Güç ve verimli soğutma, veri merkezi operasyonları için çok önemlidir. Bu, bir bulut hiper ölçekleyicisi, ticari bir ortak yerleşim tesisi veya bir kuruluşun kendi veri merkezi için eşit derecede geçerlidir. Yeterli güç olmadan ve aşırı ısıyı giderme yeteneği olmadan sunucular çalışamaz.
Daha iyi bağlantı ve otomasyonun yanı sıra güç ve düşük maliyetli alan ihtiyacı, veri merkezi operatörlerinin kentsel alanlardan uzaklaşmasına olanak tanıdı. Avrupa’da bu, iş bölgelerinden uzaklaşma anlamına geliyordu. ABD’de operatörler Arizona, Nevada ve Teksas gibi arazinin ucuz olduğu eyaletleri tercih etti.
Ancak bilgi işlem teknolojisindeki gelişmeler ve yapay zeka (AI) gibi hizmetlerden gelen talep, veri merkezi gelişiminin mekaniğini ve ekonomisini değiştiriyor.
Atlantik’in her iki yakasında da elektrik şebekeleri ve su kaynakları üzerindeki baskı, kalkınmayı sınırlıyor. Operatörler tesislerine daha fazla ekipman yerleştirmeye çalıştıkça, bilgisayar tasarımcıları daha yoğun sunucu paketlerine daha fazla işlem sığdırdıkça ve daha fazla uygulama güç tüketen grafik işlem birimleri (GPU’lar) ve diğer uzman işlemcileri talep ettikçe talebin hızla artmaya devam etmesi bekleniyor.
Yapay zekanın hızlı büyümesi başka bir takım baskıları da beraberinde getiriyor. 2023 yılında Riverside’daki California Üniversitesi’ndeki araştırmacılar, ChatGPT’nin geniş dil modelinin (LLM) beş ila 50 istemi yanıtlamak için 500 ml su kullandığını hesapladı. Bu suyun neredeyse tamamı soğumaya devam ediyor. Ve Forrester’ın kıdemli analistlerinden Alvin Nguyen’e göre, bir Yüksek Lisans bir görüntü oluşturduğunda, yaklaşık olarak içten yanmalı motorlu bir arabanın bir mil gitmesi için gereken enerji kadar enerji kullanıyor.
Bu gelişmeler, genellikle muhafazakar olan veri merkezi endüstrisi üzerinde baskı yaratıyor ve CIO’ları alternatif teknolojilere bakmaya teşvik ediyor.
Bir kuruluş veya veri merkezi operatörü, elektrik şebekelerini desteklemek için çok az şey yapabilir. Firmalar daha az enerji tüketen çiplere yönelebilse de, veri merkezi güç kullanımının artması yönündeki eğilim hâlâ devam ediyor.
Freeform Dynamics’in seçkin analisti Tony Lock’a göre işletmeler süreçlerini dijitalleştirdikçe bu kaçınılmaz hale geliyor. Manuel olarak yapılan işler bilgisayarlara taşınıyor ve bilgisayarlar ofisten veya veri odasından veri merkezine veya buluta taşınıyor.
“Veri merkezi giderek daha fazla ticari hizmet sunumundan sorumlu oluyor, ancak zavallı yaşlı veri merkezi yöneticisi elektrik artışlarının suçunu üstleniyor” diyor.
Ancak soğutmayı güncellemek hem finans hem de performans açısından hızlı bir kazanç sağlayabilir.
Operatörler soğutma verimliliğini artırabilirse veri merkezine daha fazla ekipman sığdırabilirler. Yapay zekaya yönelik GPU’ları çalıştırmak için daha iyi soğutma şarttır. Nvidia’nın Blackwell platformu, öncüllerine göre %25’e kadar daha az maliyet ve enerji tüketimiyle çalışacağını vaat etmesine rağmen sıvı soğutma gerektiriyor.
Soğutma teknolojisini güncelleyerek firmalar elektrik faturalarını da azaltma şansına sahip oluyor. Sektördeki fikir birliği, veri merkezi gücünün yaklaşık %40’ının soğutma için kullanıldığı yönünde.
Soğutma kuralları
Veri merkezlerindeki sistemleri soğutmanın geleneksel yolu hava sirkülasyonudur. Raflar ve sunucular fanlarla donatılmıştır ve veri merkezleri, havayı doğru sıcaklıkta tutmak için bilgisayar odası klima (CRAC) üniteleri veya bilgisayar odası hava işleme (CRAH) üniteleri kurar. Bu soğutucular genellikle atık ısıyı dış havaya verir. Evaporatif soğutma kullanıyorlarsa bu hem elektriğe hem de suya ihtiyaç duyar.
CRAC ve CRAH birimlerinin boyutu ve kapasitesi aynı zamanda veri merkezinin fiziksel tasarımını ve hatta genel boyutunu da belirleyecektir. Veri merkezi operatörü Virtus Veri Merkezleri’nin çözüm direktörü David Watkins’in belirttiği gibi, her ünite belirli sayıda kilovat (kW) kapasiteyi soğutmak için tasarlandı ve maksimum “atış”a veya soğuk havanın ne kadar uzağa ulaşabileceğine sahip olacak. . Tüm bunlar dikkate alındığında tasarımcılar bina boyutlarına ve rafların nereye yerleştirileceğine karar verebilirler.
Veri merkezlerinde yükseltilmiş zemin soğutması, soğuk hava akışını zeminden yukarı doğru, sunucuları geçerek havanın soğutulduğu CRAC girişine doğru zorlar
Veri merkezi mühendisleri ayrıca sıcak ve soğuk koridorlar kurarak hava soğutmayı daha verimli hale getirebilirler. Bu, gelen soğuk havayı ve sıcak hava çıkışını ayırarak hava dolaşımını iyileştirir. Ayrıca veri merkezinin geri kalanındaki ortam sıcaklığının kontrol edilmesine yardımcı olarak insan operatörlerin işini daha konforlu hale getirir.
Ancak hava soğutma gürültülü ve pahalı bir süreç olmaya devam ediyor ve bunun da sınırları var; belirli bir bilgi işlem gücü seviyesinin üzerinde hava artık yeterli soğutma sağlayamıyor. Watkins, “Yaklaşık 40kW, havayla ulaşacağınız üst sınırdır” diyor.
Bu, veri merkezi operatörlerinin alternatiflere bakması gerektiği anlamına gelir.
Muslukta: sıvı soğutma
Hava soğutma son birkaç on yılda kademeli olarak gelişti ve kesinlikle eskisinden daha verimli oldu. Veri merkezi uzmanı Danseb Consulting’in genel müdürü Steve Wallage, “Hava soğutmanın köklü ve kanıtlanmış bir sistem olduğunu ve performansta giderek artan gelişmeler görüldüğünü” söylüyor.
Wallage, hava soğutmada yeniliklerin olduğuna dikkat çekiyor. Örneğin bir veri merkezi boyunca sıcak ve soğuk hava akışlarını kontrol etmek için bir “termal tekerlek” kullanan KyotoCooling, geleneksel soğutmaya göre %75 ila %80 tasarruf sağlayabilir. Wallage, “Niş çözümlerin devam etmesinin temel nedeni, kurulu bir tabanın bulunmaması” diyor.
Bunun yerine sıvı soğutma, özellikle yüksek performanslı bilgi işlem (HPC) ve yapay zeka kurulumları için hava soğutmanın ana alternatifi olarak ortaya çıktı.
Bunun nedeni kısmen yüksek performanslı sistemlerin yerleşik sıvı soğutmayla birlikte gönderilmesidir. Ancak karmaşıklığı ve lojistik ayak izi de dahil olmak üzere dezavantajları, doğal verimliliğiyle dengeleniyor. Sıvı soğutma, hava soğutmadan daha verimlidir ve hatta hava soğutmanın CRAH sistemlerine göre daha az su kullanabilir.
Sıvı soğutma, doğrudan çipe soğutma, tüm cihazın iletken olmayan bir sıvı içinde tutulduğu daldırmalı soğutma ve rafları soğutan bir dizi sistem dahil olmak üzere çeşitli şekillerde gelir. Çoğu zaman sıvı su değil, özel bir yağdır.
Sürükleyici sistemlerin, bileşenlere zarar vermeden çalışabilmesi için sunucu veya GPU üreticisiyle yakın işbirliği içinde oluşturulması gerekir. Kripto para madenciliği ve diğer uzman sistemler için popülerdirler.
Doğrudan çipe soğutmanın yine sunucu üreticisi tarafından entegrasyonu gerekiyor. Sonuç olarak, sıvı soğutmalı sistemler genellikle soğutma sistemi önceden yapılandırılmış şekilde gönderilir. Veri merkezi operatörünün, ısı eşanjörleri veya soğutma dağıtım üniteleri de dahil olmak üzere tüm bunları ana sistemlere bağlaması yeterlidir.
Forrester’dan Nguyen, “Doğrudan sıvı soğutmadan yararlanabileceğiniz mevcut teknolojiler var” diyor. “Fakat fazladan alan gerektiriyor ve çok yoğun olamazsınız çünkü her yere giden borulara ihtiyacınız var. [heat]-sunucu içinde çip veya varlık üretmek.
“Ve pek çok insan sıvıya daldırma gibi alternatiflerden hoşlanmıyor çünkü ekipmanın ömrünü kısaltabilecek bir şeyle çalışıyorsunuz ve bu, operasyonel açıdan işleri çok daha karmaşık hale getiriyor.” Bunun nedenleri arasında bakım veya yükseltme yapmadan önce sistemleri kapatma, sıvının soğumasını bekleme ve boşaltma ihtiyacı yer alır.
BT ekipleri ayrıca sıvı soğutma için daha basit arka kapıyı, yan arabayı veya sıralı üniteleri tercih edebilir.
Sıvı soğutma yenilikçi bir çözüm ancak teknoloji henüz veri merkezlerinde hava soğutmanın yerini tamamen alacak konumda değil
Alistair Barnes, Colt Veri Merkezi Hizmetleri
Arka kapı soğutması veya havadan sıvıya ısı eşanjörleri, mevcut raflara sonradan takılabilmeleri nedeniyle popülerdir. Çiple doğrudan temas olmadığından mühendislik daha az karmaşıktır ve riskler daha düşüktür. Ancak bu, soğutma performansının azalmasına neden olur. Arka kapı soğutma sistemleri tamamen pasiftir ve genellikle 20kW ila 120kW aralığındaki sistemleri soğutur; bazı üreticiler daha yüksek değerler talep eder.
Arka kapı veya yan araba soğutmasının bir başka avantajı da geleneksel hava soğutmayla entegrasyonunun daha kolay olmasıdır. Öngörülebilir gelecekte çoğu veri merkezi, yüksek performanslı, sıvı soğutmalı donanımın yanı sıra depolama ve ağ oluşturma gibi hava soğutmalı sistemleri çalıştıracak.
Colt Veri Merkezi Hizmetleri makine mühendisliği başkanı Alistair Barnes, “Sıvı soğutma yenilikçi bir çözüm, ancak teknoloji henüz veri merkezlerinde hava soğutmanın yerini tamamen alacak konumda değil” diye uyarıyor.
“Ve ekipman sıvıyla soğutulsa bile, ısı ona aktarılacak ve bunun bir kısmı, bunu ortadan kaldırmak için havanın gerekli olacağı bir odaya veya çevredeki alana dağılacak. Sıvı ve hava tekniklerinin bir arada kullanıldığı bir hibrit öneriyoruz.”
Bu, veri merkezi operatörlerinin hem operasyonel hem de güç verimliliğini veya güç kullanım etkinliğini (PUE) en üst düzeye çıkarmasına olanak tanır.
Mavi gökyüzü ve mavi havuz, düşünüyorum
Sıvı soğutmada başka sınırlamalar da var ve bunlar, yapay zekadan gelen artan bilgi işlem talebiyle birlikte, veri merkezi operatörlerini daha da yenilikçi çözümlere bakmaya teşvik ediyor.
Ağırlık, sıvı soğutmayla ilgili bir sorundur çünkü raflar daha ağırdır ve veri merkezinin yapısal tasarımını aşabilir. “Orada bir dereceye kadar yenileyebileceğiniz alanlar olacak, ancak bu faktörler, eğer bir döşemeniz varsa, işinizi zorlaştırabilir. [concrete base] Belli bir güce sahip,” diyor Virtus Veri Merkezlerinden Watkins.
Bazı veri merkezleri, Kuzey Avrupa, İskandinavya veya ABD’nin Kuzeybatı Pasifik’i gibi daha soğuk iklimlerde iyi çalışan serbest hava soğutmayı kullanıyor. Freeform’s Lock, “Bazı şeyler başlangıçta dikkate alınmamış olsa da, serbest hava soğutma hala uygulanabilir” diyor. “Sanırım nem dikkate alındı, toz dikkate alınmadı.”
Bazı veri merkezleri artık düşük nem nedeniyle tuz madenlerine taşınıyor. Diğerleri atık ısının yakındaki binaları ısıtmak için kullanılabilmesi için belediye ısıtma şebekelerine bağlanıyor. Bu yeni değil; 1970’lerden bu yana bir dizi İskandinav veri merkezi bu şekilde çalışıyor. Ancak Avrupa düzenlemeleri, veri merkezlerinin aşırı ısıyı nasıl dışarı attığını giderek daha fazla kontrol ediyor ve bunun basitçe atmosfere pompalanamayacağını şart koşuyor.
Daha radikal tasarımlar arasında atık ısının gelecekte kullanılmak üzere depolanması için veri merkezlerinin altına büyük su depoları inşa edilmesi yer alıyor. Equinix’in Amsterdam’daki AM3 veri merkezi, yer altı su kaynaklarından gelen soğuk suyun yanı sıra serbest hava soğutmasını da kullanıyor. Diğer veri merkezleri yüzme havuzlarını ısıtmak için atık ısıyı kullanıyor.
Herkes bir tuz madenine taşınamaz veya yüzme havuzu kuramaz, ancak CIO’lar artık gelişmiş veri merkezi soğutmasına yatırım yapmayı planlayabilir. Ayrıca bulut ve ortak yerleşim sağlayıcılarının daha ucuz ve daha temiz soğutma teknolojisi kullanıp kullanmadığını sorabilirler.
