Proč je důležité udržovat teplotní režim v serverovně. Jak je obvykle uspořádáno chlazení serverovny / Habr

Příliš vysoká teplota v serverové místnosti je pro datové centrum vždy rizikem. Může přijít o data, klientské služby budou nějakou dobu nedostupné, jeden nebo více serverů předčasně selže a bude muset hledat náhradu. A to opět znamená prostoje, ztracený čas a peníze. Ale jaká teplota ve strojovně bude považována za přijatelnou a jaká teplota bude považována za optimální pro provoz zařízení?

Co potřebujete vědět o teplotě v serverovnách

Ve strojovně nepřetržitě cirkulují teplé a studené proudy. Chlazený vzduch generují klimatizace a další zařízení v chladicím systému, horký vzduch vytlačují serverové ventilátory. Když je udržována optimální rovnováha mezi toky různých teplot, zařízení v datovém centru funguje stabilně. Pokud se příliš zahřeje, existuje riziko selhání, předčasného selhání zařízení, ztráty důležitých dat a zastavení služeb.

Pohyb horkého a studeného vzduchu proudí v počítačové učebně datového centra
Podívejme se, co ovlivňuje teplotu v počítačové místnosti datového centra.

• Fyzické parametry místnosti: plocha haly a materiály, ze kterých jsou vyrobeny stěny, strop a stropy. Čím vyšší jsou tepelně izolační vlastnosti materiálů a čím menší je plocha místnosti, tím vyšší je teplota.
• Umístění stěn v serverové místnosti: jsou orientovány do ulice (jižní/severní strana) nebo sousedí se sousední místností. V prvním případě, kdy je budova za slunečného dne přirozeně vytápěna, se může teplota v serverovně zvýšit o 1–2 °C.
• Hustota IT zařízení a celkové množství elektřiny, které spotřebuje. Čím blíže jsou serverové stojany u sebe a čím větší je výpočetní hustota, tím vyšší je pravděpodobnost přehřátí.
• Životnost síťového a dalšího zařízení: zastaralé modely zařízení často fungují neefektivně, nesplňují moderní požadavky a častěji se přehřívají.
• Jak dobře odpovídá výkon klimatizačního systému skutečným potřebám serverovny? V jakém režimu pracují klimatizace v noci a v období minimální zátěže výpočetní techniky?

Na online statistickém portálu Statista můžete najít údaje, že v roce 2019 ztratilo 25 % datových center za pouhou hodinu výpadku serveru 300 až 400 tisíc amerických dolarů. Jedním z častých důvodů zastavení bylo kritické zvýšení teploty.

Pokyny ASHRAE

Pokud jde o zjištění doporučených a povolených teplot zejména pro výpočetní zařízení a serverovny, je běžné odkázat na doporučení Americké společnosti pro vytápění, chlazení a klimatizace (ASHRAE). Před 15 lety ASHRAE nazval 68 až 75 °F (nebo 20 až 24 °C) optimální teplotou pro prostředí datových center. Věřilo se, že zajišťuje bezproblémový provoz ženijního zařízení a nemá negativní dopad na jeho životnost – jinými slovy nevede k předčasnému selhání.

Před několika lety však společnost ASHRAE znovu revidovala svá doporučení s ohledem na vznik nových standardů pro výpočetní zařízení a nyní nazývá přijatelný rozsah provozních teplot od 64 do 81 °F (nebo od 18 do 27 °C) . Tolerance se zvýšily a nyní jsou teploty, které byly dříve považovány za kritické pro servery a úložné systémy, v normálních mezích.

Kontrolní měření teploty v serverovnách se provádí se zapnutým aktivním zařízením ve výšce 1,5 metru od podlahy.

Předtím jsme hovořili o doporučené teplotě. Jak je to ale s tou povolenou, které se také říká přípustná? Jedná se o teplotu, při které může zařízení krátkodobě fungovat při zatížení menším než 50 %. Mezinárodní organizace pro normalizaci ISO nazývá tento limit teplotou 32 °C na horní hranici a 15 °C na spodní hranici. V každodenním provozu datového centra se doporučuje vyhnout se takovým hodnotám teploty v serverovnách; jinak je pro výpočetní zařízení spojena s vysokými riziky.

Co je špatného na limitech teplotního rozsahu?

Nejnovější doporučení ASHRAE rozšířila rozsah až o 7 °C, ale to neznamená, že teploty na hranici již nejsou důvodem k obavám. Na jedné straně mohou majitelé datových center utratit méně peněz za chlazení serveroven. Na druhou stranu při hraničních teplotách budou muset rychle přijmout některá opatření, aby zabránili jejímu kritickému nárůstu, zvláště když teplota stoupá příliš rychle. V tomto případě má datové centrum málo času na to, aby reagovalo na incident a zabránilo zastavení vlastních nebo klientských služeb.

Takto vypadá teplotní rozdíl v různých částech datového centra na tepelné mapě

Ukazuje se, že nová doporučení ASHRAE zmírňují požadavky na teplotu v serverovnách a zároveň implicitně naznačují, že datové centrum by mělo teplotu nejen řídit, ale také používat monitorovací nástroje, které ji v kritické situaci pomohou rychle snížit.

To se obvykle provádí pomocí mnoha digitálních senzorů, které zasílají upozornění, jakmile teplota dosáhne horní (častěji) nebo spodní (méně často) hranice. Takové senzory musí být umístěny ve vzdálenosti minimálně 7,5 metru od sebe, nebo i blíže, pokud má datové centrum racky s blade servery, které generují více tepla než klasické.

Podobné senzory se používají pro měření vlhkosti ve strojovně. Optimální je, pokud je to cca 50 % s odchylkou do 10 % nahoru nebo dolů. Pokyny ASHRAE udávají rozsah 20 % až 80 % včetně.

Jak jinak souvisí provoz zařízení datového centra a teplota?

Každé zařízení má optimální teplotní rozsah. Jedná se o teplotu okolí deklarovanou výrobcem, při které zařízení nejen funguje, ale funguje nepřetržitě po celou záruční dobu. Provoz při nejvyšší možné teplotě však neznamená, že systémy a mechanismy budou fungovat tak dlouho jako při nižších teplotách.

Speciální monitorovací systémy pomáhají kontrolovat teplotu, vlhkost a další parametry kritické pro provoz zařízení.

Rostoucí teploty v serverovnách ovlivňují nejen výpočetní zařízení, ale také nepřerušitelné napájecí systémy.

UPS jsou vysoce závislé na okolní teplotě. Typicky je přípustná provozní teplota UPS od 0 do +40 °C, ale je třeba vzít v úvahu, že optimální provozní teplota baterií je od +15 do +25 °C. Při teplotách nad +25 °C se zkracuje životnost baterií. Když teploty stoupnou na 40 °C, předpokládaná životnost baterií se zkrátí o dva až tři roky a při 50 °C během několika příštích měsíců selžou.

Pokud je pokojová teplota po určitou dobu 30 °C nebo vyšší, schopnost udržet nabití se sníží o 20 %, a když teplota dosáhne 45 °C – o 50 %. Tato čísla se mohou mírně lišit mezi různými výrobci baterií a UPS, ale trend ke snížení životnosti a ztrátě nabití zůstává u všech stejný.

Nejslabší součástí výpočetní techniky jsou úložné jednotky.. Zatímco moderní mikroprocesory a pasivní součástky (dnes jsou to nejčastěji polovodičové kondenzátory) bezpečně snesou teploty do 45 °C, u tradičních HDD je situace jiná. Čím je disk starší, tím vyšší je riziko, že teploty mimo doporučený rozsah způsobí jeho rychlejší selhání.

S disky SSD je to trochu lepší, ale mají také úzké hrdlo. Při vystavení vysokým teplotám ztrácejí MLC články schopnost udržet náboj v oxidu křemíku, což také zkracuje životnost SSD.

Vnitřní systém odvodu tepla v moderních serverech je navržen tak, aby poskytoval chlazení všech vnitřních komponent, které během provozu vytvářejí teplo. Skříň serveru však není hermeticky uzavřena a dochází k výměně tepla s prostředím serverovny, takže je mylné předpokládat, že teplota vzduchu uvnitř skříně bude výrazně nižší než teplota v serverovně. Dále je nutné počítat s tím, že teplota vzduchu v serverovně mimo komunikační skříň, v komunikační skříni a přímo v serverové skříni se může lišit. Proto se doporučuje instalovat teplotní čidla nejen v serverovně na stropě, ale i v každé komunikační skříni, aby byly objektivní informace o klimatických podmínkách ve skříních i mimo ně. Aby byla zajištěna správná cirkulace vzduchu v serverovně, je nutné navrhnout instalaci systému klimatizace/topení s ohledem na proudění vzduchu generované těmito systémy. K tomuto účelu je v serverových skříních zajištěno aktivní větrání, které zajišťuje přístup ochlazeného vzduchu přímo do serverové skříně. Důležité je také správné umístění zařízení v serverové skříni. To je třeba provést s ohledem na velikost a tepelný výkon zařízení. Mezi zařízeními, která aktivně generují teplo pro zajištění ventilace a potřebného odvodu tepla, je dobré použít 1U ventilátory.