مراکز داده، اتاق‌های‌ سرور کامپیوتری هستند که خدمات اینترنت محور و شبکه محور ارائه می‌کنند. ابعاد و اندازه مراکز داده متفاوت است و می‌تواند شامل یک اتاق باشد که برای یک سازمان طراحی شده است تا مراکز بسیار بزرگی که برای شرکت‌های بزرگ اینترنتی از قبیل گوگل و فیس‌بوک طراحی شده‌اند. از آن جایی که روز به روز، نیاز به اینترنت در جهت رفع نیازهایی مانند ذخیره، دسترسی و انتشار داده بیشتر می‌شود، هر ساله تعداد بیشتری مرکز داده در دنیا ایجاد می‌شود. با وجود این روند، ضروری است که این مراکز تا حد امکان بهینه عمل کنند. از آنجایی که مراکز داده در تمامی ساعات شبانه روز فعال هستند، مصرف برق زیادی نیز دارند و همچنین از آنجایی که برق مصرفی برای تامین انرژی سرورها و پردازش داده استفاده می‌شود، گرمای زیادی نیز در این مراکز ایجاد می‌شود. این گرما باید از بین برود، در غیر این صورت اجزا الکترونیکی سرور به دلیل گرمای بیش از حد ممکن است از کار بیافتند یا حتی دچار آتش سوزی شوند. 50 درصد انرژی برق در پایگاه داده توسط تجهیزات IT مصرف می‌شود، 35 درصد آن توسط سیستم‌های تهویه، 10 درصد توسط زیرساخت‌های الکترونیکی و پشتیبانی و 5 درصد آن نیز توسط سیستم‌های روشنایی مصرف می‌شود. مصرف برق در پایگاه‌های داده از چندین کیلووات برای شرکت‌های کوچک‌تر تا چندین مگاوات برای شرکت‌های بسیار بزرگ متغیر است. بنابراین نیاز به یک سیستم خنک کننده بهینه در این مراکز داده، از اهمیت بسیار زیادی برخوردار است. در این مطلب به معرفی سیستم‌های خنک کننده حال حاضر می‌پردازیم.

سیستم های خنک کننده مرکز داده (دیتا سنتر)

Calibrated Vectored Cooling

روش CVC یک تکنولوژی خنک کننده مرکز داده است که برای خنک کردن سرورهای پر تراکم ساخته شده است. این تکنولوژی با استفاده از تجهیزاتی، جریان هوا را هدایت می کند و آن را به صورت بهینه، تهویه می کند. این فرایند باعث می‌شود که امکان افزایش بردهای مدار در بدنه سرور فراهم شود.

سیستم آب سرد (Chilled Water System)

این شیوه خنک کنندگی بیشتر در سرورهای با سایز متوسط کاربرد دارد. در این روش از آب سرد به منظور خنک کردن هوای گرمی که توسط کنترل کننده‌های هوای اتاق (CRAH) به داخل آورده می‌شوند، استفاده می‌شود. این آب سرد توسط چیلرهای موجود در تاسیسات ایجاد می‌شود.

راهرو سرد/راهرو گرم (Cold Aisle/Hot Aisle Containment)

این شیوه یکی از شیوه‌های رایج خنک کردن اتاق سرور است. در این روش، کف کاذب در زیر سرورها ایجاد می‌شود که در روی آن کاشی‌هایی با منافذی وجود دارد که جریان هوا را از خود عبور می‌دهند. جریان هوای سرد از کف کاذب عبور کرده و وارد قسمت جلوی سرور می‌شود. سرورها هوای سرد را جذب کرده و هوای گرم را از قسمت پشت سرور خارج می‌کنند. این هوای گرم از بالای سرورها وارد دستگاه تهویه شده و پس از سرد شدن، مجددا چرخه تکرار می‌شود.

تهویه هوای اتاق کامپیوتر Computer Room Air Conditioner (CRAC)

این مورد یکی از پرکاربردترین موردها در هر مرکز داده‌ای است. یک فن، هوای گرم را از قسمتی به نام تبخیرکننده عبور می‌دهد، ماده سرد کننده‌ای که داخل واحد تبخیرکننده وجود دارد، این هوای گرم را جذب می‌کند و هوای سرد را از قسمت زیر CRAC خارج می‌کند. هوای گرم تولید شده نیز توسط کندانسور که در فضای بیرون دیتاسنتر قرار گرفته، از سیستم خارج می‌شود.

کنترل کننده هوای اتاق کامپیوتر (CRAH) Computer Room Air Handler

واحد CRAH در یک سیستم بزرگتر که شامل یک چیلر آبی است، کاربرد دارد. آب خنک در یک کویل خنک کننده در داخل واحد جریان می‌یابد و فن‌های موجود نیز هوای گرم را از سیستم خارج می‌کنند. تفاوتی که این نوع خنک کننده با سیستم CRAC دارد این است که به دلیل عدم وجود کمپرسور در این سیستم، انرژی کمتری نیز در مجموع جهت خنک کردن، استفاده می‌شود.

سیستم سرمایش تبخیری

در این سیستم، دما توسط انتقال هوای گرم به آب کنترل می‌شود. این گرما باعث تبخیر آب شده و همچنین باعث می‌شود که گرمای هوا از بین برود. این سیستم در مصرف انرژی کاملا بهینه عمل می‌کند زیرا از واحدهای CRAH و CRAC استفاده نمی‌کند اما مصرف آب بسیار زیادی دارند.

سیستم غوطه ور در مایع

در سیستم غوطه ور در مایع، سخت افزارهای سرورهای مراکز داده را در مایعی غیررسانا و غیرقابل اشتعال با دمای جوش پایین غوطه‌ور می‌کنند. در این روش گرما مستقیما و بدون نیاز به اجزا دیگری به آب منتقل می‌شود. از مزایای این سیستم می‌توان به امکان قرارگیری سرورها در فاصله کمی از یکدیگر اشاره کرد. همچنین با حذف سایر تجهیزات خنک کننده و در نتیجه کاسته شدن از تعداد قطعات متحرک، خرابی مکانیکی نیز کاهش پیدا می‌کند. 
در مرحله اول، دما از قطعه الکترونیکی به مایع منتقل می‌شود و باعث می‌شود که مایع جوشیده و بخار شود. در مرحله دوم، یک کندانسور مایع تبخیر شده را به آب تبدیل کرده و مجدداً آن را به چرخه برمی‌گرداند. 

Free Cooling

در این سیستم، به جای خنک کردن دمای اتاق، از هوای محیط بیرونی به منظور خنک کردن سرورها استفاده می‌شود. اگرچه این روش در مصرف انرژی بسیار بهینه است اما فقط در مناطق آب و هوایی خاصی قابل پیاده سازی است.  تجهیزات Free Cooling را می‌توان با هدف بهینه سازی مصرف انرژی به مدار چیلر اضافه کرد تا در وقتی دمای محیط تا حد خاصی کاهش یافت، تجهیزات آن فعال شود.

در آینده، نیاز به بهینه سازی مصرف انرژی و سیستم‌های خنک کننده، روند رو به رشد خود را حفظ خواهد کرد. نسل جدید پردازنده‌ها برای یادگیری ماشینی، هوش مصنوعی و برنامه‌های تحلیلی، نیازمند انرژی زیادی خواهند بود و در نتیجه گرمای بسیار تولید خواهند کرد.
همچنین به نظر می‌رسد که در آینده، تکنولوژی‌هایی مانند خنک کننده‌های آب سرد و سیستم‌های خنک کننده غوطه‌ور در مایع نقش پررنگ‌تری در مراکز داده داشته باشند.