازنده های سرور، از خنک سازی با مایع استفاده کرد.
سیستم های خنک کننده سرور ترکیبی چه مزیتی دارند؟
انعطاف پذیری و کارایی از جمله مزیت های سیستم های خنک کننده ترکیبی سرور هستند که در ادامه هر یک را توضیح می دهیم.
انعطاف پذیری: سیستم های خنک کننده سرور ترکیبی به شما این امکان را می دهند تا بسته به میزان دسترسی به انرژی و منبع های خنک کننده، سرور را خنک سازی کنید. برای نمونه برای محلی که هوای کافی وجود دارد و دسترسی به هوا ساده تر است از خنک کننده هوا و برای محلی که تراکم بالایی از گرما وجود دارد از خنک کننده مایع استفاده می کنید.
کارایی انرژی و بهره وری: استفاده هم زمان از هر دو سیستم خنک کننده سرور مایع و خنک کننده سرور با هوا، مصرف انرژی بهینه می کند و از سویی دیگر سرور ها را به طور موثری خنک نگه می دارد.
استفاده از سیستم های خنک کننده ترکیبی چه چالش هایی دارند؟
روشن است که در کنار مزیت های استفاده از سیستم های خنک کننده ترکیبی سرور، این سیستم ها چالش هایی هم به همراه دارند که شرح می دهیم.
پیچیدگی بیشتر: طراحی و پیاده سازی سیستم های خنک کننده ترکیبی که از هر دو منبع مایع و هوا استفاده کند، به برنامه ریزی دقیق نیاز دارد.
نیاز به نگه داری بیشتر: سیستم های خنک کننده ترکیبی سرور به دلیل استفاده از هر دو منبع انرژی، به نگه داری و مراقبت بیشتری نیاز دارند.
خنک سازی سرور با استفاده از روش خنک سازی آزاد
روش خنک سازی آزاد، به استفاده از هوای محیط برای خنک سازی سرور اشاره دارد که بیشتر در منطقه هایی با آب و هوای سرد به کار می رود. در این روش به جای استفاده از سیستم های خنک کننده مکانیکی، از هوای بیرون برای خنک کردن سرور ها استفاده می شود. این روش بسیار کارآمد است و می تواند هزینه مصرف انرژی برای خنک سازی سرور را کاهش دهد.
روش خنک سازی آزاد چه مزیت هایی دارد؟
صرفه جویی در انرژی و رعایت پروتکل های زیست محیطی از جمله مزیت های استفاده از روش خنک سازی آزاد هستند.
صرفه جویی در انرژی: با استفاده از روش خنک سازی آزاد و استفاده از هوای بیرون برای خنک کردن تجهیزات سرور، نیاز به تجهیزات خنک کننده مکانیکی کاهش می یابد که به صرفه جویی در مصرف انرژی منتهی می شود.
رعایت پروتکل های زیست محیطی: استفاده از هوای طبیعی برای خنک کردن سرور، مصرف انرژی را کاهش می دهد و اثرهای مثبتی بر روی محیط زیست دارد چرا که چالش های ناشی از به کارگیری تجهیزات مکانیکی و صنعتی در این مورد حذف شده است.
خنک سازی سرور به روش آزاد چه چالش هایی دارد؟
محدودیت جغرافیایی مهم ترین محدودیت استفاده از روش خنک سازی سرور به روش آزاد است. خنک سازی سرور به روش آزاد تنها در منطقه هایی که آب و هوای سرد و مطبوع دارند کارآمد هست و ممکن است در منطقه های گرم چندان موثر نباشد.
کدام یک از روش های خنک سازی سرور برای تجهیزات شما مناسب تر است؟
روش های مختلفی برای خنک سازی سرور وجود دارند که هر یک مزیت و چالش خود را دارد و انتخاب مناسب ترین روش خنک سازی سرور به ملاحظه های مختلفی از جمله تجهیزات، نوع دیتا سنتر، نوع سرور، نوع منبع های مورد استفاده، محیط و هزینه های صرف شده بستگی دارد. در هر صورت چه برای سازمانی کوچک، و چه برای دیتا سنتر و مرکز داده بزرگ، استفاده از خنک سازی سرور موضوعی حیاتی است که نقش کلیدی در عملکرد آن دارد. از سویی دیگر اگر در انتخاب روش مناسب خنک سازی دقت نشود، ممکن است چالش و هزینه های قابل ملاحظه ای بر سازمان تحمیل شود. به همین دلیل می توان گفت که انتخاب سیستم خنک سازی سرور مناسب به اندازه فرآیند خنک سازی سرور اهمیت دارد. در حالت کلی می توان گفت که سیستم خنک سازی مایع برای مرکز داده های با تراکم بالا مناسب است و سیستم های ترکیبی و آزاد نیز بیشتر برای بهینه سازی مصرف انرژی به کار می روند.
