می‌توان گفت یکی از چالش‌های سختی که کارشناسان شبکه با آن روبه‌رو هستند، محاسبه میزان توان مصرفی یک مرکز داده و اتاق سرور می‌باشد. این موضوع ارتباط مستقیمی با تعداد رک‌هایی که در مرکز داده نصب می‌شوند، دارد. پس یکی از موضوعاتی که کارشناسان شبکه با آن روبه‌رو هستند محاسبه میزان توان مصرفی یک مرکز داده بر مبنای تعداد رک‌ها است.
به عنوان مثال اگر در مرکز داده‌ای بیشترین توان مصرفی برابر با ۳۸۰ تا ۸۱۰ وات بر مترمربع باشد نمی‌توان از جدیدترین نسل تجهیزات فناوری اطلاعات و شبکه استفاده کرد. از طرفی در یک مرکز داده که دارای توان مصرفی در حدود ۶۳۵۰ تا ۱۰۶۶۴ وات بر مترمربع است می‌توان بروزترین تجهیزات فناوری اطلاعات را استفاده کرد. اما لازم به ذکر است که اینگونه مراکز داده و مخصوصاً رک‌سرورها با مشکل فقدان مکانیزم‌های سرمایشی مناسب و همچنین نداشتن انرژی کافی مواجه هستند.
طراحی منطقی مراکز داده و استفاده درست رک‌سرورها باید طوری باشد که یک سازمان قادر باشد حتی در مواقعی که چند مرحله به‌روزرسانی تجهیزات را انجام می‌دهد، مرکز داده بدون هیچ مشکلی به عملکرد خود ادامه دهد.
آیا الگوی محاسبه سنتی وات بر مترمربع الگویی مناسب است؟
باید بگوییم دیگر الگوی محاسبه ظرفیت مرکز داده و یا به عبارتی محاسبه میزان توان مصرفی یک مرکز داده ، بر طبق رویکرد سنتی وات بر مترمربع آن طور کارآمد نیست، از این رو اکثر متخصصین فعال در حوزه استقرار رک‌سرورها در یک مرکز داده با معضل محاسبه نادرست مقدار مصرف انرژی مرکز داده و رک‌سرورها مواجه هستند.
دیگر روش‌های سنتی محاسباتی قادر به پاسخ، به این سوال که “اگر یک رک را با توان بیش از میزان معین در حالت عملیاتی قرار دهند چه روی خواهد داد؟ نیستند. از آنجایی که ظرفیت یک مرکز داده متداول امروزی، به اندازه ۱.۵ کیلو وات در رک است، سوال فوق بسیار مهم و استراتژیک است. در صورتی که تجهیزات متداول فناوری اطلاعات نیازمند توانی در حدود ۳ تا ۲۰ کیلو وات در رک هستند. از این رو باید میزان توان مصرفی یک مرکز داده براساس الگوهای بروز و جدید که مفیدتر هستند محاسبه شود.
ویژگی های یک الگوی مناسب برای محاسبه میزان توان مصرفی یک مرکز
برای محاسبه میران توان مصرفی یک مرکز داده باید از الگویی کارآمد استفاده کرد که دارای ویژگی‌های زیر است:
- این الگو باید قادر به تضمین سازگاری تجهیزات با میزان توان مصرفی مرکز داده باشد.
- این الگو باید از هدر رفت انرژی، فضا و سرمایه جلوگیری کند.
- همچنین ارائه دهنده ابزار اعتبارسنجی برنامه‌های عملیاتی فناوری اطلاعات، هماهنگ با قابلیت‌های طراحی سرمایش و برق باشد.
تعیین ظرفیت مرکز داده یا محاسبه میزان توان مصرفی یک مرکز داده
واضح‌ترین تعریفی که می‌شود از ظرفیت داشت همان میزان برق مصرفی می‌باشد که رک‌ها مورد استفاده قرار می‌دهند یا همان میزان توان مصرفی یک مرکز داده. در تجهیزات فناوری اطلاعات مقدار مصرف برق رک به وات به اندازه نیاز به سرمایش به وات است. از این رو در صورتی که میزان برق مصرفی هر رک درست محاسبه شود، می‌توان ظرفیت مرکز داده را به روشی دقیق تعیین کرد. البته از آنجایی که بعضی از رک‌ها میزان برق بشتری استفاده می‌کنند و به طبع گرمای بیشتری نیز تولید می‌کنند، باید بدانید که تعیین دقیق این ظرفیت کار ساده‌ای نیست. به عنوان مثال در وضعیتی که امکان دارد رک پچ‌پنل برقی مصرف نکند، اما مقدار برق مصرفی با یک سرور تیغه‌ای از ۲۰ کیلو وات بیشتر می‌شود.
چالش بعدی که با آن مواجه هستیم بروزرسانی پی‌درپی تجهیزات فناوری اطلاعات می‌باشد، که سبب می‌شود میران توان مصرفی هر رک مرکز داده با گذشت زمان دچار تغییراتی شود. با توجه به این موارد دیگر رویکردهای سنتی محاسبه ظرفیت توان پاسخ‌گویی به این تغییرات نیستند و کم‌کم تاثیرگذاری آن‌ها در عرضه یک برآورد دقیق کاهش پیدا می‌کند.
برای درک بهتر مشکلاتی که با رویکرد سنتی تعیین ظرفیت داریم به مثال زیر توجه کنید:
فرض کنید توان یک مرکز داده به اندازه ۵۳۸ وات بر مترمربع می‌باشد. اگر همه بار تجهیزات فناوری اطلاعات بر سطح اشغال شده همه رک‌های فناوری اطلاعات و فاصله بین رک‌ها تقسیم شود، در این صورت مقدار ۱۴۰۰ وات در هر رک به دست می‌آید. یعنی ۵۳۸ وات بر مترمربع ضرب در ۲.۶ مترمربع به ازای هر رک. اما تجهیزات گوناگون فناوری اطلاعات مانند سرورهای تیغه‌ای در یک مرکز داده هستند که توان مصرفی آن‌ها بیشتر از ۱۴۰۰ وات می‌باشد.
اجرای اینگونه تجهیزات در یک مرکز داده با ظرفیت محدود به ۱۴۰۰ وات به ازای هر رک ممکن نیست. از این رو این چنین مرکز داده‌ای با اکثر تجهیزات فناوری اطلاعات سازگار نخواهد بود. از طرفی در صورتی که تجهیزات با توان کم مثل پچ‌پنل‌ها را در یک رک به کار ببریم، نمی‌توانیم برق مصرف نشده را در رک دیگری مورد استفاده قرار دهیم، چون دیگر رک‌ها در مقدار مصرف برق و سرمایش محدود به ۱۴۰۰ وات هستند و نمی‌توانند از این میزان فراتر روند. از این رو با مرکز داده‌ای ضعیف مواجه خواهیم بود که عملاً با اکثر تجهیزات فناوری اطلاعات ناسازگار است و از فضای داخلی رک به درستی استفاده نکرده است. همچنین ظرفیت برق و سرمایش هم در رک‌ها درست استفاده نشده است.
روش مورد استفاده شرکت‌ها برای محاسبه میزان ظرفیت مورد نیاز مرکز داده
در این بخش از مقاله‌ی میزان توان مصرفی یک مرکز داده به بیان روش مورد استفاده شرکت‌ها برای تعیین میزان توان مصرفی یک مرکز داده می‌پردازیم. روش رک به رک، روشی است که اکثر شرکت‌ها برای محاسبه میزان توان مصرفی یک مرکز داده به کار می‌برند. در روش رک به رک توان و مقدار سرمایش لازم برای هر رک به صورت دقیق و قبل از آنکه پروسه طراحی مرکز داده شروع شود محاسبه می‌شود. این یک روش ایده‌آل است. اما باید بگوییم که از آنجایی که محاسبه مقدار مصرف در سطح هر رک هماهنگی زیادی با عمر مفید مرکز داده ندارد، از این رو در هیچ مرکز داده‌ای همچین چیزی ممکن نیست که توان دقیق لازم برای هر رک را پیشاپیش تعیین کنید.
در صورتی که ظرفیت حقیقی تجهیزات فناوری اطلاعات با مشخصات اصلی سطح رک هماهنگی نداشته باشد با مشکلات زیادی روبه‌رو خواهید شد. مثلاً در صورتی که یکی از تجهیزات فناوری اطلاعات از توان معین شده برای رک، کم‌تر انرژی مصرف کند، توان مصرف نشده و اضافی قابل استفاده در بقیه رک‌ها نمی‌باشد، چون میزان مصرف برق و سرمایش هر رک محدوده معین خود را دارد.
همان طور که دیدید روش‌های محاسبه براساس ویژگی‌های کلی سطح سالن و محاسبه بر اساس ویژگی‌های دقیق رک به رک با مشکلات فنی بسیاری مواجه است. اما سوالی که پیش می‌آید این است که برای حل این مشکلات چه باید کرد؟ در زیر راه حلی برای این مشکلات به شما ارائه می‌دهیم تا به رحتی بتوانید میزان توان مصرفی یک مرکز داده را محاسبه کنید.
آشنایی با رویکردهای بهبود یافته تعیین ظرفیت
با کمک رویکردهای محاسبه جدید طراحان مرکز داده باید قادر باشند در هر رک، در هر جایی و با نصب هرگونه تجهیزات فناوری اطلاعات چه حقیقی و چه پیشنهادی ظرفیت برق و سرمایش را تعیین کنند.
اما نکته‌ای که باید به آن توجه کنید این است که همیشه عمر مفید مرکز داده از عمر مفید تجهیزات فناوری اطلاعات بیشتر است. چون تجهیزات فناوری اطلاعات خیلی سریع با نمونه‌های جدیدتر جایگزین می‌شوند و جای خود را به نمونه‌های پیشرفته‌تر می‌دهند.
راه‌حل‌های جدید طراحی توصیه می‌کنند که مراکز داده را طوری پیاده‌سازی کنید که توان و سرمایش اضافی و مصرف نشده هر رک را به رک دیگری منتقل کنید و همچنین مقدار هدر رفت برق را به حداقل برسانید. با توجه به این نکات حال متوجه شدید که چرا لازم است از همه ظرفیت برق، سرمایش و فضای موجود در مرکز داده و رک‌ها استفاده شود.
زمانی که میزان مصرف انرژی تعیین می‌شود باید به محدودیت‌ها و گزینه‌های حقیقی و کاربردی در طراحی مرکز داده توجه شود که از جمله این موارد می‌توان به توسعه ظرفیت توزیع برق، محدودیت جریان هوا، وزن زیاد، محدودیت‌های مربوط به فضای حقیقی در یک مکان مشخص و فضای محفوظ کف اشاره کرد. که شرح هر کدام به قرار زیر است:
محدودیت جریان هوا
یکی از اصلی‌ترین عوامل محدودکننده محاسبه توان مصرفی رک در مرکز داده جریان هوا می‌باشد. تجهیرات فناوری اطلاعات برای هر کیلو وات نیازمند جریان هوا به اندازه ۴۷ تا ۷۵ لیتر در ثانیه هستند. لازم به ذکر است که داشتن کف کاذب یا ارتفاع کوتاه سالن مانع از تامین مقدار هوای مورد نیاز می‌شود.
وزن زیاد
کف‌های کاذب وزن سنگین تجهیزات را نمی‌توانند تحمل کنند. تجهیزات فناوری اطلاعات پر ظرفیت دارای وزن سنگینی هستند و باعث فشار زیاد به کف کاذب می‌شوند.
محدودیت‌های مرتبط با فضای واقعی در یک مکان مشخص
به عنوان مثال فضای طبقات رک ممکن است گران باشند و یا نتوان آن‌ها را دستکاری کرد، همچنین فشرده کردن فضای فناوری اطلاعات و اینکه تجهیزات را کنار هم قرار دهند تاثیر چندانی ندارد.
فضای محفوظ کف
از انجایی که اکثر شرکت‌ها قسمتی از سطح کف را برای استفاده جانبی مانند ذخیره‌سازی دیسک‌های پشتیبان در نظر می‌گیرند، از این رو محاسبه تعیین میزان مصرف برق برای خنک کردن سالن را با مشکل مواجه می‌کند.
همان طور که در بالا خواندید این مشکلات باعث می‌شود تا نتوان به سادگی میران توان مصرفی یک مرکز داده و رک‌ها را محاسبه کرد.
چرا کارشناسان توصیه می‌کنند رک‌ها را به شکل ردیفی در مرکز داده قرار دهیم؟
تا اینجای مطلب اطلاعات مختلفی در مورد رک‌ها و محاسبه میزان توان مصرفی یک مرکز داده همچنین مکانیزم‌های گوناگون سرمایش را مورد بررسی قرار دادیم و دلیل استفاده هر مکانیزم را بیان کردیم. اما سوالی که پیش می‌آید این است که چرا کارشناسان توصیه می‌کنند رک‌ها را به شکل ردیفی در مرکز داده قرار دهیم؟
یکی از دلایل مهمی که کارشناسان می‌گویند رک‌ها به صورت ردیفی در مرکز داده قرار گیرند این است که اولاً نیازمند پیاده سازی دقیق سرمایش و تخصیص درست توان است. دوماً نیاز به پیکربندی رک‌ها بدون آنکه نوسان زیادی در مرکز داده به وجود آید. به عبارتی اگر در هنگام ایجاد تغییرات، خطای انسانی سبب تغییر در عملکرد داده شود، تشخیص مشکل در ردیفی که رک‌ها در آن مستقر شده‌اند به راحتی ممکن است.
برای محاسبه تعیین ظرفیت باید تغییرات کم‌کم مقدار مصرف انرژی به وسیله تجهیزات فناوری اطلاعات و اجرای مرحله‌به‌مرحله درست درک شده باشند.
همین طور باید همزمان با تغییرات تدریجی در زیرساخت سرمایش و برق مفروضات دیگری نیز مد نظر گرفته شود.
بعضی از کارشناسان فکر می‌کنند تجهیزات کنونی پخش برق و هوا رسانی قادرند خودشان را با تغییر مصارف فناوری اطلاعات سازگار کنند، در صورتی که اینگونه نیست. وقتی که این سامانه‌ها تغییر می‌کنند شاید مجبور باشید بعضی از رک‌ها یا حتی همه مرکز داده را غیرفعال کنید، دقیقاً مثل زمانی که تغییراتی روی مدارهای منتقل‌کننده جریان الکترونیکی یا لوله‌های آب انجام می‌دهید.
بر طبق آمار بعد از ایجاد تغییرات عملیاتی امکان دارد عملکردهای مرکز داده دچار اختلال شود که دلیل اصلی آن خطای انسانی می‌باشد. با توجه به این موضوع توصیه می‌شود هر ردیف از رک‌ها یا به عبارتی ناحیه‌ای که رک‌ها داخل آن مستقر شده‌اند، تجهیرات توزیع سرمایش و برقِ مخصوص خود را داشته باشند که در هنگام پیکربندی آن‌ها، نوسان زیادی روی کارکرد همه مرکز داده رخ ندهد.
مراحل پیاده‌سازی عملی یک استراتژی دقیق برای محاسبه میزان توان مصرفی یک مرکز داده
برای اجرای عملی یک استراتژی درست و دقیق برای محاسبه میزان توان مصرفی یک مرکز داده که یک رویکرد تدریجی است باید به صورت زیر عمل کرد:
- وقتی که می‌خواهید آرایش ردیف‌های رک در پلان کف را تعیین کنید، برای محاسبه اندازه راهروها از اندازه‌های استاندارد استفاده کنید. به بیان دیگر شما نباید به گونه‌ای طراحی کنید که هر چقدر فضا در دسترس است، رک‌ها را بدون برنامه در آن قرار دهید.
- باید رک‌ها را متناسب با یک آرایش قانون‌مند و استاندارد مانند ردیفی قرار دهید.
- در گام بعد نوبت به محاسبه مشخصات ظرفیتی هر ردیف از رک‌ها و طراحی اولیه می‌رسد. البته در این مرحله نیاز به طراحی به شکل کامل و دقیق نیست.
- مورد بعدی که باید به آن توجه کنید این است که تجهیزاتی که مولفه‌های نوشته شده روی آن‌ها مثل توان مصرفی، آستانه تحمل درجه حرارتی و .. با طراحی اولیه ردیف‌ها یا همان ردیف نیمهکاره، همخوانی دارند را می‌توانید در یک ردیف قرار دهید.
- در گام بعد اگر تجهیزاتی برای نصب دارید که ظرفیت آن‌ها کاملا با ردیف نیمهکاره متناقض است، تلاش نکنید برای قرار دادن آن‌ها در ردیف تغییری در سامانه سرمایش و برق ایجاد کنید. برای این مورد باید ردیف جدیدی ایجاد کنید که طراحی آن‌ها برای ظرفیت‌های بیشتر است.
- در مرحله بعد ردیف‌هایی که رک‌های کم‌تری در آن‌ها مستقر است را کم‌کم پاک کنید، و بعد ظرفیت را دوباره بازسازی کنید تا با نیازهای کنونی سازمان همخوانی بیشتری داشته باشد.
برای به حداقل رساندن خطای انسانی چه باید کرد؟
برای محاسبه میزان توان مصرفی یک مرکز داده چیکار کنیم که خطای انسانی به حداقل برسد؟ شرکت‌های بزرگی که ارائه دهنده راهکارهای طراحی مراکز داده هستند، برای اینکه خطای انسانی در هنگام تغییر ردیف‌های عملیاتی کاهش یابد، پیشنهاد می‌کنند از مراحل بالا برای پیاده‌سازی یک مرکز داده استفاده شود. بعضی از ارائه دهندگان تجهیزات توزیع و سرمایش محصولاتی را تولید کرده‌اند که با کمک آن‌ها می‌توانید بدون خاموش کردن یک مرکز داده، معماری سرمایش و برق را دوباره پیکربندی کنید. به عنوان مثال، سری جدید معماری InfraStruxure که مخصوص زیرساخت‌ها و سامانه‌های ماژولار مرکز داده عرضه شده، با استفاده از آن طراحان می‌توانند:
- با اضافه کردن ماژول که قابلیت اتصال سوکتی دارد، توان یو‌پی‌اس را تغییر دهند،
- در همان زمان با کمک PDUها بدون قطع سرویس نوع و ظرفیت پریزهای رک را تغییر دهند
- به واسطه دستگاه‌های رک پایه که دارای سوکت برق هستند جریان هوای سرد مکمل را به سمت رک‌ها هدایت کنند.
تجهیزات بالا بیشترین سطح از انعطاف‌پذیری را ارائه می‌دهند، مخصوصاً در مورد مراکز داده کوچک که پیاده سازی ردیفی رک‌ها در آن‌ها ممکن نیست.
در صورتی که همه رک‌ها توان مصرفی برابری داشته باشند به راحتی می‌توانید تعیین ظرفیت کنید. البته که این چنین وضعیت ایده‌آلی خیلی کم پیش می‌آید و معمولاً رک‌هایی با توان مصرفی گوناگون در مراکز داده نصب می‌شوند. به بیان دیگر ظرفیت رک‌ها از وضعیت صفر یا همان پچ‌پنل تا ۳۰ کیلو وات یا همان سرورهای تیغه‌ای با ظرفیت بالا، از یکدیگر متفاوت هستند، که همین مسئله تعیین ظرفیت را سخت می‌کند.
به طور کلی دقت داشته باشید که در ردیفی که در آن رک‌ها دارای توان متغییر هستند، میانگین توان رک کم‌تر از اوج مصرف است و از این رو اوج مصرف به متوسط حقیقی توان رک مقداری برابر با یک یا بزرگ‌تر است. با توجه به این موضوع کارشناسان توصیه می‌کنند در هنگام طراحی ردیف‌ها از راه‌حل‌های جایگزین گوناگون برای مشخص کردن توان مصرف استفاده شود تا در صورتی که رک‌هایی با توان متفاوت در ردیف‌ها مستقر بودند بتوان توان مصرفی را محاسبه کرد.
روش‌های جایگزین برای تعیین میزان توان مصرفی یک مرکز داده
در این قسمت ۲ روش جایگزین را برای شما آورده‌ایم که هر کدام به شرح زیر است:
روش اول: طراحی همه رک‌ها در حالت ردیفی برای اوج مصرف
در این روش ظرفیت سرمایش و برق هر ردیف بیشتر از مصرف حداکثری رک محاسبه می‌شود. در این شرایط ظرفیت بر اساس این فرضیه محاسبه می‌شود که مصرف برق همه رک‌ها که در یک ردیف هستند در وضعیت حداکثری قرار دارد و به همین خاطر ظرفیت را از حالت حداکثری بالاتر محاسبه می‌کنند.
اما این روش یک مشکل اساسی دارد که هزینه‌های پیاده‌سازی عملیاتی و مصرفی را زیاد می‌کند و از طرفی بهره‌وری برق را کم‌تر می‌کند. در این روش اگر نسبت مقدار اوج مصرف هر رک بر میانگین توان مصرف 1 شود، هدر رفت جبران شده و شرکت هزینه‌های بیهوده‌ای پرداخت نمی‌کند، اما اگر این مقدار در هر ردیف 1.5 برابر یا بیشتر افزایش پیدا کند، هدررفت محسوسی به وجود می‌آید.
مشکل دیگری که این روش دارد این است که مشخص کردن توان برمبنای مصرف حداکثری سبب پیچیده‌تر شدن سناریوهای طراحی می‌شود، چون ممکن است شرکت در آینده قصد پیاده‌سازی ناحیه پرظرفیت داخل مرکز داده کنونی داشته باشد، ولی با محدودیت‌های توان مصرفی و سرمایشی مواجه شود. در نهایت روش بالا زیاد بهینه و مطلوب نیست، فقط در حالتی که مقدار اوج مصرف به میانگین توان مصرفی رک‌ها عددی نزدیک به 1 باشد بهینه است، که در عمل رسیدن به این شرایط ایده‌آل به سختی ممکن است.
روش دوم :طراحی تمامی رک‌ها در حالت ردیفی برای رسیدن میانگین توان
در این روش برای تعیین میزان توان مصرفی یک مرکز داده، همه رک‌ها با مصرف توان متوسط اجرا می‌شوند. این راه حل ساده است، اما مانند روش اول ایراداتی نیز دارند. در این روش، رک‌هایی که توان مصرفی آن‌ها بیشتر از توان متوسط است کنار گذاشته می‌شوند تا مصرف همه رک‌ها برابر یا کم‌تر از مقدار متوسط مشخص شده، شود. اما مشکل دیگر این روش این است که در هنگام طراحی با رک‌هایی مواجه می‌شویم که ظرفیت حقیقی آن‌ها کم‌تر از مقدار تعیین شده در طراحی است که این موضوع باعث به وجود آمدن مشکل افزایش ظرفیت بدون استفاده برق و سرمایش می‌شود، که استفاده از این ظرفیت اضافی در رک‌های دیگر ممکن نیست، چون هر ردیف به صورتی طراحی شده است که برق و سرمایش را به میزان متوسط رک‌ها تامین کند.
کلام آخر
در این مقاله محاسبه میزان توان مصرفی یک مرکز داده براساس تعداد رک‌ها را مورد بررسی قرار دادیم. همچنین در اخر ۲ راهکار جایگزین برای توان مصرفی را بیان کردیم. این دو راهکار به روشنی نشان دادند که نسبت اوج مصرف بر میانگین توان هر رک در یک ردیف باید به صورت دقیق محاسبه شده و میزان آن عددی بزرگ‌تر از یک باشد که انتخاب درست این مقدار بستگی به تنوع رک‌ها دارد. امیدواریم مطالب این بخش در مورد محاسبه میزان توان مصرفی یک مرکز داده براساس تعداد رک‌ها برای شما مفید بوده باشد و به سوالات و ابهامات شما پاسخ داده باشیم.
