تاثیر گرما بر دیتاسنترها: خاموشی اینترنت

در ماه جولای، دیتاسنترهای متعلق به شرکت‌های گوگل و اوراکل در لندن به دلیل افزایش بی‌سابقه دمای بریتانیا به بیش از ۴۰ درجه سلسیوس به‌اجبار از دسترس خارج شدند. در نتیجه‌ی این سطح از گرما سیستم‌های گرمایشی عملاً بی‌فایده شدند و وب‌سایت بسیاری از مشتریان از دسترس خارج شد. برای مثال دیتاسنتر گوگل تعداد زیادی وب‌سایت‌ وردپرس را در سراسر اروپا میزبانی می‌کرد. تاثیر دما بر دیتاسنترها خود را به رخ می‌کشید.

سیستم‌های خنک‌کننده این دیتاسنترها به گونه‌ای طراحی شده‌اند که دمای سرورها و دیگر تجهیزات دیتاسنتر را تنظیم کنند. اما وقتی امواج هوای بسیار گرم با دمای داخلی همراه می‌شود، سیستم‌های سرمایشی دیگر توان همپایی ندارند و قادر به انجام کار خود نیستند. درنتیجه، تجهیزات مهم دیتاسنتر بیش از حد داغ و از دسترس خارج می‌شوند.

امروزه در حالی که امواج گرما حتی تا ماه‌هایی از پاییز نیز ادامه دارد،‌ عملیات‌های IT بسیاری از شرکت‌های تکنولوژی در بازه‌های بلندمدت مختل می‌شود. طبق نوشته‌ای از کری فرناندز، نایب‌رئیس سابق بخش مهندسی توییتر، در ماه سپتامبر زمانی که گرمای بی‌سابقه باعث قطعی در دیتاسنتر شهر ساکرامنتو این شرکت شد، توییتر به طور کلی در حالت «غیرزائد» یا پشتیبانی از فعالیت‌های ضروری قرار گرفت. او می‌گوید این حادثه «بی‌سابقه» بود و موج گرما باعث «خاموشی کامل این تجهیزات فیزیکی شد».

با وجود افزایش تعداد امواج گرما در سراسر جهان، شرکت‌هایی همچون توییتر برای مقابله با مشکلات گرمای بی‌سابقه و تاثیر آن بر صنعت تکنولوژی آماده نیستند. پیتر زاتکو، رئیس سابق بخش امنیت توییتر، طی یک افشاگری در ماه آگوست گفت این شرکت به دلیل «فراوانی ناکافی دیتاسنتر» در معرض خطر است. او گزارش داد که «یک قطعی موقت اما همزمان در تعداد کمی از دیتاسنترها» می‌تواند توییتر را «هفته‌ها، ماه‌ها یا به طور کامل» از دسترس خارج کند. حال با روی کار آمدن ایلان ماسک و اخراج تعداد زیادی از کارکنان، می‌توان استنباط کرد که این شرکت حتی در قیاس با گذشته هم آمادگی کمتری در مقابل تاثیر گرما بر دیتاسنترها دارد.

امواج گرما: سردرد جدید IT

امواج گرما ممکن است برای کسب‌وکارهایی که به شدت به خدمات IT وابستگی دارند یا محصولات دیجیتالی عرضه می‌کنند به شدت مشکل‌ساز باشد. استیو رایت،‌ مدیر اجرایی شرکت 4D دیتاسنترز، هشدار می‌دهد شرایط سخت محیط‌زیستی از جمله گرما می‌تواند به «تجهیزات IT آسیب بزند و به دلیل مازاد بار در شبکه‌های برق باعث قطعی شود».

رایت می‌گوید،‌ شرکت‌هایی که قادر به نگهداری درست از دیتاسنترها در دمای بالا نباشند ممکن است با «مشکل سرور، خرابی هارددرایو و از دست رفتن داده» مواجه شوند. به گفته او، «هرگونه قطع موقت برق می‌تواند تبعات ویرانگری برای مشتری داشته باشد و باعث خرابی یا نابودی فایل‌های مهم دیتاسنتر، عملکرد نادرست پردازنده‌های مرکزی و زیان مالی درنتیجه بالا رفتن حرارت سیستم‌ها شود.»

با این حال راه‌حل‌هایی برای این سردرد جدید IT وجود دارد. رایت می‌گوید آنهایی که دیتاسنتر را اداره می‌کنند باید ژنراتورهای بکاپی را تهیه و در نتیجه از عدم قطعی برق اطمینان حاصل کنند. او ادامه می‌دهد، با زیر نظر گرفتن دما و رطوبت می‌توان عمر مفید سرورها و هارددرایوهای دیتاسنتر را نیز افزایش داد.

رایت در همین راستا به آزمایش موفق مایکروسافت در استفاده از پایگاه‌های داده زیرآبی در جهت مقابله با گرما اشاره می‌کند. مایکروسافت این مفهوم را «مطمئن و عملی» تعریف کرده و می‌گوید نرخ خطا را به شکل قابل توجهی در مقایسه با دیتاسنترهای روی زمین کاهش می‌دهد.

رایت در ادامه تصریح می‌کند: «استفاده از سیستم‌های خنک‌کننده پرمصرف برای مقابله با افزایش دما در دیتاسنترها ضروری است. تحقیقاتی در سال ۲۰۲۱ روی مراکز داده آمریکا نشان داد ۴۵ درصد از مالکان و اپراتورهای دیتاسنترهایی که مدیریت زیرساخت بزرگ‌ترین سازمان‌های IT جهان را بر عهده دارند معتقدند شرایط خاص هوایی تهدیدی برای فعالیت مداوم آنها محسوب می‌شود.»

نقطه‌ضعف بزرگ: سیستم‌های خنک‌کننده دیتاسنترها

سیستم‌های خنک‌کننده برای جلوگیری از افزایش بیش از حد دمای تجهیزات دیتاسنتر طراحی شده‌اند اما در واقع توان کافی برای مقابله با دمای بی‌سابقه را ندارند. دنیل بیزو، محقق اتاق فکر آپ‌تایم (Uptime Institute Intelligence)، معتقد است گرمای بی‌سابقه فشار بیش از حدی به کمپرسور‌ها،‌ پمپ‌ها، فن‌ها و دیگر تجهیزات وارد می‌کند.

او می‌گوید: «اگر بحث را خیلی فنی نکنیم، کمپرسورها که البته انواع مختلفی دارند، قلب سیستم‌های سرمایش مکانیکی از جمله تهویه هوا و سیستم‌های چیلر محسوب می‌شوند. آنها با استفاده از انرژی الکتریکی یک خنک‌کننده گازی را فشرده می‌کنند که بعداً در ادامه چرخه  منبسط‌ شده (سیم‌پیچ‌های سرمایشی در معرض هوا یا آب محیط) و در جهت سرمایش به مقدار قابل توجهی سرد می‌شوند.»

بیزو ادامه می‌دهد: «پمپ در این مثال یک پمپ آبی است که آب تاسیسات را (در یک سیستم سرمایش خنک) در سرتاسر دیتاسنتر به عنوان یک عامل خنک‌کننده (که توسط کمپرسور‌ها در چیلرهای آبی خنک می‌شود) به گردش درمی‌آورد تا گرمای هوای اتاق کامپیوتر، ردیف واحد‌های سرمایشی و دیگر واحد‌های تبادل گرما را از بین ببرد.»

متاسفانه تجهیزات سرمایشی تنها جزء مهم آسیب‌پذیر در مقابل گرما در دیتاسنترها نیستند. بیزو می‌گوید ژنراتورهای بکاپ و تجهیزات برق خارجی نیز ممکن است تحت تاثیر امواج گرما قرار بگیرند. به گفته او، این موضوع «ممکن است باعث کاهش توانایی آنها برای پشتیبانی کافی از دیتاسنتر در صورت بروز مشکل در شبکه اصلی شود».

اگرچه شرکت‌های بزرگی همچون گوگل، اوراکل و توییتر در سال ۲۰۲۲ به دلیل گرمای شدیدی با مشکل مواجه شدند، اما می‌توان به آینده امید داشت. بیزو می‌گوید به جز چند مورد نادر، بیشتر دیتاسنترها «بدون مشکل جدی شرایط شدید دمایی» را در تابستان پشت سر گذاشتند. او این موفقیت را مدیون «برق مناسب و تعداد زیاد خنک‌کننده و نگهداری مناسب از تجهیزات می‌داند».

بیزو می‌گوید: «علاوه بر این، بیشتر دیتاسنترها معمولاً در سطح مصرف متوسط فعالیت می‌کنند. اپراتورها می‌توانند برای مقابله با گرمای بی‌سابقه از ظرفیت سرمایشی بیکار خود کمک بگیرند. با این حال، ارائه‌دهندگان ابری استفاده سنگین‌تری از زیرساخت خود دارند و در شرایط خاص آب و هوایی درگیر حاشیه خطای کمتری می‌شوند.»

چطور از دیتاسنترها در مقابل امواج گرما محافظت کنیم

با افزایش تعداد و تبعات امواج گرما برای زیرساخت تکنولوژی جهان، اپراتورهای دیتاسنترها باید در برابر این تهدید جدی از خود دفاع کنند. خوشبختانه بیزو می‌گوید تعداد زیادی راه‌حل برای این مشکل وجود دارد.

برای شروع، اپراتورها می‌توانند روی سیستم‌های سرمایش تبخیری و ادیاباتیک (عایق گرما) سرمایه‌گذاری یا واحد‌های تهویه هوا و چیلر خود را با سیستم‌های آب‌پاش تقویت کنند.

محقق اتاق فکر آپ‌تایم می‌گوید: «تحمل چند درجه بیشتر در محل نگهداری داده به کاهش فشار سیستم‌های سرمایشی کمک می‌کند؛ اگر سیستم تنها از سرمایش هوای محیطی (خنک کردن تنها از طریق هوای خارج) استفاده می‌کند، اپراتور احتمالاً باید آن را با یک سیستم تبخیری تقویت کند.»

او توضیح می‌دهد: «یک مثال مرطوب کردن هوای اطراف کویل‌های خنک‌کننده تهویه هوا/چیلر است. در سازه‌های جدید/یا بازسازی‌ها می‌توان از سیستم‌های سرمایشی مبتنی بر تبخیر (یا اثر ادیاباتیک، پدیده فیزیکی دیگری که به جذب رطوبت در هوا وابسته است) برای خنک کردن هوای محیط استفاده کرد البته تا جایی که هوا بیش از حد برای خنک‌سازی مرطوب نشود.»

اما به گفته او یک پاسخ «استراتژیک و بلند‌مت‌تر» نسبت به بحران اقلیمی استفاده از سیستم‌های IT با سرمایش-سیالی است. او می‌گوید: «IT با سرمایش سیالی نیز مفید است زیرا امکان تحمل دمای بیشتر در زنجیره سرمایش را فراهم می‌کند. زیرا برخلاف هوا، که براساس پیشنهادهای صنعتی باید در بازه ۱۸-۲۷ درجه سلسیوس عرضه شود، مایع (آب، مایع مهندسی شده) را می‌توان با توجه به نحوه اجرا،‌ مثبت ۳۰ درجه سلسیوس یا حتی در برخی موارد مثبت ۴۰ درجه سلسیوس عرضه کرد. درنتیجه یک سیستم سرمایش آبی را مثلاً می‌توان برای عرضه آب خنک‌کننده دیتاسنتر در دمای ۳۲ درجه سلسیوس طراحی کرد. این حالت نیازمند انرژی بسیار کمتری در مقایسه با دمای زیر ۱۵ درجه سلسیوس در بسیاری از سیستم‌های معمولی است.»

حال که بسیاری از اپراتورهای دیتاسنتر اثر مخرب امواج گرما را تجربه می‌کنند، آنها باید دائماً نقاط ضعف اقلیمی را بررسی و راه‌حل‌هایی را پیش از به مشکل خوردن اجرایی کنند.

بیزو می‌افزاید: «با تشدید و گسترش رخداد‌های بد آب و هوایی و پیامد‌های تغییر اقلیمی، انعطاف‌پذیری اقلیمی ضرورتی برای کسب‌وکارهای مدرن است.»

تاثیر دما بر دیتاسنترها: مبارزه با گرما

با اینکه نعمت تکنولوژی به شدت در مقابل امواج گرما آسیب‌پذیر است، اما راه‌حل‌های زیادی برای این مساله وجود دارد.

سایروس‌وان (CyrusOne)، یکی از ارائه‌دهندگان جهانی دیتاسنتر، با سیستم‌های خنک‌کننده آبی بسته و چیلرهای خنک‌کننده هوایی این مشکل را رفع کرده است. کایل مایرز، نماینده نایب‌رئیس بخش سلامت، امنیت و پایداری محیط‌زیستی این شرکت، این سیستم‌ها را «ابزاری با بازده انرژی بالا برای عرضه آب خنک به تجهیزات» توصیف می‌کند.

این سیستم شامل حلقه‌ای حاوی هشت هزار گالن آب است که تنها یک بار پر می‌شود و این در حالی است که چنین سیستم‌هایی معمولاً سالانه میلیون‌ها گالن آب مصرف می‌کنند. این آب سپس توسط یک کمپرسور و کندانسور خنک می‌شود. پس از خنک شدن آب، سیستم می‌تواند دمای داخل دیتاسنتر را کاهش دهد.

به گفته او، «این فرایند تجهیزات IT را در مناطق مختلف دمایی در کشور خنک می‌کند.» به‌علاوه این سیستم آب کمتری مصرف می‌کند و برای مناطق خشک نیز مناسب است.

اما راه‌حل دیگر استفاده از انرژی تجدید‌پذیر است. سازمان‌هایی که به دنبال استفاده از ابر هستند می‌توانند مناطقی با انرژی تجدیدپذیر را انتخاب کنند. سرورهایی که نیازی به فعالیت تمام‌وقت ندارند می‌توانند این مناطق را به عنوان گزینه‌ای امن انتخاب کنند.

سال گذشته تاثیرات امواج گرما بر صنعت تکنولوژی را به وضوح نشان داد و هنوز نشانه‌ای از کاهش دما و بهبود وضعیت دیده نمی‌شود. اگر شرکت‌های تکنولوژی در نظارت و پیشگیری از مشکل شکست بخورند، در آینده باید منتظر قطعی‌های بیشتری باشیم.

منبع: Gizmodo