تلبية مطالب مراكز البيانات الحديثة: حلول طاقة مرنة وقابلة للتكيف

نظرة عامة على مركز البيانات

يواجه مديرو مراكز البيانات مطالب متزايدة الصعوبة: توفير طاقة حوسبية إضافية باستخدام طاقة أقل في مساحة أصغر مع الالتزام بالقيود المالية والحفاظ على موثوقية حرجة.

غالبًا ما تخلق هذه المطالب ثقافة من التغيير المتكرر والمتوقع دون المساومة على المنتج النهائي. لسوء الحظ، يمكن أن تسبب هذه المطالب ضغطًا على بعض مراكز البيانات الحالية، مما يجعلها غير قابلة للاستدامة لعدة أسباب. يمكن أن تشمل هذه الأسباب: عدم القدرة على التكيف بسرعة مع التغييرات في سعة معدات الحاسوب، حقيقة أن العديد من مراكز البيانات تقترب أو تجاوزت حدود نظام توزيع الطاقة لديها، ونقص الكفاءة بسبب بنية تحتية قديمة أو غير موجودة لمراقبة الطاقة. ستتناول هذه الورقة البيضاء حلول توزيع الطاقة ومراقبتها التي نجحت في تلبية هذه المطالب، وكيف يمكن تصميم مراكز البيانات لإنشاء بيئات تقنية معلومات مستدامة قادرة على تلبية الأهداف التجارية والمالية والتنظيمية المتطورة.

اتجاهات توزيع الطاقة

يبحث مديرو مراكز البيانات عن طرق لزيادة كفاءة الطاقة مع توفير بيئة تقنية معلومات عالية التكيف لدعم البنى الموجهة نحو الخدمة والتغيرات السريعة في الطلب. على الرغم من أن البرمجيات والأنظمة والتخزين أصبحت جميعها قابلة للتكيف بدرجة كبيرة، إلا أنه لا شيء في مركز البيانات يمكنه التكيف بسرعة ما لم تكن بنية الطاقة الأساسية قابلة للتكيف أيضًا.

تشمل المشاكل القضايا المتعلقة بالطاقة التالية:

التأثير الواضح لهذه الاتجاهات على التصميم الكهربائي لمركز البيانات هو: الحاجة إلى أنظمة توزيع ومراقبة طاقة كهربائية مرنة وقابلة للتكيف.

حلول الطاقة التقليدية: الكثير أو القليل جدًا

تتكون تصاميم توزيع الطاقة التقليدية لمراكز البيانات من وحدات توزيع الطاقة (PDUs) التي توصل الطاقة إلى لوحات الطاقة عن بُعد (RPPs)، والتي بدورها توصل الطاقة إلى الرفوف عبر “أسلاك التوصيل” – كابلات طاقة يتم توجيهها تحت أرضية مرتفعة. بينما تكون مثل هذه التطبيقات معروفة جيدًا وتمثل مخاطرة منخفضة لمهندس التصميم والمقاول الكهربائي، فإن عيوب مثل هذه التصاميم راسخة: معدات التوزيع تستهلك مساحة أرضية قيمة؛ الأرضيات المرتفعة مكلفة؛ كابلات تحت الأرض تصبح مزدحمة، مما يعطل تدفق الهواء المستخدم للتبريد؛ متطلبات إزالة الكابلات غير المستخدمة، التي تميل إلى أن تُهجر؛ ومخاطر الخطأ البشري أثناء العمل مع قواطع الدائرة والكابلات التي لا ترتبط بوضوح بحمل معين.

بالمثل同等الأهم، تطبيقات الطاقة التقليدية في مراكز البيانات ليست مرنة ولا قابلة للتكيف، وبالتالي فإن تغييرها مكلف ويستغرق وقتًا طويلاً. عند تصميم مركز بيانات بأنظمة كهربائية تقليدية، يجب على المهندسين أو المصممين التخطيط المسبق لكل منفذ – من موصلات الأسلاك الثابتة المخصصة لكل منفذ طاقة عبر الأسقف أو الأرضيات المرتفعة وصولاً إلى لوحات التوزيع الرئيسية وقواطع الدائرة. من المستحيل تقريبًا تحديد متطلبات الطاقة لكل رف في كل موقع مسبقًا عندما يبدأ مركز البيانات العمل، ناهيك عن التخطيط للمتطلبات المستقبلية.

نتيجة لذلك، إما أن يقوم مديرو مراكز البيانات ببناء النظام الحالي بشكل مفرط باستثمار أعلى بكثير، أو بناء نظام يلبي الطلب المخطط الحالي، ولكن يزيد النفقات التشغيلية عندما تكون التغييرات المكلفة مطلوبة. عندما تحدث تغييرات حتمية نتيجة للنمو، أو ترقيات المعدات، أو الخطط المتغيرة، يمكن أن تكون تكاليف التغييرات الكهربائية كبيرة، سواء من حيث تكاليف العمالة أو مخاطر التوقف.

حلول الطاقة اليوم: مرنة وقابلة للتكيف

في السنوات الأخيرة، تطورت حلول إدارة الطاقة إلى درجة أصبحت فيها مرنة وقابلة للتكيف بسهولة مع المتطلبات المتغيرة. وهي أيضًا قابلة للتوسع للتغيير والنمو وتوفر عادةً أدنى تكلفة ملكية على المدى الطويل.

تشمل الحلول أنظمة قناة النقل العلوية، ووحدات توزيع الطاقة الذكية، وبرامج إدارة الطاقة الذكية، التي تعمل معًا بسلاسة:

قنوات النقل العلوية: سهلة وسريعة وغير مكلفة للتغيير

يمكن توصيل نظام قناة النقل من نوع STARLINE® في أي موقع بمجموعة متنوعة من وحدات التوصيل، مما يلغي لوحات التوزيع والمسارات الطويلة من القنوات والأسلاك وتكاليف التركيب الباهظة لمآخذ الطاقة المخصصة. تجعل قواطع الدائرة المخصصة الموجودة في نقطة الاستخدام استكشاف أعطال التوقف أو إعادة تكوين الإمدادات أمرًا سهلاً للغاية. تكلفة تثبيت نظام STARLINE منافسة لأنظمة توزيع الطاقة التقليدية. حيث تأتي المدخرات الأكبر عندما تحتاج الطاقة إلى التغيير. مع نظام القناة العلوية، ليست هناك حاجة للعمل على لوحات حية أو جدولة توقفات لإضافة أو نقل أو تغيير المنافذ. تلغي أنظمة القناة العلوية الحاجة إلى إزالة وكشط أسلاك التوصيل القصيرة أو غير المناسبة وتشغيل أسلاك جديدة أطول أو أكبر. وبالتالي، يتم تجنب خطر التوقفات غير المقصودة المحتملة للطاقة. يمكن تثبيت الرفوف أو نقلها دون تعطيل العمليات. يمكن لأي موقع في مركز البيانات أن يتم تركيب الرفوف فيه أو نقلها أو إعادة تكوينها أو إزالتها دون التأثير على أي شيء آخر في المساحة، ودون المخاطرة بتوقف غير مخطط له.

مستدام

يمكن إعادة استخدام أنظمة القناة العلوية لسنوات للتغييرات والنمو المستقبلي في المنشأة. مع القناة، مقارنة بالكابلات الفردية، يتم استخدام نحاس أقل وتوفر المكونات القابلة لإعادة الاستخدام الطاقة وتقلل النفايات بتكلفة تعدين وصهر ونقل عناصر الاستبدال.

تتسبب كثافة الخوادم المتزايدة باستمرار في زيادة كثافة طاقة الكيلوواط، مما يؤدي إلى زيادة متطلبات التبريد في مراكز البيانات اليوم. لكل زيادة في الطاقة بمقدار كيلوواط، يلزم قدر相等的 من سعة التبريد. تترجم دورة الزيادة المستمرة في متطلبات الطاقة والتبريد هذه إلى المزيد من كابلات الطاقة الأكبر تحت الأرض – مما يسرق مساحة تبريد قيمة. مع نظام القناة العلوية، لا يوجد غابة من الأسلاك لتعيق تدفق الهواء تحت الأرض، مما يجعله أحد أنظمة الطاقة الأكثر كفاءة في استخدام الطاقة وأمانًا المتاحة في السوق اليوم.

قابل للتوسع

غالبًا ما تكون التصاميم الكهربائية لمراكز البيانات قديمة قبل أن يتم تثبيتها حتى. غالبًا ما تختلف متطلبات اليوم الأول عن الخطة الأصلية، مما يضطر مواقع وأنواع المنافذ الكهربائية إلى إعادة التكوين، مما يزيد التكاليف ويسبب تأخيرات في الجدولة.

نظام STARLINE قابل للتوسع بالكامل، مما يمكن المكونات ودوائر الطاقة من الإضافة حسب الحاجة – دون ربط رأس المال وإهدار الموارد – بدلاً من بناء المنشأة بالكامل في البداية. هذا مفيد جدًا للمراكز المشتركة والمنشآت الأخرى التي يتم بناؤها بمرور الوقت. كما أنه يمكن مركز بيانات أكثر اخضرارًا لأن التغييرات لزيادة utilization الموارد لا تعوقها عدم القدرة على توفير الطاقة الصحيحة بسرعة في موقع جديد.

مساحة مركز بيانات أكثر قابلية للاستخدام

مع كون مساحة أرضية مركز البيانات باهظة الثمن، فإن كل قدم مربعة حرجة. تلغي أنظمة القناة العلوية لوحات الطاقة عن بُعد (RPPs)، مما يؤدي إلى مساحة أكثر قابلية للاستخدام في مركز البيانات لمعدات تكنولوجيا المعلومات ورفوف الخوادم. بالإضافة إلى ذلك، يتم التخلص من أميال من كابلات الطاقة عندما يمكن وضع منافذ الطاقة أو نقاط التوصيل exactly حيث تكون مطلوبة.

مراقبة استخدام الطاقة

من المهم لمديري مراكز البيانات أن تكون لديهم القدرة على مراقبة ومعرفة استخدام الطاقة الدقيق لمركز البيانات. في كثير من الأحيان، عند إضافة معدات جديدة إلى رف، يمكن تجاوز تصنيفات الكابل، مما يؤدي إلى فصل قواطع الدائرة والتسبب في توقف غير مخطط له. توفر أنظمة قناة النقل STARLINE وحدات مراقبة لتغذية الطاقة لقياس وعرض تيار كل طور في الوقت الفعلي، وأداء وظائف الإنذار وتوفير اتصال عن بُعد. مع مراقبة طاقة النظام الكاملة، يمكن لمديري مراكز البيانات التخطيط للمستقبل بذكاء. يعرفون السعة والحمل الدقيقين لكل رف أو نظام وبالتالي يعرفون أين يمكنهم تثبيت معدات جديدة أو مُحدثة. بالإضافة إلى ذلك، تساعد المراقبة على ضمان توازن النظام الكهربائي عبر الأطوار، مما يؤدي إلى كفاءة طاقة أفضل وتوفير في التكاليف في النهاية.

وحدات توزيع الطاقة الذكية 400 فولت للرفوف: توصيل طاقة دقيق وذكي ومراقبة وإدارة

الحفاظ على طاقة 400 فولت حتى رف معدات تكنولوجيا المعلومات يقلل من فقدان النقل. عادةً، تدخل طاقة 480 فولت ثلاثية الطور إلى مركز البيانات ويتم تحويلها إلى 208 فولت / 120 فولت. يسبب هذا التحويل فقدانًا في النقل بنحو 4%. الحفاظ على الطاقة عند 400 فولت حتى الرف يعني عمليًا عدم وجود خسارة.

توفير التكاليف

داخل وحدة توزيع الطاقة للرف، يتم توصيل الأسلاك الحية بالحيادي، مما ينتج عنه 230 فولت في منافذ وحدة توزيع الطاقة للرف. (400 فولت هو الجهد المقاس بين سلكين حيين، على سبيل المثال، L1 + L2. ربط سلك حي بالحيادي، على سبيل المثال، L1 + N، يخفض الجهد إلى 230 فولت {400 فولت / 1.732}). عمليًا، جميع معدات تكنولوجيا المعلومات الحديثة لديها مصدر طاقة عالمي قادر على العمل بين 100 فولت و 240 فولت، لذا فإن 230 فولت هو جهد تشغيل آمن. في الواقع، هناك مدخرات طاقة إضافية حيث أن تشغيل المعالجات عند 120 فولت يؤدي إلى فقدان 18% بينما تشغيل المعالجات عند 230 فولت يؤدي إلى فقدان 15%، أي كفاءة أفضل بنسبة 3%. معًا، يكون إجمالي التحسن الصافي 7% (4% + 3%). من خلال التخلص من تحولات الجهد غير الضرورية، تقلل طاقة 400 فولت من تكاليف الطاقة بنحو 2-3% مقارنة بتوزيع 208 فولت؛ وبنحو 4-5% مقارنة بتوزيع 120 فولت.

طاقة احتياطية

توصيل طاقة 400 فولت إلى كل رف يقلل من تحويل خفض الجهد وفقدان نقل الخط مع تقليل استخدام النحاس في نفس الوقت. عادةً، يتم توصيل طاقة 400 فولت ثلاثية الطور بوحدتين ذكيتين لتوزيع طاقة الرف (iPDUs) في كل خزانة. تقوم وحدة توزيع طاقة الرف، مع الأسلاك الداخلية من الخط إلى الحيادي (نجمة ثلاثية الطور)، بتزويد كل خادم ب طاقة 240 فولت أحادية الطور والتي تقع بشكل جيد ضمن نطاق التشغيل لمصادر الطاقة لأي معدات تكنولوجيا معلومات عمليًا.

التكوين النموذجي لوحدة توزيع طاقة الرف المذكورة أعلاه هو ثلاثة خطوط إدخال وثلاث دوائر (L1 + N, L2 + N, and L3 + N). في أمريكا الشمالية، يتطلب قانون الكهرباء الوطني (NEC) حماية دوائر الفرع من التحميل الزائد عند 20 أمبير أو أقل. لذلك، لكل من الدوائر الثلاث قاطع دائرة 20 أمبير (أو صمام). قد تقوم وحدات توزيع الطاقة الذكية للرفوف بمراقبة قواطع الدائرة وإرسال تنبيهات عندما يقترب قاطع الدائرة من الفصل. قد تراقب وحدات توزيع الطاقة الذكية للرفوف الخطوط الثلاثة وت发送 تنبيهات إذا أصبحت الخطوط غير متوازنة. على سبيل المثال، إذا تم توصيل أحمال 20 أمبير بالدائرتين #1 (L1 + N) و #2 (L2 + N) ولكن لم يكن هناك أي حمل في الدائرة #3، فإن هذا يترك L3 غير متوازن مع L1 و L2. يمكن أن تسبب مثل هذه الاختلالات في التحميل الزائد للسلك الحيادي ومشاكل أخرى مثل التوافقيات.

المراقبة البيئية

تقيس وحدات توزيع الطاقة الذكية للرفوف الطاقة، في بعض الحالات على مستوى المنفذ الفردي. يمكن أن يشمل القياس التيار، الجهد، الطاقة (كيلو فولت أمبير، كيلوواط)، والاستهلاك (كيلوواط ساعة). من الناحية المثالية، يجب قياس كيلوواط ساعة بدقة +/- 1% مناسبة للفوترة. يمكن لوحدات توزيع الطاقة الذكية للرفوف أيضًا دعم المراقبة البيئية على مستوى الرف. من الناحية المثالية، يجب أن تدعم وحدة توزيع طاقة الرف أجهزة استشعار بيئية اختيارية plug-and-play، مثل درجة الحرارة والرطوبة، والتي لا تتطلب اتصالات أو أجهزة شبكة إضافية.

توصي الجمعية الأمريكية لمهندسي التدفئة والتبريد وتكييف الهواء (ASHRAE) بوضع مستشعرات درجة الحرارة على جانب هواء التبريد المدخل للرف في الأسفل والوسط والأعلى. يجب أن تدعم وحدة توزيع طاقة الرف الذكية أيضًا مراقبة درجة الحرارة مع عتبات درجة حرارة عالية ومنخفضة قابلة للتعديل من قبل المستخدم. عند تجاوز العتبات، يتم إرسال تنبيهات حتى يمكن خفض درجة الحرارة إذا كانت مرتفعة جدًا أو رفعها إذا كانت منخفضة جدًا، وبالتالي إهدار الطاقة عن طريق التبريد المفرط. مراقبة الرطوبة مهمة أيضًا ولكن بما أنها لا تتغير كثيرًا بالنسبة للموقع على الرف، فإن مستشعر رطوبة واحد لكل رف يكفي.

مؤخرًا، رفعت ASHRAE الطرف العلوي لنطاق درجة حرارة المدخل المسموح به إلى 27° مئوية (81° فهرنهايت). يضمن بائعي معدات تكنولوجيا المعلومات أنه مع درجة حرارة المدخل هذه، ستعمل معدات تكنولوجيا信息安全 بأمان. من خلال رفع درجة الحرارة المحيطة في مركز البيانات، يمكن لمديري تكنولوجيا المعلومات تقليل الطاقة المستهلكة بواسطة مكيفات الهواء.

كمورد عالمي لوحدات توزيع طاقة الرفوف، تقدم شركة Raritan مجموعة كبيرة جدًا من تكوينات المنتجات التي تقبل إدخال 400 فولت. بينما يعد توزيع 400 فولت جديدًا نسبيًا في أمريكا الشمالية، فقد نشرت Raritan أنظمة 400 فولت في أستراليا وفي العديد من الدول الأوروبية حيث يكون المعيار الاسمي.

برنامج إدارة طاقة مركز البيانات: جمع بيانات قوي وإعداد تقارير في متناول يدك

يجب أن يكون برنامج إدارة طاقة مركز البيانات قادرًا على جمع المعلومات من مجموعة متنوعة من وحدات توزيع طاقة الرفوف والأجهزة ذات المقاييس حيث أن مراكز البيانات لديها مجموعة متنوعة من المقاييس والبائعين. يجب أن يكون البرنامج قادرًا على توحيد المعلومات وعرضها في تقارير يمكن تنظيمها لتلبية احتياجات مركز البيانات. على سبيل المثال، قد يكون من المفيد النظر إلى بيانات الطاقة المنظمة حسب موقع مركز البيانات أو استخدام الطاقة حسب القسم أو التحقق من كفاءة الخوادم المختلفة. إذا أصبح حد غازات الدفيئة والتجارة مهمًا، فستكون التقارير حول البصمة الكربونية لمركز البيانات مفيدة.

من المنطقي أيضًا أن يقوم برنامج إدارة طاقة مركز البيانات بجمع وإدارة معلومات البيئة لرفوف مركز البيانات مثل درجة الحرارة والرطوبة. أنشأت ASHRAE، بالتعاون مع بائعي معدات تكنولوجيا المعلومات، نطاقات درجة حرارة ورطوبة موصى بها للهواء عند مداخل هواء التبريد لمعدات تكنولوجيا المعلومات. كلما ارتفعت درجة الحرارة عند مدخل هواء التبريد، قل الطاقة المنفقة على تكييف الهواء.

سيكون من المفيد أيضًا أن يقوم برنامج إدارة الطاقة بتكوين وحدات توزيع طاقة الرفوف. نظرًا لأن مركز البيانات قد يحتوي على المئات من وحدات توزيع طاقة الرفوف، فإن أي طريقة لتسريع تكوينها ستكون ميزة مرحب بها لمعظم مديري مراكز البيانات.

اختيار المنتج

يجب أن يتبع اختيار قناة النقل الاعتبارات التالية:

يجب أن يتبع اختيار وحدة توزيع الطاقة الذكية لمركز البيانات الاعتبارات التالية:

يجب أن يتبع اختيار برنامج إدارة الطاقة الذكية الاعتبارات التالية:

تشغيل مراكز البيانات المستقبلية

التغيير حتمي، ويجب تصميم مراكز البيانات مع أخذ هذا المبدأ الذي لا يمكن إنكاره في الاعتبار. الشركات التي لا يمكنها التكيف مع العصر أو الاتجاهات بسبب التكنولوجيا والبنية التحتية القديمة تخسر الأعمال لصالح المنافسين الأكثر مرونة. تلعب حلول إدارة الطاقة دورًا أساسيًا في تنفيذ مراكز بيانات أكثر تنوعًا يمكنها التطور بسرعة لمعالجة مطالب وتحديات المستقبل.

مقالات ذات صلة
↑
Exit mobile version