Trang chủ » Tin tức

Giải pháp làm mát hệ thống máy chủ server cho doanh nghiệp

Ba phương án làm mát cấp độ phòng, dãy rack và tủ rack giúp đảm bảo độ linh hoạt, khả năng dự đoán, mở rộng, giảm lượng điện năng tiêu thụ, giảm tổng chi phí sở hữu (TCO) và nâng cao độ sẵn sàng của hệ thống điện trong các TTDL thế hệ mới.

Trong quá trình hoạt động, một phần năng lượng cung cấp cho các thiết bị CNTT sẽ chuyển hóa thành nhiệt. Lượng nhiệt này cần phải được loại bỏ nhằm tản nhiệt cho thiết bị. Hầu hết thiết bị CNTT hiện nay đều làm mát bằng khí, đồng nghĩa luồng khí tự nhiên xung quanh hoặc luồng khí lạnh sẽ được tận dụng để làm mát khi thiết bị nóng lên. Một TTDL có thể chứa hàng ngàn thiết bị CNTT. Càng nhiều thiết bị tỏa nhiệt, khí nóng trong TTDL sẽ càng tăng. Nhiệm vụ của các hệ thống làm mát là phải cách ly luồng khí nóng và xử lý một cách hiệu quả.

Cách tiếp cận truyền thống

Phương pháp truyền thống để làm mát TTDL là sử dụng các thiết bị làm mát theo diện tích phòng nhằm phân phối khí lạnh bên dưới sàn nâng. Hệ thống này giữ vai trò cung cấp khí lạnh và điều hòa khí nóng như một máy trộn khí lớn: lần lượt khuấy trộn các luồng khí trong TTDL nhằm đảm bảo nhiệt độ trung bình ổn định, ngăn chặn các rủi ro do nhiệt gây ra.

Phương pháp này sẽ còn hiệu quả khi nào nguồn điện cần cho hệ thống làm mát chỉ chiếm một phần nhỏ trong tổng lượng điện tiêu thụ của toàn TTDL– tức khi mật độ công suất điện trung bình trong TTDL chỉ từ 1-2 kW cho mỗi rack. Với mật độ thiết bị CNTT hiện đại ngày nay, công suất điện trong một TTDL có thể lên đến 20 kW mỗi rack hay nhiều hơn. Từ dữ liệu mô phỏng và kinh nghiệm từ một vài nhà sản xuất cho thấy, cách làm mát truyền thống không đáp ứng nổi nhu cầu hoạt động ở mật độ cao này.

Để giải quyết bài toán trên, có thể làm mát tập trung theo từng cấp độ: phòng, dãy rack & tủ rack nhằm giảm nguy cơ trộn khí. Các cách tiếp cận này có thể đáp ứng công suất ở mật độ cao hơn, khả năng dự phòng tốt và nhiều lợi ích khác.

Mọi hệ thống điều hòa không khí trong TTDL đều phục vụ hai chức năng chính: cung cấp nguồn khí lạnh và phân phối chúng đến các thiết bị CNTT. Chức năng đầu tiên cũng tương tự giải pháp làm mát truyền thống: lượng khí lạnh cung cấp phải đủ lớn để làm mát tổng nhiệt lượng thải ra từ các thiết bị CNTT. Điểm khác biệt là việc giải pháp làm mát cấp độ phòng, dãy rack và tủ rack sẽ điều hướng luồng khí lạnh đến các thiết bị như thế nào. Không phân phối một cách qua loa theo kiểu làm mát truyền thống, những luồng khí lạnh (dù không nhìn thấy được trên thực tế) sẽ được phân bố theo từng mô hình khác nhau với mục đích sử dụng phù hợp. Kiểm soát luồng khí chính là mục tiêu lớn nhất của ba kiểu mô hình này.

Trong hình 1 là ba mô hình làm mát cơ bản. Phần ô vuông màu đen là các rack bên trong các dãy rack. Phần đường kẻ xanh là luồng khí của các thiết bị làm mát (CRAC). CRAC có nhiều kiểu thiết kế khác nhau. Với cấp độ phòng, các CRAC được thiết kế làm mát chung cho cả phòng. Ở cấp độ dãy rack, CRAC được bố trí làm mát cho riêng từng dãy rack. Và ở cấp độ tủ rack, hệ thống làm mát được bố trí làm mát cho từng tủ rack riêng biệt.

Giải pháp làm mát cấp độ phòng

Các thiết bị CRAC làm mát cho cả phòng sẽ phân phối khí lạnh đồng đều đến tất cả các thiết bị hoạt động trong phòng. Nguồn khí lạnh cung cấp và nguồn khí nóng thải ra có thể được cách ly nhờ hệ thống sàn nâng hoặc các hệ thống thông gió phía trên.

Thiết kế này hoạt động nhờ sự liên kết độc đáo của nhiều thành phần bên trong phòng, bao gồm hình dáng, chiều cao trần, các đường ống phía trên và phía dưới sàn, cách bố trí dãy rack, vị trí CRAC và các thanh nguồn nối đến các thiết bị CNTT. Phương pháp làm mát bao quát này phân bổ luồng khí mát đồng đều đến các vị trí, kể cả những khu vực có mật độ thiết bị cao, do đó hiệu quả làm mát sẽ không tối ưu và không tận dụng hết toàn bộ hiệu suất của các thiết bị CRAC.

Giải pháp làm mát cấp độ dãy rack

Các thiết bị CRAC được bố trí để làm mát cho từng dãy tủ rack, có thể được lắp đặt giữa các rack hoặc gắn phía trên tủ. So với hệ thống làm mát cấp độ phòng, các luồng khí ở cấp độ dãy rack sẽ ngắn hơn và được cách ly triệt để hơn. Nhờ có thể định hướng được sự luân chuyển các luồng khí, toàn bộ hiệu suất của hệ thống CRAC đều được tận dụng tối đa và hiệu quả sử dụng điện tốt hơn. Việc giảm bớt phạm vi thổi khí cũng giảm bớt điện năng cung cấp cho các quạt CRAC. Điều này rất hiệu quả vì trong những TTDL ít tải, chỉ riêng lượng điện để quạt mát cũng có thể cao vượt tổng điện tiêu thụ của tất cả các tải CNTT.

Thiết kế làm mát theo dãy rack cho phép tính toán công suất làm mát và dự phòng để phục vụ nhu cầu hoạt động trong từng dãy cụ thể. Ví dụ, một dãy tủ gồm các rack đặt các máy chủ phiến mật độ cao sẽ cần công suất làm mát cao hơn dãy tủ chỉ chứa những thiết bị tổng đài, switch, hay router. Hơn nữa, công suất dự phòng N+1 hay 2N đều có thể tính toán theo từng dãy tủ cụ thể.

Với các TTDL mới có công suất dưới 200 kW, có thể triển khai giải pháp làm mát theo dãy rack mà không cần làm sàn nâng. Đối với những TTDL đang hoạt động, thiết kế này nên được xem xét khi mật độ tải cao, từ 5 kW mỗi rack. Có thể thiết kế một hành lang nhốt khí để tối ưu hiệu quả làm mát. Hành lang nhốt khí ngăn chặn sự pha trộn khí nóng và khí lạnh với nhau, không phụ thuộc vào thiết kế xây dựng của phòng.

Giải pháp làm mát cấp độ tủ rack

Với giải pháp cấp độ này, các CRAC được gắn trực tiếp bên trong tủ rack và có nhiệm vụ làm mát riêng cho từng rack. So với phương pháp làm mát cấp độ phòng hoặc dãy rack, luồng khí lạnh thổi trực tiếp đến từng rack sẽ ngắn hơn và đến chính xác đối tượng cần làm mát. Nhờ đó, việc làm mát tủ rack hoàn toàn không bị ảnh hưởng bởi bất kỳ thay đổi nào trong phòng. Toàn bộ công suất của CRAC đều được sử dụng và mật độ công suất cao nhất ở mỗi rack có thể lên đến 50 kW.

Nhờ luồng khí lạnh ngắn hơn, điện năng cần cho hệ thống quạt CRAC hoạt động sẽ giảm thiểu và tối ưu hiệu quả chi phí. Thiết kế làm mát cấp độ tủ rack cho phép tập trung công suất làm mát và dự phòng cho nhu cầu thực tế của từng rack. Công thức dự phòng N+1 hay 2N cũng có thể được áp dụng tương ứng.

Với đặc thù làm mát cho từng rack, hệ thống CRAC có thể được tùy biến theo nhu cầu của từng tủ rack mà không ảnh hưởng đến hiệu suất làm mát của những tủ khác. Thiết kế này được ứng dụng trong các TTDL cần hệ thống làm mát độc lập cho tủ rack mật độ cao.


Mô hình kiến trúc làm mát cấp độ dãy phòng-dãy tủ rack

Giải pháp làm mát kết hợp (lai)

Có thể sử dụng kết hợp các giải pháp làm mát cấp độ phòng, dãy rack và tủ rack với nhau như trong hình 2 bên dưới. Đây được xem là một giải pháp “lai”, một cách tiếp cận hiệu quả để tận dụng tối đa công suất từ các rack có mật độ sử dụng điện năng cao.

Ống thoát khí có thể đưa khí nóng thải ra tại mỗi tủ rack vào trực tiếp hệ thống làm mát trung tâm, giúp hệ thống làm mát tại tủ rack có thể tích hợp hoạt động chung với hệ thống làm mát phòng. Việc ứng dụng giải pháp “lai” này sẽ giúp nâng cao hiệu suất bên trong một phòng đã có sẵn hệ thống làm mát.

Thiết kế sử dụng kết hợp mô hình làm mát cấp độ phòng-dãy rack- tủ rack

Kết luận

Giải pháp làm mát cấp độ phòng có những giới hạn về công nghệ và thực tiễn khi triển khai cho TTDL thế hệ mới. Những yếu tố về hiệu suất hoạt động, chi phí điện năng và chi phí hoạt động dẫn đến sự cần thiết phải ứng dụng các chiến lược nhốt khí.

Ba phương án làm mát cấp độ phòng, dãy rack và tủ rack giúp đảm bảo độ linh hoạt, khả năng dự đoán, mở rộng, giảm lượng điện năng tiêu thụ, giảm tổng chi phí sở hữu (TCO) và nâng cao độ sẵn sàng của hệ thống điện trong các TTDL thế hệ mới. Một TTDL có thể sử dụng kết hợp cả ba giải pháp làm mát trên. Chẳng hạn, giải pháp làm mát cấp độ phòng sẽ rất hiệu quả khi dùng cho các ứng dụng mật độ thấp và có nhu cầu thay đổi thường xuyên bên trong TTDL. Đối với các khu vực tủ rack lắp đặt thiết bị mất độ cao, có thể triển khai giải pháp làm mát cấp độ tủ rack. Với những người dùng mới sử dụng công nghệ server mật độ cao, sự kết hợp giữa phương án làm mát cấp độ phòng và dãy rack sẽ đảm bảo cân bằng giữa năng lực dự phòng, mật độ điện năng cao, khả năng thích ứng và TCO tốt nhất.

Các tin liên quan