Sobreaquecimento do servidor? Um guia para a refrigeração de montagem em rack.

Introdução: Porque é que o seu bastidor de servidores é uma bomba de calor

O calor é o assassino silencioso no mundo das TI. Todas as peças do seu bastidor de servidor, a CPU que processa milhares de milhões de ciclos por segundo, os discos rígidos que rodam a mais de 7.200 RPM, todos eles estão a produzir energia térmica. Uma lâmina de um servidor pode gerar a mesma quantidade de calor que um pequeno radiador. Agora coloque 10, 20 ou 40 delas num armário de metal. Na ausência de uma estratégia, não construiu uma central de TI; criou um forno muito dispendioso que irá literalmente explodir quando for esticado até uma capacidade insegura.

Isto não é uma hipérbole. Estudos realizados por vários operadores de centros de dados demonstraram que, com cada aumento de 10 °C (18 °F) para além da temperatura de funcionamento ideal, a fiabilidade a longo prazo do equipamento eletrónico diminui, pelo menos, para metade. Os efeitos variam entre um desempenho dolorosamente lento e reinícios arbitrários até uma avaria desastrosa do hardware e uma perda irreparável de dados. O bastidor do servidor, o principal coração dos seus projectos empresariais ou pessoais, pode transformar-se numa bomba-relógio de calor, pronta a interromper o seu processo de trabalho e a quebrar as taxas de desempenho ideais.

Esta é uma bomba que precisa de ser desarmada. Vamos deixar para trás a ansiedade do sobreaquecimento e entrar na atmosfera real e prática do arrefecimento em bastidor. Ao aprender os conceitos básicos de fluxo de ar, fazer a seleção correta do hardware e compreender algumas das armadilhas mais comuns, estará equipado para construir um ambiente estável, consistente e fresco para alojar o seu equipamento importante.

Como é que o arrefecimento para montagem em bastidor funciona realmente?

Precisamente, diz respeito à gestão do fluxo de ar de uma forma estratégica. O conceito é simples: para manter o desempenho máximo do seu equipamento, deve extrair cuidadosamente o gás quente do seu sistema e substituí-lo por ar frio e ambiente.

Imagine que o seu bastidor de servidores é um par de pulmões. Tem de inspirar ar fresco e expirar ar quente. A maioria dos servidores e equipamentos de rede modernos possui um fluxo de ar da frente para trás. A parte da frente do dispositivo puxa o ar frio, que passa sobre as peças internas quentes (CPU e RAM), e o ar quente é depois expelido pela parte de trás.

Um bom plano de arrefecimento para montagem em bastidor torna este processo natural numa escala maior. Fornece um canal adequado através do qual o ar se move em todo o armário. Isto é normalmente feito através da criação de corredores quentes e corredores frios.

• Corredor frio: O lado da estante por onde é introduzido o ar frio. A direção de todas as entradas de ar do equipamento deve ser esta.
• Corredor quente: A parte de trás da estante, onde o ar quente de exaustão se acumula e é canalizado para fora das aberturas do equipamento.

Elimina-se o ciclo de temperaturas cada vez mais elevadas ao não permitir que o ar de exaustão quente recircule de volta para a frente e seja novamente ingerido pelo equipamento. O dispositivo utilizado para impor esta separação crítica e garantir que o ar frio está sempre disponível onde é mais necessário, mantendo os servidores com um desempenho ótimo a longo prazo, é o hardware de arrefecimento para montagem em bastidor, quer se trate de um simples painel de ventoinhas ou de um aparelho de ar condicionado mais complexo.

Principais tipos de soluções de arrefecimento para montagem em bastidor

Uma solução de arrefecimento depende completamente das suas necessidades, quer se trate de um único switch de rede num armário ou de um cluster de servidores de alta densidade. O mercado está repleto de alternativas, todas elas com as suas próprias vantagens.

Fluxo de ar ativo: Bandejas e painéis de ventiladores de rack

O fluxo de ar ativo é o mais popular e menos dispendioso na grande maioria dos racks de pequena e média dimensão sujeitos a cargas de calor moderadas. Basicamente, trata-se de tabuleiros ou painéis com várias ventoinhas fixadas e instaladas diretamente no bastidor padrão de 19 polegadas. O seu papel é simples: são considerados um multiplicador de força do fluxo de ar e a base de um sistema de ventoinhas estável.

• Unidades de ventilação no teto: As unidades de ventilador de teto são montadas na parte superior do bastidor para puxar o ar quente para cima e para fora do armário. Funcionam com base na lei natural da convecção (o ar quente sobe) e são uma opção altamente eficaz para a remoção geral do calor.
• Bandejas de ventilação horizontais: Os tabuleiros de ventoinhas horizontais são dispositivos de montagem em bastidor 1U ou 2U que podem ser instalados num bastidor estrategicamente para visar um ponto quente, como um servidor ou um grande switch de rede, ou pode ser utilizado para forçar o fluxo de ar da parte frontal para a parte posterior do bastidor. Este tipo de sistema de ventoinhas manterá o fluxo de ar constante mesmo numa configuração densa.

Estas são boas soluções até cargas térmicas de cerca de 3 kW por prateleira. São comparativamente baratos, simples de instalar e muito mais eficientes do que a ventilação passiva de um contentor por si só.

Arrefecimento direto: Condicionadores de ar montados em rack

O arrefecimento direto é algo a considerar quando a quantidade de calor produzida dentro do bastidor ultrapassa a capacidade das ventoinhas (geralmente mais de 3 kW). Os sistemas de ar condicionado para montagem em bastidor são sistemas simples de circuito fechado que arrefecem ativamente o ar na caixa.

Estas unidades não são apenas utilizadas para mover o ar, mas funcionam como um ar condicionado convencional. Aspiram o ar quente do interior do bastidor, passam-no por serpentinas de evaporação cheias de refrigerante para o arrefecer e, em seguida, ventilam o ar arrefecido de volta para o bastidor, normalmente direcionado para as entradas do equipamento. O calor retido é então ventilado para fora da unidade, normalmente para a sala maior ou através de uma conduta especial. Estas são soluções robustas para pontos quentes num centro de dados ou para arrefecer dispositivos num local que não tenha ar condicionado dedicado ao nível da sala, como um armazém ou um armário de serviço.

Estratégias avançadas: Contenção e arrefecimento por líquido

Na extremidade térmica da escala de gestão estão as abordagens adaptadas à computação de alto desempenho (HPC) e às configurações de centros de dados densos com cargas de calor superiores a 20 kW/rack.

• Contenção: Neste método, são utilizadas divisórias, portas ou painéis de teto para separar fisicamente os corredores quentes dos corredores frios. A forma mais simples de o fazer é encerrar todo o corredor quente ou frio, de modo a que 100% do ar frio que entra vá para o equipamento de refrigeração e 100% da água quente de exaustão seja recolhida e reencaminhada para o sistema de refrigeração primário. Isto duplica a eficiência e a previsibilidade da refrigeração.
• Arrefecimento líquido: Uma vez que as CPUs e GPUs estão continuamente a ficar cada vez mais potentes, o ar nem sempre será um meio de arrefecimento adequado. O arrefecimento líquido direto ao chip utiliza um líquido de arrefecimento em tubos que fluem diretamente para uma placa fria sobre o processador, onde absorve o calor de forma muito mais eficaz do que o ar. Este é então removido como calor para um permutador de calor. É o tipo mais eficaz e complicado de arrefecimento informático atualmente existente no mercado.

Como escolher a solução correta: Factores-chave a considerar

Depois de ter uma ideia correta do que está disponível, o que fazer para escolher a solução certa? Depende de algumas métricas importantes e de uma avaliação realista das suas necessidades.

Cálculo do caudal de ar (CFM) e da carga térmica (BTU)

A primeira coisa a fazer é quantificar o seu problema.

• Carga térmica (BTU): A capacidade de produção de calor de qualquer equipamento eletrónico é normalmente expressa em unidades de unidades térmicas britânicas (BTUs) por hora. Normalmente, isso consta das especificações do fabricante. O cálculo da carga hemolítica total é muito simples: basta adicionar as classificações de BTU de cada peça de equipamento no seu bastidor. Uma orientação fácil é que Watts x 3,41 = BTU/hr.
• Caudal de ar (CFM): O caudal de ar é indicado em pés cúbicos por minuto (CFM). Este valor é uma indicação da quantidade de ar que uma ventoinha ou unidade de arrefecimento pode passar. Um aumento do CFM aumenta a circulação de ar. Assim, a quantidade de CFM necessária dependerá da sua carga térmica e do aumento máximo de temperatura desejável (ΔT) dentro do bastidor.

É importante selecionar a capacidade de arrefecimento adequada. A subespecificação resulta em sobreaquecimento e a sobreespecificação resulta em desperdício de energia e despesas desnecessárias.

Equilíbrio entre desempenho e tranquilidade: A importância do dBA (nível de ruído)

O ruído das ventoinhas não é surpreendente num centro de dados dedicado. No entanto, o ruído é uma consideração muito importante quando coloca o seu rack num escritório, num estúdio ou num laboratório doméstico. O nível de ruído das ventoinhas é apresentado em decibéis (dBA). O aumento de 3 dBA é quase impercetível, enquanto o aumento de 10 dBA é percepcionado como uma duplicação do ruído.

É aqui que existe um grande compromisso. Normalmente, quanto maior for o CFM (melhor desempenho), maior será o dBA (maior ruído). Mas o tipo de ventoinha é muito diferente. Um ventilador corretamente concebido é capaz de deslocar um grande volume de ar utilizando um dBA significativamente mais baixo do que um ventilador menos dispendioso e menos eficiente.

Não considere apenas o maior CFM ao escolher as soluções. Encontre uma classificação CFM que seja um nível confortável de dBA para trabalhar ou viver.

Porque é que a ventoinha é o coração do seu sistema de arrefecimento para montagem em bastidor

Embora tenhamos falado de sistemas complexos, o facto é que, na maioria dos sistemas de refrigeração para montagem em bastidor, o componente mais importante é a humilde ventoinha. É o propulsor de todos os seus planos de fluxo de ar. Um armário de montagem em bastidor AC continua a depender de ventoinhas para movimentar o ar, e um tabuleiro de ventoinhas é apenas os motores e as pás. A qualidade das ventoinhas utilizadas por todo o seu sistema de arrefecimento e a forma como se combinam com outro hardware de suporte, como uma PDU, determina o desempenho, a longevidade e a acústica de todo o sistema.

Olhando para além da lista de especificações simples, existem algumas caraterísticas de uma ventoinha realmente topo de gama:

• Tipo de rolamento: Este tipo de rolamento determina a vida útil do ventilador e o padrão de ruído. Os rolamentos de manga de má qualidade têm uma vida útil curta, enquanto os rolamentos de esferas duplos de qualidade superior têm uma vida útil muito longa e um desempenho estável.
• Tecnologia de motores: As ventoinhas actuais são alimentadas por motores DC sem escovas controlados por PWM (Modulação de Largura de Impulso). Isto permite que a velocidade da ventoinha seja controlada de forma inteligente em função da temperatura, para proporcionar um elevado desempenho quando necessário e um funcionamento quase silencioso em inatividade.
• Design da lâmina: A forma, o passo e a curvatura das pás da ventoinha (a aerodinâmica) são cuidadosamente desenvolvidos de modo a captarem o máximo de fluxo de ar possível e a menor turbulência possível, que é a causa número um do ruído.
• Construção e durabilidade: O material de construção e a capacidade do ventilador para resistir a condições ambientais como o pó e a humidade são as medidas diretas da sua fiabilidade.

A decisão de utilizar uma solução de arrefecimento implica a decisão de utilizar um ventilador. E a seleção de uma ventoinha construída com base em princípios industriais é a derradeira apólice de seguro contra o dispendioso tempo de inatividade do equipamento muito caro que irá proteger. Ao utilizar bastidores de alta densidade, é importante combinar ventiladores de qualidade e uma PDU corretamente controlada que assegure uma alimentação estável e um arrefecimento constante para minimizar a probabilidade de falhas inesperadas.

Vantagem do ACDCFAN: Para além do fluxo de ar, a verdadeira fiabilidade

Quando a ventoinha falha, causa danos devastadores nos seus dispendiosos servidores. É por isso que a qualidade da ventoinha não pode ser comprometida. O ACDCFAN não é um componente, mas um ventilador de nível industrialO seu seguro de vida com o seu sistema, e ele fornece:

• Fiabilidade extrema: Os nossos ventiladores são construídos com rolamentos de esferas de alta qualidade e de longa duração, o que lhes confere um serviço ininterrupto de mais de 70.000 horas, ou quase oito anos, 24 horas por dia, 7 dias por semana. A qualidade desta construção industrial, tal como a nossa impermeabilidade IP68, garante uma proteção real e duradoura do seu investimento.
• Funcionamento suave e silencioso: Através de conceção avançada de lâminas aerodinâmicasCom as nossas ventoinhas, resolvemos o persistente compromisso entre fluxo de ar e ruído, proporcionando um arrefecimento potente sem transformar o seu espaço de trabalho num túnel de vento. Isto está associado a Controlo de velocidade inteligente PWMpermitindo que as ventoinhas se integrem no controlador do sistema.
• Confiança profissional: Para ambientes profissionais e empresariais, a confiança não é negociável. O nosso conjunto completo de certificações (UL, CE, TUV, EMC) e a conformidade com a norma RoHS 2.0 são uma garantia indiscutível de segurança, qualidade e desempenho de nível profissional.

Masterclass sobre caudal de ar: Explicação da pressão positiva vs. negativa

Quando colocar as ventoinhas no lugar, a forma como as coloca irá induzir uma atmosfera de pressão positiva ou negativa no bastidor. Este é um nível avançado de compreensão que pode ter um efeito enorme na sua eficiência de arrefecimento e na limpeza do equipamento.

• Pressão negativa: Isto é obtido quando há mais ventoinhas a empurrar o ar para fora do que a puxar ar para dentro. Isto deixa um pequeno vácuo, arrastando o ar para qualquer abertura ou orifício não filtrado na estante. Funciona bem para impedir a entrada de calor, mas atrai muito pó.
• Pressão positiva: Isto é o inverso e consegue-se tendo mais potência nas ventoinhas de admissão do que nas de escape. A pequena sobrepressão na estante faz com que o ar seja espremido para fora através de orifícios não filtrados. Isto faz um ótimo trabalho para manter o pó afastado, porque só recebe o ar que já foi filtrado através das entradas das ventoinhas.

A maioria dos bastidores para servidores de uso geral pode utilizar uma configuração de pressão equilibrada ou marginalmente positiva, que proporciona uma excelente combinação de arrefecimento e controlo de poeiras.

Erros comuns no arrefecimento por montagem em bastidor (e como evitá-los)

Metade da batalha é um bom investimento em hardware. Mesmo as melhores ventoinhas são destruídas por uma implementação incorrecta. Algumas das armadilhas aqui são:

1. Ignorar os painéis de obturação: Todos os espaços U abertos e não utilizados no seu bastidor são potenciais fugas. O ar frio ou de exaustão pode voltar para a frente através destes orifícios, poluindo o seu corredor frio. Um dos investimentos em arrefecimento mais simples, embora menos utilizado, que pode fazer é instalar painéis de obturação simples e económicos.
2. Má gestão dos cabos: Um ninho de cabos na parte de trás da sua estante tornar-se-á como um "ninho de ratos", impedindo a saída do ar quente de exaustão. Este calor pode acumular-se e diminuir drasticamente a eficiência do arrefecimento. Instale gestores de cabos e braçadeiras para criar rotas de saída de ar organizadas.
3. Combinação da direção do fluxo de ar: Quando algumas ventoinhas são instaladas para fornecer admissão e outras para fornecer exaustão sem um plano de ação (por exemplo, no mesmo plano horizontal), o resultado é a turbulência do ar em vez de um fluxo suave. Este ar em movimento não arrefecerá muito o seu equipamento. As ventoinhas devem mover-se todas numa direção, na mesma direção.

Conselhos de instalação simples para uma eficiência máxima de refrigeração

• Em cima e em baixo: Com apenas duas unidades de ventoinha, uma das melhores coisas que pode fazer é instalar uma unidade de ventoinha de entrada na parte frontal inferior do bastidor (para fazer entrar o ar frio) e uma unidade de ventoinha de exaustão na parte superior traseira do bastidor (para fazer sair o ar quente).
• Selar as lacunas: Preencher todos os espaços em U vazios com painéis de obturação. Esta não é uma opção para um arrefecimento eficaz.
• Proporcionar algum espaço: É necessário que haja um espaço mínimo de alguns centímetros entre a estante, à frente e atrás, para permitir a livre circulação do ar. Apertar uma estante contra uma parede é a fórmula para o sobreaquecimento.
• Filtre a sua ingestão: Quando estiver a utilizar ventoinhas de entrada num ambiente que não seja tão limpo, aplique filtros de ventoinhas. Quando um dissipador de calor está entupido, não é um dissipador de calor eficaz. Não se esqueça de lavar os filtros.

Conclusão: Mantenha a calma e proteja o seu investimento

Sobreaquecimento dos servidores não é um destino inevitável; é um problema de engenharia que tem solução. Quando se percebe que uma boa refrigeração é uma ciência de fluxo de ar controlado, é possível sair do pânico reativo e do controlo. Agora tem o modelo para avaliar a sua carga de calor, aprender mais sobre os vários tipos de soluções e escolher o hardware com base em provas empíricas, como CFM e dBA, em vez de se basear no que o departamento de marketing afirma.

No centro de um plano de arrefecimento a ar eficiente está um elemento que foi concebido para ser durável e preciso. O acabamento do ventilador - rolamento, motor e estrutura - é o que decidirá se o seu sistema de arrefecimento será um protetor fiel ou um fracasso. Com ênfase em peças de nível industrial, está a investir o seu dinheiro na tranquilidade e na saúde futura de toda a sua infraestrutura de TI.

Deve planear o fluxo de ar, instalar as peças da forma correta e evitar todas as armadilhas. Desta forma, poupará o seu investimento, poderá desfrutar do máximo desempenho e manter-se-á fresco sob pressão. No caso de necessitar de apoio profissional para escolher as ventoinhas de alta fiabilidade corretas a utilizar na sua configuração específica, o departamento de engenharia da ACDCFAN poderá fazer uma análise inicial do seu projeto no prazo de 12 horas.