Rambler's Top100
 
Статьи ИКС № 2 2022
Даниель БИЗО  18 апреля 2022

Новые рекомендации ASHRAE – вызов энергоэффективности

Пятое издание рекомендаций ASHRAE помимо того, что при определении допустимого теплового режима в ЦОДах предлагает учитывать загрязнение воздуха, предписывает эксплуатировать ИТ-оборудование для высокоплотных вычислений при более низкой температуре.

В 2021 г. Технический комитет 9.9 Американского общества инженеров по отоплению, холодильной технике и кондиционированию воздуха (ASHRAE) опубликовал пятое, обновленное издание Рекомендаций по тепловому режиму в средах с оборудованием для обработки данных. Новые рекомендации могут в ряде случаев побудить операторов ЦОДов внести изменения не только в эксплуатационные процессы, но и в уставки оборудования, что способно повлиять как на энергоэффективность дата-центров, так и на содержание заключаемых с клиентами соглашений об уровне обслуживания (SLA).

Начиная с первого издания документа в 2004 г. Рекомендации ASHRAE по тепловому режиму играют важную роль в установлении стандартов охлаждения ЦОДов во всем мире. Комитет 9.9 собирает данные среди широкого круга представителей отрасли ИТ и ЦОДов с целью продвижения научно обоснованного подхода к контролю теплового режима, помогая операторам дата-центров лучше понимать как риски, так и возможности для оптимизации. Исторически большая часть изменений в рекомендациях касалась оптимизации уставок теплового режима (температуры, относительной влажности, точки росы), что побуждало производителей оборудования разрабатывать более эффективные воздушные экономайзеры.

Контроль коррозии и относительная влажность

Одно из важных нововведений в Рекомендациях по тепловому режиму – расширение допустимого диапазона относительной влажности (RH) до 70% (ранее пороговое значение составляло 60%). Однако при этом в машинном зале концентрация загрязняющих газов должна быть низкой. Если же концентрация агрессивных газов превышает установленные значения, ASHRAE советует поддерживать RH менее 50%, что даже ниже рекомендованного ранее порога. Для мониторинга чистоты воздуха в машинных залах следует размещать специальные металлические полоски и измерять толщину образующегося на них коррозионного слоя. Предельные значения для серебряных полосок – 200 ангстремов в месяц, для медных – 300 ангстремов в месяц. 

Такие указания основаны на экспериментальных исследованиях влияния газообразных загрязнений и влажности на электронику, проведенных в 2015–2018 гг. учеными из Сиракузского университета (США). Эти эксперименты показали, что присутствие в воздухе хлора и сероводорода ускоряет коррозию меди в условиях повышенной влажности. В отсутствие хлора, сероводорода или аналогичных сильных катализаторов существенная коррозия не наблюдалась при относительной влажности до 70% даже при наличии других, менее агрессивных газообразных загрязнений (например, озона, диоксида азота и диоксида серы).

Если коррозия, обусловленная хлором и сероводородом, при относительной влажности 50% превышает допустимые уровни, ASHRAE предлагает использовать для дегазации машзалов химическую фильтрацию воздуха.

Новые рекомендации основываются на относительно свежих данных, но сделанные выводы перекликаются с предыдущими стандартами. Тем, кто изучал экологические требования к системам хранения данных, подобные рекомендации знакомы: производители СХД с 1985 г. следуют спецификациям стандарта ANSI/ISA-71.04 (последнее обновление – в 2013 г.). Спустя годы после эпохи магнитных лент накопители данных (и жесткие диски, и SSD) остаются главными жертвами коррозии, поскольку низкотемпературные эксплуатационные условия означают повышенные абсорбцию и адсорбцию влаги.

Между тем многие операторы ЦОДов не занимаются регулярным измерением уровня газообразных загрязнений и не следят за коррозией. Присутствие в воздухе сильных катализаторов может повысить частоту отказов оборудования, даже если температура и относительная влажность находятся в допустимых пределах. Более того, снижение температуры приточного воздуха с целью предотвращения сбоев может даже повысить их вероятность.

Если же скорость образования коррозионного слоя в ЦОДе не измеряется, ASHRAE рекомендует ограничить относительную влажность 50%. Немного странно, что при этом допускается следовать уставкам, предусмотренным в предыдущей, четвертой редакции Рекомендаций, в которой значение относительной влажности ограничивалось 60%.

Рабочие температуры для ИТ-систем высокой плотности

Другая важная новация в пятом издании Рекомендаций – добавление к существующим классам ИТ-оборудования (от A1 до A4) нового класса H1. К этому классу относятся системы с тесно интегрированными высокопроизводительными компонентами (серверными процессорами, ускорителями вычислений, микросхемами памяти и сетевыми контроллерами). В ASHRAE считают, что подобные системы с высокой плотностью комплектующих для эффективного охлаждения следует эксплуатировать в более узком температурном диапазоне 18--22°C (в отличие от стандартного рекомендованного диапазона 18–27°C). Максимально допустимая температура для класса H1 также определена более жестко: она составляет 25°C вместо 32°C для прочих классов (см. рисунок). Следует подчеркнуть, что указанные выше значения можно применять при низком уровне загрязнений, подтвержденном измерениями.
 
Источник: ASHRAE
Рекомендованный и допустимый диапазоны температур для ИТ-оборудования класса H1

Подобные ограничения вводятся в связи с тем, что, по данным ASHRAE, в некоторых системах с высокой плотностью размещения комплектующих просто недостаточно места для установки более эффективных радиаторов и вентиляторов, способных удерживать температуру компонентов в пределах стандартного диапазона (рекомендованного для классов A1–А4). Вместе с тем ASHRAE не устанавливает четких критериев отнесения систем к классу H1, оставляя это на усмотрение производителей.

Можно назвать ряд потенциально далеко идущих последствий реализации новых рекомендаций по тепловому режиму. За последнее десятилетие операторы ЦОДов построили и оборудовали множество объектов, следуя предыдущим нормативам ASHRAE, благодаря чему в значительной части из этих относительно новых ЦОДов используется меньше механических систем охлаждения и больше экономайзеров. На некоторых площадках, к примеру, в Дублине, Лондоне и Сиэтле, смогли полностью отказаться от механического охлаждения, не выходя за пределы рекомендованных ASHRAE диапазонов, путем установки камер адиабатического охлаждения в сочетании со сложной системой организации воздушных потоков и эксплуатационной дисциплиной. Результатом этого стали заметный скачок в энергоэфективности ЦОДов и возможность обслуживать большую ИТ-нагрузку одним комплексом охлаждения.

Такие оптимизированные объекты, как правило, не слишком подходят для выполнения новых рекомендаций. Тот факт, что большая часть этих дата-центров может поддерживать стойки с ИТ-нагрузкой 15–20 кВт, ситуацию не меняет, поскольку для оборудования класса H1 пониженная максимальная рабочая температура предписывается вне зависимости от плотности мощности стойки. Чтобы поддержать энергоэффективность высокооптимизированных новых ЦОДов, для размещения ИТ-оборудования с высокой плотностью комплектующих может потребоваться выделенная зона с независимым охлаждением. И, действительно, в ASHRAE заявляют, что операторы ЦОДов должны выделять оборудование класса H1 и другое оборудование с особыми требованиями к среде в зоны с отдельными управлением и охлаждением.

Uptime Institute будет с интересом следить за тем, как с этой проблемой будут справляться прежде всего поставщики услуги colocation, поскольку их типичные SLA в значительной степени зависят от рекомендаций ASHRAE. Непривычные сегодня рекомендации могут вскоре стать обычными требованиями, учитывая, что мощность микроэлектроники увеличивается с каждым поколением. Чтобы выйти из затруднительного положения, операторы дата-центров для ИТ-оборудования высокой плотности могут применять прямое жидкостное охлаждение. 

Даниель Бизо, директор по научно-исследовательской работе, Uptime Institute Intelligence

Публикуется с разрешения Uptime Institute.
Заметили неточность или опечатку в тексте? Выделите её мышкой и нажмите: Ctrl + Enter. Спасибо!