Курятник Yahoo не для бройлеров

10 марта 2015 г. | Касснер Майкл | Категория: Обсуждаем статью

Запатентованная система Yahoo использует принципы бесплатного охлаждения, которые известны крестьянам на протяжении многих поколений. Схожесть между дата-центрами Yahoo и традиционными курятниками завораживает. Подобно спорам о том, что было прежде: яйцо или курица? – она провоцирует вопрос: а что же из них было раньше?

Yahoo строила и продолжает строить дата-центры в разных регионах, включая Локпорт, штат Нью-Йорк (США), где используется проект, называемый «курятник». Он весьма близко напоминает курятник CapeCodder на ферме FarmNyards в Беверли, штат Массачусетс, на Тресковом Мысе. После некоторых усилий я разыскал Ларри Кудлика, владельца FarmNyards и проектировщика CapeCodder.

Вычислительный курятник Yahoo. Источник: Yahoo

Кудлик не удивился, когда я послал ему фотографию дата-центра Yahoo в Локпорте (на фото). «CapeCodder был разработан специально для вентилирования с помощью естественного притока воздуха, - объясняет Кудлик. - Горячий воздух не может задерживаться в курятнике. Чем лучше нагревается крыша, тем интенсивнее сквозняк».

Он продолжает далее: «В моем курятнике есть отверстия в фальш-поле. Воздух из-под пола вытягивается через помещение курятника, обеспечивая цыплятам прохладную среду. Также ток воздуха удаляет избыточную влагу».

Бретт Иллерс, Yahoo. Источник: Yahoo

Эволюция дата-центра Yahoo

Так что же было раньше? Очевидно, у нас не идет речь о соревновании. «Я проектирую и строю инкубаторы для цыплят CapeCodder уже тридцать лет, - поясняет  Кудлик. - Я их продал уже тысячи, некоторые даже с солнечными батареями и самоочищающимися полами».

Если это так, получается, что Yahoo заимствовала технологию фрикулинга, веками используемую фермерами? Я связался с Yahoo, и Бретт Иллерс, старший управляющий проектом устойчивости и энергоэффективности любезно согласился ответить на мои вопросы.

Для начала, Иллерс заверил, что проветривание дата-центра с помощью купольной конструкции крыши – это отличный способ охлаждения вычислительного оборудования. Далее он рассказал кое-что из истории вопроса. Компания начала строительство собственных ЦОДов в 2007 году. Первый проект был довольно стандартным, с фальшполом для серверного зала и системой принудительной вентиляции.

Второй ЦОД Yahoo Thermal Cooling (YTC) строился уже с совершенно другим типом охлаждения. Пространство серверного зала в YTC считается холодной зоной. Выходящий из стоек горячий воздух попадает в закрытое пространство и направляется вверх с помощью интеркулера. Что делает конструкцию YTC уникальной – это то, что воздух направляется посредством работы вентиляторов сервера.

Успех YTC воодушевил компанию: Yahoo решила пойти дальше и попыталась перепроектировать: «Целью проекта под кодовым названием Yahoo Compute Coop (YCC), закрепляющим связь с курятником, было исследовать, спроектировать, построить и сдать в эксплуатацию зеленый эффективный дата-центр», - говорит Иллерс. «А также – продемонстрировать, что концепция YCC осуществима для крупных задний, вмещающих десятки тысяч серверов, выделяющих тепло».

Работа над проектом была задокументирована в исследовательском отчете «YCC: проект пассивного охлаждения для дата-центров следующего поколения».

Целями проекта было следующее:

- снижение потребления энергии и выделяемых вредных веществ;

- использование естественных эффектов для максимизации эффекта фрикулинга;

- упрощение процесса строительства и материалов;

- сокращение цикла строительства и ввода в эксплуатацию.

Курятник CapeCodder. Источник: FarmNyards

Проект

Инженеры и архитекторы Yahoo понимали, что в целях оптимального подхода к циркуляции воздуха важно рассматривать здание как целое. «Форма здания специально разработана для того, чтобы теплый воздух поднимался вверх вследствие эффекта конвекции, - объясняется в проектном документе. Длина здания зависит от его ширины (36 на 18 метров), и это облегчает проникновение наружного воздуха путем увеличения соотношения площади пола и объема помещения».

Команда проектировщиков приступила к предварительному проектированию компонентов строительства и электрических схем в попытке уменьшить первоначальные расходы и операционные затраты. Затем команда приступила к проектированию системы охлаждения, будучи полностью в курсе о проектных требованиях: эти требования существенно сузили количество возможных решений и заставили отказаться от традиционных подходов к охлаждению.

Для максимизации преимуществ использования воздушного потока инженеры спроектировали систему вентиляционных отверстий на крыше, имея в виду следующие задачи:

- регулирование потока входящего воздуха;

- контроль выходящего воздуха через купол крыши;

- регулирование температуры рециркулирующего воздуха.

В конце концов, команда инженеров разработала вентиляционные модули, состоящие из вентиляторов мощностью пять лошадиных сил с переменной скоростью; комплекта фильтров, и испарительных модулей интеркулинга для жарких влажных летних дней, когда фрикулинга будет недостаточно.

А теперь давайте посмотрим, как комбинация формы здания, регулируемой системы вентиляционных отверстий, модулей вентиляторов, фильтров и интеркулинга дает инженерам Yahoo гибкость в решении системы охлаждения. Приводим рисунок из патентной документации YCC.

Рис.: Патент Yahoo Chicken Coop

Система может работать в нескольких режимах:

1. Безусловное охлаждение наружным воздухом

Когда наружный воздух температурой от 21°С до 29°С, попадает в регулируемые отверстия (914) на боковой стене дата-центра. Воздух далее прокачивается через смешивающее пространство (928) в серверный зал (918) с помощью установок управления потоком воздуха (926), единственная форма обработки, которой воздух подвергается – это фильтрация.

Вентиляторы, расположенные на стойках с компьютерным и сетевым оборудованием (908) втягивают холодный воздух из окружающего пространства (918), тянут его через оборудование в стойках и выпускают – уже теплый – во внутреннее пространство (916). Путем естественной конвекции использованный воздух поднимается вверх под крышу (920). Далее теплый воздух выходит вон из здания через регулируемые отверстия (924) в куполе крыши.

2. Температура входящего воздуха сдерживается испарительным охлаждением

Когда наружная температура превышает 29°С, наружный воздух пропускается через модули интеркулинга, расположенные между вентиляционными отверстиями в стенах (914), и через установки управления потоком воздуха (926). После охлаждения серверов, использованный воздух выходит из здания тем же способом, как и в первом случае.

3. Смешанное охлаждение внешнего воздуха

Когда температура наружного воздуха падает ниже 21°С, нагретый выходящий воздух смешивается с входящим с целью поддержать температуру выше 21°С. Этого можно достичь несколькими способами, в зависимости от того, насколько автоматизирована система охлаждения. Например, регулируемые отверстия (914, 922, 924) могут быть соединены с контрольной системой, позволяющей избирательно активировать любое отверстие. Если снаружи слишком холодно, контрольная система может закрыть отверстия (914 и 922). Нагретый выходящий воздух в пространстве под крышей (920) перенаправляется в смешивающее пространство (928) и рециркулируется обратно в помещение (928).

Итак, вердикт

М-р Кудлик был прав. Система фрикулинга оказалась эффективной. После нескольких лет эксплуатации, Yahoo наработала следующую статистику.

Инженеры Yahoo вычислили, что охлаждение с помощью YCC будет стоить примерно два процента в год с использованием испарительного охлаждения; это значит, что полный фрикулинг будет стоить и того меньше (стоимость охлаждения рассчитывается в кВт, потраченных на отвод тепла, генерируемого рабочими нагрузками в ЦОДе, в процентах от общей нагрузки всего ЦОДа).

Если сравнить с традиционной чиллерной системой, то YCC позволяет сэкономить примерно 160 тысяч кубометров воды в год на тех же вычислительных нагрузках.

Почти 40% от объема потребляемого электричества – это результат реализации системы YCС, в отличие от традиционных проектов дата-центров.

Иллерс упомянул, что дата-центр с использованием YТC имеет коэффициент PUE 1,3, в то время как YCC дает коэффициент 1,08.

Управление Энергетики в 2010 году признало систему YCC лучшей среди подобных по энергоэффективности, предоставив Yahoo грант размером $9,9 млн на развитие энергоустойчивости по программе DoE Green IT. 13 января 2011 года Патентное ведомство США выдало Yahoo патент 20110009047 А1 на интегрированное управление циркуляцией воздуха в здании для системы охлаждения серверного зала («Integrated Building Based Air Handler for Server Farm Cooling System»).

Впрочем, Иллерс говорит, что инженеры Yahoo еще не удовлетворены и продолжают усовершенствовать систему YCC. Интересно, работают ли они уже над самоочищающимися полами?

Источник: www.datadynamics.com

Теги: Yahoo, Ларри Кудлик, FarmNyards, CapeCodder