Veri merkezi sıvı soğutmasının benimsenmesi, yüksek yoğunluklu IT kabinlerinin daha verimli ve etkili bir şekilde soğutulmasını sağlayabilmesi sayesinde ivme kazanmaya devam ediyor. Ancak veri merkezi tasarımcıları ve operatörleri, sıvı soğutmanın veri merkezi verimliliği üzerindeki etkisini tahmin etmek ve enerji verimliliği için sıvı soğutmanın dağıtımını optimize etmeye yardımcı olmak için kullanılabilecek verilerden yoksundur.
Bu boşluğu doldurmak için NVIDIA ve Vertiv uzmanlarından oluşan bir ekip, sıvı soğutmanın veri merkezi PUE’si ve enerji tüketimi üzerindeki etkisine ilişkin ilk büyük analizi gerçekleştirdi. Tam analiz, Amerikan Makine Mühendisleri Derneği (ASME) tarafından, Yüksek Yoğunluklu Hava-Sıvı Hibrit Soğutmalı Veri Merkezinin Güç Kullanımı Etkililik Analizi makalesinde yayınlanmıştır. Bu yazı; metodolojiyi, sonuçları ve bu analizden elde edilen önemli çıkarımları özetlemektedir.
Veri Merkezi Sıvı Soğutma Enerji Verimliliği Analizi için Metodoloji
Analizimiz için, Baltimore, Maryland’de orta ölçekli (1-2 megawatt), Seviye 2 bir veri merkezi seçtik. Tesiste iki sıra halinde düzenlenmiş 50 yüksek yoğunluklu kabin bulunur. Analiz için temel değer, sıcak koridor kapamalı çevre bilgisayar odası hava işleyici (CRAH) üniteleri olan iki soğutulmuş su tarafından sağlanan %100 hava soğutmasıdır. Soğutma üniteleri; serbest soğutma, adyabatik serbest soğutma, hibrit soğutma ve adyabatik mekanik soğutma kabiliyetlerine sahip Vertiv™ Liebert® AFC soğutucu ile desteklenir.
Sıvı soğutma, ana ısı üreten IT bileşenlerine monte edilmiş mikro kanal soğuk plakaları üzerinden doğrudan çipe soğutma ile sağlanır ve sıvıdan sıvıya eşanjörlere sahip iki Vertiv™ Liebert® XDU soğutma sıvısı dağıtım ünitesi (CDU) ile desteklenir.
Vertiv™ Liebert® XDU ve Vertiv™ Liebert® PCW’yi içeren enerji analizi için kullanılan veri merkezi şeması.
Analizde, IT yükünü alt sistemlere bölerek, her bir alt sistem için doğru bir şekilde hesaplanabilmesi için sıvı tarafından soğutulan yükün yüzdesinde kademeli bir artışın etkisini sağlayan bir “tümevarım” yaklaşımı kullanılmıştır. Ardından, dört çalışma yürüttük ve her bir çalışmada sıvı soğutma yüzdesini artırıp aynı zamanda soğutulmuş su sıcaklığı, besleme havası sıcaklığı ve sıvı soğutma kullanımıyla sağlanan ikincil giriş sıcaklığı için optimizasyonlar gerçekleştirdik.
- Çalışma 1: 7,2 Santigrat derece (45 Fahrenhayt) soğutulmuş su sıcaklığı, 25 °C (77 F) besleme hava sıcaklığı ve 32 °C (89,6 F) ikincil giriş sıcaklığı ile %100 hava soğutma.
- Çalışma 2: Yükün %61,4’ü sıvı ile ve %38,6’sı hava ile soğutulur. Soğutulmuş su sıcaklığı 18 °C’ye (64,4 F) yükseltilir, besleme havası sıcaklığı 25 °C’de (77 F) ve ikincil giriş sıcaklığı 32 °C’de (89,6 F) tutulur.
- Çalışma 3: Yükün %68,6’sı sıvı ile ve %31,4’ü hava ile soğutulur. Soğutulmuş su sıcaklığı 25 °C’ye (77 F), besleme havası sıcaklığı ise 35 °C’ye (95 F) yükseltilir ve ikincil giriş sıcaklığı 32 °C’de (89,6 F) tutulur.
- Çalışma 4: Yükün %74,9’u sıvı ile ve %25,1’i hava ile soğutulur. Soğutulmuş su sıcaklığı 25 °C’de (77 F), besleme havası sıcaklığı ise 35 °C’de (95 F) tutulur ve ikincil giriş sıcaklığı 45 °C’ye (113 F) çıkarılır.
Sıvı Soğutma Uygulamasının Veri Merkezi Enerji Tüketimi ve PUE Üzerindeki Etkisi
Çalışma 4’te sıvı soğutmanın tam olarak uygulanması (%74,9), %100 hava soğutmasına kıyasla tesis gücünde %18,1 azalma ve toplam veri merkezi gücünde %10,2 azalma sağlamıştır. Bu, sadece veri enerjisi maliyetlerini yıllık %10 oranında azaltmakla kalmaz, karbon bazlı enerji kaynakları kullanan veri merkezleri için Kapsam 2 emisyonlarını aynı oranda azaltma etkisine sahiptir.
Toplam veri merkezi gücü, doğrudan çipe soğutma ile soğutulan yükün yüzdesindeki her bir artışla azaltıldı. Çalışma 1 ile 2 arasında enerji tüketimi %6,4 oranında azaltılmış; Çalışma 2 ile 3 arasında ilave %1,8'lik bir azalma elde edilmiş ve Çalışma 3 ile 4 arasında %2,5’lik bir iyileşme daha görülmüştür.
Bu sonuçlara dayanarak, her çalışma için hesaplanan veri merkezi PUE’si şaşırtıcı olabilir. PUE, Çalışma 1’de 1,38’den %3,3 düşerek Çalışma 4’te 1,34’e inmiş ve Çalışma 2 ve 3 için 1,35’te sabit kalmıştır.
PUE’nin nasıl hesaplandığını biliyorsanız, bu tutarsızlığın nedenini halihazırda tahmin etmiş olabilirsiniz. PUE, temel olarak toplam veri merkezi gücünün IT gücüne bölünmesiyle hesaplanan altyapı verimliliğinin ölçümüdür. Ancak sıvı soğutma yalnızca tesis tarafındaki tüketimi azaltmakla kalmadı, aynı zamanda sunucu fanlarına olan gereksinimi azaltarak IT enerji tüketimini de (PUE tanımına göre) azalttı.
Sunucu fanı enerji tüketimi Çalışma 1 ve Çalışma 2 arasında %41, Çalışma 1 ve Çalışma 4 arasında ise %80 azalmıştır. Bu, Çalışma 1 ve 4 arasında IT gücünde %7’lik bir azalmaya yol açtı.
Hava soğutmanın aksine, sıvı soğutma, PUE hesaplamasında hem pay (toplam veri merkezi gücü) hem de paydayı (IT ekipmanı gücü) etkiler. Bu durum, sıvı soğutmayı sıvı ve hava soğutma sistemlerinin verimliliğini karşılaştırmak için etkisiz kılar.
Makalemizde, bu amaç doğrultusunda daha iyi bir ölçüt olarak Toplam Kullanım Verimliliğini (TUE) öneriyoruz. Bu kararın neden alındığını bir takip yazısında açıklayacağım. Analizimizin konusu olan veri merkezi için TUE, Çalışma 1 ve 4 arasında %15,5 oranında iyileşti. Bunun optimize edilmiş sıvı soğutma yerleştirmesi yoluyla elde edilen veri merkezi verimliliğindeki kazanımların doğru bir ölçüsü olduğunu düşünüyoruz.
Veri Merkezi Sıvı Soğutma Enerji Verimliliği Analizinden Elde Edilen Temel Çıkarımlar
Analiz, veri merkezi sıvı soğutmasının verimliliğine ve nasıl optimize edilebileceğine dair pek çok bilgi sağladı. Özellikle veri merkezi tasarımcılarına, önceki bölümde belirtilen sonuçları elde etmek için kullanılan destekleyici verileri içeren makalenin tamamını okumalarını tavsiye ediyorum. Burada daha geniş bir kitlenin ilgisini çekebilecek bazı önemli çıkarımlar yer almaktadır.
- Yüksek yoğunluklu veri merkezlerinde sıvı soğutma, hava soğutmaya kıyasla IT ve tesis sistemlerinin enerji verimliliğinde iyileşmeler sağlar. Tamamen optimize edilmiş çalışmamızda, sıvı soğutmanın uygulanması toplam veri merkezi gücünde %10,2'lik bir azalma ve TUE’de %15’ten fazla bir iyileşme sağlamıştır.
- Veri merkezi sıvı soğutma uygulamasını en üst düzeye çıkarmak, — sıvı ile soğutulan IT yükünün yüzdesi açısından — en yüksek verimliliği sağlar. Doğrudan çipe soğutma ile tüm yükün sıvı ile soğutulması mümkün değildir, ancak yükün yaklaşık %75’i etkili bir şekilde soğutulabilir.
- Sıvı soğutma, tesis altyapısının verimliliğini en üst düzeye çıkaran daha yüksek soğutulmuş su, besleme havası ve ikincil giriş sıcaklıkları sağlayabilir. Özellikle sıcak su soğutması dikkate alınmalıdır. Son çalışmamızdaki ikincil giriş sıcaklıkları 45 °C’ye (113 F) yükseltilmiştir. Bu, elde edilen sonuçlara katkıda bulunurken atık ısının yeniden kullanımı için fırsatları da artırmıştır.
- PUE, veri merkezi sıvı soğutma verimliliği için iyi bir ölçüt değildir ve TUE gibi alternatif ölçütler, hava soğutmalı bir veri merkezinde sıvı soğutmanın uygulanmasıyla ilgili tasarım kararlarına yol göstermede daha faydalı olacaktır.
Son olarak, Vertiv ve NVIDIA’daki iş arkadaşlarıma bu çığır açan analizdeki çalışmaları için teşekkür etmek istiyorum. Bulgular yalnızca sıvı soğutma yoluyla elde edilebilecek enerji tasarruflarını ölçmekle kalmaz, aynı zamanda tasarımcılara veri merkezi sıvı soğutma kurulumlarını optimize etmek için kullanılabilecek değerli veriler sağlar.
Sıvı soğutmanın benimsenmesini sağlayan trendler hakkında daha fazla bilgi için bk. Sıvı Soğutma: 2022 OCP Global Zirvesi’ndeki bir sıvı soğutma uzmanları panelinden gelen bilgileri özetleyen Yüksek Yoğunluklu Hesaplama için Veri Merkezi Çözümleri.
