Hệ thống tủ rack tiết kiệm chi phí điện năng?

Trong quá khứ, rất nhiều trung tâm dữ liệu khi triển khai hệ thống tủ rack chứa máy chủ hầu như chỉ quan tâm tới chức năng cơ bản nhất – chứa thiết bị, các luồng lưu thông không khí và chi phí triển khai của toàn hệ thống. Ngày nay, việc áp dụng các công nghệ mới cùng những ứng dụng mật độ cao đang gây nên những mối quan tâm lớn về khả năng đáp ứng của các hệ thống tủ rack thiết bị. Những vấn đề trên cùng với việc chi phí năng lượng quá cao đòi hỏi phải có sự gắn kết giữa việc triển khai hệ thống tủ rack với chiến lược chung của trung tâm dữ liệu.

IDC ước tính cứ mỗi 1 USD cho thiết bị mới, trung tâm dữ liệu phải tiêu tốn thêm 0.50 USD chi phí năng lượng và làm mát thiết bị, gấp đôi so với 5 năm trước đây. Giảm thiểu chi phí vận hành là mối quan tâm lớn nhất của tất cả các CTO và những người quản trị trung tâm dữ liệu. Khi mà hệ thống làm lạnh tiêu tốn một lượng điện khổng lồ trong các trung tâm dữ liệu, chiến lược triển khai hệ thống tủ rack cần có một tầm quan trọng nhất định trong chiến lược vận hành và sử dụng điện của toàn trung tâm dữ liệu. Những năm sắp tới hầu như những tổ chức lớn và trung bình đều sẽ áp dụng công nghệ ảo hóa cùng các máy chủ công nghệ cao hơn. Một khi chi phí năng lượng tiếp tục gia tăng mà các trung tâm dữ liệu càng phải mở rộng và phát triển, các công ty sẽ phải xem xét lại cơ sở hạ tầng của họ để có được chiến lược tốt nhất giải quyết bài toán chi phí này.

Trong một nghiên cứu gần đây của Uptime về khả năng làm lạnh trong các trung tâm dữ liệu, 39% các nhà quản trị cho rằng trung tâm dữ liệu của họ sẽ không còn khả năng làm lạnh trong 12-24 tháng tới, 21% trả lời trong 12-60 tháng. Năng lượng sử dụng để làm lạnh trong trung tâm dữ liệu vượt xa lượng điện cần thiết để vận hành toàn bộ thiết bị. Tổng lượng điện sử dụng trong trung tâm dữ liệu sẽ nhanh chóng đạt tới công suất tối đa, tạo ra những điểm nóng quan trọng mà cần phải có những giải pháp làm lạnh hiệu quả hơn. Cũng theo một nghiên cứu khác của Uptime, 42% các nhà quản trị trung tâm dữ liệu cho rằng sẽ vượt qua công suất điện tối đa trong 12-24 tháng tới và 23% dự kiến trong vòng 24-60 tháng. Do đó việc quan tâm tới hiệu quả sử dụng điện trong trung tâm dữ liệu rõ ràng là rất quan trọng.

Hệ thống tủ rack chứa máy chủ là một trong những phần quan trọng nhất của một trung tâm dữ liệu. Mặc dù hình dạng các loại tủ rack của mỗi hãng mỗi khác nhau nhưng những yếu tố quan trọng nhất vẫn phải được bảo đảm: thép được hàn và gấp khúc, tính an ninh cho máy chủ, switch, và các kết nối bên trong. Các loại tủ rack này đa dạng với nhiều kích thước cùng khả năng lắp đặt hệ thống quản lý cáp và các thanh quản lý nguồn thường được khách hàng chọn lựa theo nhu cầu của họ.

Ở mức độ đơn giản nhất, tủ rack chứa máy chủ chỉ là một chiếc tủ được thiết kế và sản xuất theo tiêu chuẩn. Tuy nhiên, có lẽ không có thiết bị nào trong trung tâm dữ liệu nào quan trọng bằng những tủ rack này vì tất cả thiết bị khác đều nằm bên trong và được nó bảo vệ. Mặc dù không tiêu thụ điện năng, nhưng hệ thống tủ rack lại ảnh hưởng rất lớn tới khả năng sử dụng điện của toàn bộ trung tâm dữ liệu.

Mô hình các lối đi nóng/lạnh của không khí

Các lối đi nóng/lạnh

Được xây dựng bởi Robert Sullivan của tổ chức Uptime, mô hình các lối đi nóng/lạnh được sử dụng nhiều nhất trong cách bố trí hệ thống tủ rack trong trung tâm dữ liệu hiện nay trên thế giới. Mô hình này sử dụng những thiết bị làm lạnh, quạt và sàn nâng để làm lạnh cho toàn hệ thống bằng cách tách các đường lưu chuyển không khí ra thành luồng khí lạnh vào và luồng khí nóng ra.

Trong mô hình này, tủ rack được đặt bên cạnh nhau thành từng hàng, trên một hệ thống sàn nâng lớn. Phía trước của mỗi hàng tủ hình thành một lối đi lạnh, dựa vào nguyên lý tản nhiệt từ trước ra sau của hầu hết thiết bị IT. Những thiết bị làm lạnh được đặt ở vị trí xung quanh phòng sẽ đẩy không khí lạnh dưới sàn nâng và thông qua những lối đi khí lạnh sẽ đi qua những thiết bị bên trong tủ. Khi không khí di chuyển qua các thiết bị, nó nóng lên và cuối cùng đi vào các lối đi khí nóng, cuối cùng sẽ được chuyển vào thiết bị xử lý không khí.

Những phiên bản tủ rack trước đây thường được thiết kế với của trước bằng mica, nay đã trở nên lỗi thời với việc áp dụng mô hình các lối đi nóng/lạnh; các loại tủ cửa lưới tỏ ra phù hợp nhất với phương thức thiết kế này. Chính vì thế, hiện nay cửa lưới là tiêu chuẩn cho hầu hết các tủ rack chứa máy chủ trên thế giới. Tuy nhiên, tỷ lệ thông thoáng trên bề mặt cửa vẫn là một vấn đề được tranh luận rất nhiều (Tủ đựng máy chủ Hp có độ thông thoáng trên bế mặt cửa là 65% trong khi hầu như các nhà sản xuất khác đều có tỷ lệ này là 80%)

Ngoài cửa lưới, các bộ phận còn lại của tủ rack cũng đóng vai trò quan trọng trong việc định hướng các luồng khí. Các phụ kiện này phải được thiết kế sao cho không cản trở dòng không khí đi vào hoặc đi ra tủ. Những tấm chắn (Blanking panel) rất quan trọng trong việc ngăn không khí nóng trở vào thiết bị trong tủ (những tấm chắn này được lắp đặt dọc trên thanh gấn thiết bị chuẩn EIA ở tại các vị trí còn trống).

Tủ rack cửa mica và cửa lưới

Tủ rack cửa mica và cửa lưới

Việc xây dựng hệ thống tủ rack không dừng lại ở việc lắp đặt tủ, phụ kiện. Thiết kế các lối đi nóng/lạnh còn bắt buộc nhà quản trị trung tâm dữ liệu phải đặc biệt quan tâm tới không gian, kích thước của những lối không khí di chuyển để chắc chắn rằng hệ thống làm lạnh đạt hiệu suất tối ưu. Để tạo ra các không gian này, những nhà quản trị trung tâm dữ liệu phải dự tính được vị trí lắp đặt của các hàng tủ, đặc biệt chú ý tới chiều sâu của tủ. Các tủ rack trước đây thường có chiều sâu từ 32" – 36". Tuy nhiên, khi các thiết bị ngày càng lớn hơn thì chiều sâu của những loại tủ rack này cũng từ từ được thay thế bằng 42". Ngày nay 42" là tiêu chuẩn phổ biến nhất trong trung tâm dữ liệu, thậm chí một vài nhà sản xuất còn tạo ra các loại tủ sâu 48". Khi các tủ rack sâu hơn, không gian bên trong cũng vì thế mà rộng hơn để có thể lắp thêm các loại phụ kiện như hệ thống quản lý cáp, thanh quản lý nguồn,…

Mặc dù mô hình các lối đi nóng/lạnh được sử dụng trong trung tâm dữ liệu trên toàn thế giới, nó không phải một giải pháp hoàn hảo. Những hệ thống có mật độ thiết bị vừa và cao thường gặp khó khăn trong mô hình này, bởi thiếu hệ thống làm lạnh chính xác. Thậm chí với việc hỗ trợ của các tấm chắn, các dòng khí nóng/lạnh dễ bị pha trộn. Vì thế sẽ cần nhiều không khí lạnh thổi vào các thiết bị trong tủ hơn dẫn tới tình trạng sử dụng quá nhiều điện năng cho quạt và hệ thống làm lạnh.

Kết luận

Hệ thống tủ rack, một trong những vấn đề cần suy nghĩ khi xây dựng trung tâm dữ liệu; không có giải pháp làm lạnh nào có thể tồn tại mà không có những tủ rack này. Rất nhiều nhà quản trị trung tâm dữ liệu nhấn mạnh rằng những phương pháp làm lạnh mới rất cần thiết trong chiến lược sử dụng nguồn điện. Chi phí tiết kiệm được thông qua phương thức làm lạnh mới này bắt nguồn một phần từ hệ thống tủ rack trong trung tâm dữ liệu của bạn.

Nguyễn Thanh Tuấn
Nguồn: http://www.42u.com