Анализ текущей проблемы
В последнее время строительство, проектирование, эксплуатация и модернизация центров обработки данных (ЦОД) для крупных компаний государственного, промышленного, технологического, индустриального и IT секторов экономики все чаще сопровождается внедрением технологий Direct Free Cooling. Этот подход называется «естественное охлаждение» или прямой фрикулинг (direct free cooling). Его суть заключается в минимизации использования кондиционирования, что позволяет значительно сократить расходы на электроэнергию и повысить общую энергоэффективность дата-центра.
Это не просто дань моде или следование трендам, а осознанный инженерный выбор, обусловленный экономическими, экологическими, географическими и эксплуатационными причинами. Крупные облачные провайдеры, банки, промышленные предприятия и телеком-операторы стремятся снизить операционные расходы, повысить энергоэффективность и соответствовать требованиям ESG-повестки, тем самым улучшить показатели энергоэффективности от углеродного следа включая результаты в свои нефинансовые отчёты. Использование фрикулинга напрямую способствует снижению выбросов CO₂, что важно для соответствия международным стандартам (GRI, TCFD) и национальным экологическим инициативам.
Исходя из этого, за последние годы система электроснабжения претерпела значительные изменения: современные источники бесперебойного питания (ИБП) отличаются очень высоким КПД (97–98%), благодаря чему их вклад в общие потери энергии стал минимальным, однако при использовании гибридных технологий и оптимальной нагрузке можно добиться и 99%. В результате основным потребителем электроэнергии в дата-центрах, помимо самих вычислительных мощностей, остаётся система кондиционирования. Именно модернизация и оптимизация охлаждения способны существенно снизить энергозатраты и повысить общую энергоэффективность центров обработки данных.
При этом значительный рост плотности вычислений на современные нагрузки: AI, машинное обучение, высокопроизводительные вычисления (HPC) — требуют всё большего объема размещений, поэтому постройка датацентров сейчас внесена в один из перечней задач государственной важности. Традиционные системы охлаждения уже не справляются с отводом тепла от стоек мощностью 20–40 кВт и выше без резкого роста затрат, при этом Direct FreeCooling позволяет более эффективно охлаждать при меньших капитальных вложениях в инфраструктуру охлаждения. Исследования подтверждают, что оборудование способно стабильно работать даже при температуре 30 °C. При этом каждый дополнительный градус позволяет экономить 4–5% электроэнергии. В среднем по миру ЦОДы потребляют от 3% до 5% всей вырабатываемой электроэнергии, а в отдельных странах этот показатель может достигать 7%. Здесь стоит учесть что в состав современного ЦОД входят серверы, чиллеры – системы охлаждения, кондиционеры и системы вентиляция, системы обеспечения технической безопасности, системы выявления фактов возгорания и пожаротушения, охранное видеонаблюдение, освещение, управление доступом, системы мониторинга параметров окружающей среды: влажности, температуры в помещении ЦОД, основное и резервное электроснабжение — источники бесперебойного питания (ИБП).
Технологические проблемы и пути решения
Традиционные системы прецизионного кондиционирования, по данным крупных операторов (Selectel, Яндекс), могут потреблять от 40% до 50% всего энерго бюджета дата-центра. Direct Free Cooling позволяет использовать наружный воздух напрямую для охлаждения серверных залов, минимизируя или полностью исключая работу компрессоров и чиллеров. В регионах с умеренным климатом это даёт экономию электроэнергии на охлаждение до 30–50%, а в некоторых случаях — до 70% в течение года. Для крупного ЦОД мощностью 10 МВт это означает экономию миллионов рублей ежегодно. Прямое охлаждение целесообразно только в редких случаях. Например, в Нью-Мексико (США) был построен дата-центр примерно на 900 серверов, где охлаждение осуществлялось исключительно за счёт уличного воздуха. Благодаря сухому пустынному климату и отсутствию проблем с влажностью оборудование не подвергалось коррозии. Однако в регионах с высокой влажностью, городах Англии или Санкт-Петербурге, этот метод практически неприменим — оборудование быстро выходит из строя из-за влаги.
Рис. 1. Проект ЦОДа в Нью-Мексико (фото: https://servernews.ru/1135963)
Получаемая выгода и анализ технической составляющей
В целом система функционирует так: в тёплое время года чиллеры охлаждают воду, а при понижении температуры наружного воздуха они отключаются, и вместо них работают теплообменники, передающие тепло из внутреннего контура наружу. Всё это происходит автоматически: чиллер включается и выключается по мере необходимости, поддерживая заданную температуру воды в резервуарах. Оператор вмешивается только при нештатных ситуациях. Однако, внедрение free cooling, действительно, усложняет систему охлаждения ЦОД, особенно зимой, но экономия электроэнергии полностью оправдывает эти затраты. В условиях российского климата средний срок окупаемости таких решений составляет около 2,5 лет и зависит от продолжительности и суровости зим. Стоит подчеркнуть, что практически все современные системы охлаждения с применением free cooling уже активно внедряются в дата-центрах, расположенных в регионах с умеренным климатом, где среднегодовая температура составляет 10–15 °C.
Если мы говорим о технических характеристиках, то при рассмотрении классических схем охлаждения воздух в «холодном коридоре» поддерживается на уровне 22 +/- 2 °C. В системах с Direct FreeCooling температура холодного коридора может подниматься до 35–40 °C, а в некоторых проектах — до 45 °C (при условии контроля влажности и фильтрации). Это позволяет использовать наружный воздух большую часть года. При этом работа при температуре входящего воздуха 35–40 °C кардинально меняет требования к серверной платформе в корне:
- Высокий TDP процессоров: Современные процессоры (Intel Xeon Scalable 4-го поколения, AMD EPYC Genoa/Bergamo) имеют TDP до 350–400 Вт на сокет. При температуре воздуха 40 °C разница температур «процессор-воздух» сокращается, что затрудняет отвод тепла.
- Риск перегрева компонентов: VRM (модули регуляторов напряжения), память (DDR5), диски (NVMe) также выделяют тепло и чувствительны к температуре окружающей среды.
- Нарушение воздушного баланса: Неправильно спроектированные сервера могут стать «горячей точкой», нарушая общий воздушный поток в стойке и снижая эффективность всего зала.
Корпоративное решение и итоговые выводы
Наконец, ключевой аспект: любой современный коммерческий или корпоративный дата-центр может приносить реальную пользу только при наличии качественной сетевой связности с внешним миром. Это подразумевает возможность подключения к глобальным облакам, точкам обмена трафиком, телеком-операторам, а также прямую интеграцию с ИТ-ресурсами партнёров и подрядчиков. Для реализации этих задач необходима современная и грамотно спроектированная сеть. Построить такую инфраструктуру можно относительно недорого, если дата-центр расположен вблизи основных маршрутов интернет-трафика. В противном случае даже самый энергоэффективный и технологичный ЦОД не сможет выполнять свою главную функцию — обеспечивать высокую скорость отклика и доступность ИТ-систем для пользователей и клиентов. Аналогичная ситуация складывается и с близостью к магистральным линиям электропередачи, где должен быть достаточный резерв свободных мощностей. Если эти условия не соблюдены, любая экономия на охлаждении рискует оказаться лишь маркетинговым ходом, не приносящим реальной пользы.
Как международный облачный провайдер и системный интегратор, ITGLOBAL.COM участвует в проектировании и строительстве ИТ-инфраструктуры для enterprise-заказчиков по всему миру (ЦОДы в 11 странах). Компания видит растущий спрос на ЦОД с прямым фрикулигом со стороны крупного бизнеса, промышленности и финансового сектора. Мы понимаем, что успех таких проектов зависит не только от архитектуры здания, но и от правильного выбора серверного оборудования, способного раскрыть потенциал энергоэффективности дата-центра.
ITPOD — российский производитель серверного оборудования, который проектирует платформы специально для современных нагрузок и условий эксплуатации в энергоэффективных ЦОД. В отличие от многих поставщиков, ITPOD делает акцент не только на вычислительной мощности процессоров, но и на анализе тепловой архитектуры, и компановке. В наиболее требовательных конфигурациях применяются EVAC радиаторы, обеспечивающие эффективный отвод тепла от процессоров даже с TDP 500Вт, а модули оперативной памяти оснащаются индивидуальными радиаторами для защиты от перегрева в самых сложных температурных режимах. Большое внимание уделяется надежности и использованию компонентов индустриального класса для обеспечения длительного срока службы в сложных температурных режимах. Решения ITPOD позволяют крупным компаниям и облачным провайдерам строить инфраструктуры, которые не только соответствуют текущим требованиям по энергоэффективности, но и готовы к росту нагрузок завтрашнего дня.
Переход на Direct FreeCooling — это стратегический шаг для любого крупного бизнеса, строящего или модернизирующего свой ЦОД. Однако эффективность этой технологии напрямую зависит от того, насколько серверное оборудование приспособлено к работе в новых температурных режимах. Выбор платформы становится сложной инженерной задачей: необходимо учитывать TDP процессоров, организацию воздушных потоков внутри сервера и надежность компонентов при повышенных температурах. Компания ITPOD, как технологический партнер ITGLOBAL.COM, предлагает серверные решения, спроектированные с учетом этих вызовов, обеспечивая стабильность и эффективность работы современных дата-центров.
Предыдущая статья
