Datacenterkylning handlar både om TCO och tillförlitlighet
Även om de flesta datacenter lever i någon form av dunkel, finns det något djupt fascinerande med rum som innehåller rader av rack med högpresterande servrar. Och med tanke på att planetens dataanvändning ungefär fördubblas varje år kommer mängden och storleken på datacenter överallt bara att växa.
Flugan i soppan är så bara konsumtionen. När miljontals människor laddar upp bilder på sina lunchrätter eller något annat som kanske inte är helt avgörande för vår välfärd och existens, kostar det bearbetningskraft, lagringskapacitet och därmed också motorkraft och energi. Det behöver inte bara energi för att hålla miljontals servrar på planeten igång. Tidigare behövdes nästan motsvarande mängd energi för att hålla servrarna svala – idag är det mindre än 20 procent av IT-belastningen – så de arbetar inom några proportionellt snäva temperaturgränser.
Principen för Vertivs kylmaskiner. I praktiken är det ”omvända värmare” som växlar kylluften i serverrummen med kylvatten från utomhusluften eller kompressorerna utanför.
Kuber används nu för att dela upp kalla och varma zoner i stället för att kyla den totala mängden luft i varje serverrum. Detta ger en mycket bättre kontroll över luftflödet, och uteffekten i varje serverrack kan vara mer än 10kW istället för bara hälften om kylningen inte var optimal.
Det kan vara så att kyldatacenter inte precis är det sexigaste inom elektronik och byggteknik, men det är avgörande att centrumen fungerar optimalt – och med så lite energiförbrukning som möjligt. När allt kommer omkring är det ingen mening med att vi fokuserar på att minska planetens energiförbrukning på alla fronter om datacenter inom en inte så avlägsen framtid lockar så mycket prestanda att den totala energiförbrukningen ändå eskalerar.
Lyckligtvis är detta ett allvarligt datacenter som inte bör slås med Facebook-inlägg och snapchats. Kunderna är naturligtvis särskilt DTU själva, men inkluderar också alla andra universitet i Danmark och i den mer forsknings- och vetenskapstunga änden av skalan. Och jämfört med världens gigantiska datacenter är den totala kraften hos servrarna på högst 500kW inte enorm. Men en besparing på kylningen av kanske bara en liten tvåsiffrig procent kan fortfarande bli en betydande mängd – och ha en positiv inverkan på miljön.
Varma och kalla zoner måste demonteras
Ole Kjærgaard ansvarar för den dagliga driften och driften av datacentret, och det är ett stort och omfattande arbete som kräver både tillförlitliga lösningar och framåtblickande planering av förändringar. Oavsiktlig stilleståndstid för växtdelar är en sak att undvika, eftersom även kortvariga avbrott av antingen den skyddade strömförsörjningen utan avbrott eller kylning av servrarna kan leda till katastrofal dataförlust eller i värsta fall trasig IT-utrustning. Säkerheten för data och IT-utrustning och den stabila funktionen är Ole Kjærgaards primära uppdrag, men även TCO – Total Cost of Ownership – blir allt viktigare. Detta gäller särskilt i förhållande till verksamheten, där energiförbrukningen för kylning av servrarna är en av de faktorer som kan räknas positivt i både ekonomi- och miljöredovisningen.
Tidigare hade serverrummen svalnat till under 20 grader året runt, och rackskåpen stod där det bara fanns plats oavsett var varmluften från servrarna blåste ut. Men den filosofin har naturligtvis förändrats – både när det gäller den mängd datakapacitet som har trängts in i byggnaden, men också i förhållande till den totala ekonomin. Då krävs exakt kontroll av kylluften och kopplingen mellan luft, vatten och luft i övergångarna mellan byggnadens luftflöde och lufttemperaturen utanför, säger Ole Kjærgaard.
I stället för att kyla hela byggnaden – trots den tidigare inert säkerheten med att ha ett svalt byggnadsbestånd som reserv i händelse av ett fel i kylsystemet – är det bättre att arbeta med zoner som separerar kallt och varmt runt de enskilda serverrackerna. Detta har lett till att ett antal ”kuber” har inrättats i vart och ett av de fyra serverrummen i byggnad 304. Kuberna ger exakt kontroll av lufttemperaturen och luftflödet till servrarna. På detta sätt är det också möjligt att maximera användningen av den så kallade ”frikyla”, vilket innebär att antalet dagar då luften utanför är så kall att den kan användas för att kyla servrarna snarare än att använda de mer slukade kompressorerna, som drar temperaturen på det cirkulerande kylvattnet ner till ca 15 °C.
Möjlig kontroll av många parametrar
Det kylda vattnet från kompressorerna dras in i ett antal kylmaskiner i vart och ett av de fyra serverfacken. Datacentret har nyligen investerat i ett antal Kylmaskiner från Vertiv, som Wexøe A/S nyligen har levererat till i2/DeiC/DTU. Vertivs kylmaskiner består av en kylyta – i praktiken en ”inverterad” värmare – och kraftfulla fläktar som skickar luften genom serverställ i kuberna i serverfacken. Vertivs kylmaskiner är processorstyrda och gör det därmed möjligt för Ole Kjærgaard att arbeta med ett brett spektrum av parametrar för att optimera kylningen med en samtidig minimering av förbrukningen. Servrarna fungerar inom ganska smala ramar av ”sweet-spots” temperaturmässigt.
Konsten ligger i arbete med så lågt lufttryck som möjligt och ganska stora kylytor. I praktiken innebär en välfungerande kylning att en serverrack kan fungera med mer än 10kW kraft snarare än hälften. Utmaningen är att hålla förbrukningen för kylning i schack. Vi känner av konsekvenserna av den globala uppvärmningen jämfört med 1980-talet, som byggnaden härstammar från. Men målet är trots att man uppnår så många kyldagar som möjligt, och Vertiv hjälper kylmaskinerna i kombination med kuberna, förklarar Ole Kjærgaard.
Det handlar om att uppnå största möjliga temperaturskillnad mellan kyla och den heta zonen i serverrummet. Varje grad celsius du kan öka lufttemperaturen motsvarar faktiskt 20 extra lediga dagar. Det följer med det att det är en ganska uppgift att optimera luftflöde, temperatur och gränssnitt mellan kylytor – med respekt för servrarnas dynamiska kraft när de arbetar. Vertivs processorhantering baserad på sensorinmatning från varje kub automatiserar ett antal inställningar. Detta leder i sin tur till en nätverksbaserad – och återigen dynamisk – lastfördelning av kylning av de enskilda serverrackerna, så att effektiviteten kontinuerligt optimeras. Fem plus fyra Vertiv kylmaskiner är för närvarande installerade i två av de fyra serverrummen.
Vertivs kylmaskiner arbetar enligt företagets patenterade SmartAisle-princip, där nedflödes kylmaskinernaär sensorstyrda. Dessa kanske inte är de billigaste kyllösningarna på marknaden, men vi måste tänka i TCO. Effektiva kylmaskiner i större datacenter kan minska elförbrukningen med upp till 40 procent. I detta sammanhang har Wexøe tagit fram TCO-beräkningar som beskriver förhållandet mellan maskininvesteringar och drift under två respektive fem års tidshorisont. Den goda totalekonomin i kombination med tillförlitlig utrustning från en erkänd tillverkare ger en bra helhetsbild, där säkerheten måste vara i toppklass – och kostnaderna hålls i skarpt fokus, avslutar Ole Kjærgaard.
