Димензије носача сервера у центру података и дизајн структуре: увид у У-простор, управљање топлотом, оптерећење{1}}носећи капацитет и избор дистрибуције енергије

Са текућим развојем технологија као што су рачунарство у облаку, велики подаци, вештачка интелигенција и рачунарство на ивици, инфраструктура центара података-укључујући сервере, прекидаче, уређаје за складиштење и опрему за напајање-све више тежи ка високој густини, модуларности и конфигурацијама заснованим на рацковима{2}}. Као критична инфраструктура у којој се налази ИТ опрема, организује каблирање, управља дистрибуцијом енергије и олакшава расипање топлоте, дизајн серверских ормара више није само питање „складишта опреме“. Уместо тога, директно утиче на искоришћеност простора, топлотну ефикасност, поузданост електричне енергије и дугорочну ефикасност-одржавања (О&М).

 

Приликом изградње дата центра, избор кабинета захтева свеобухватну процену фактора као што су димензије опреме, број јединица (У), ширина и дубина кабинета, тежина опреме, густина снаге и провод каблова. За инжењере и стручњаке за набавку, разумевање стандардних димензија ормана и структурних параметара је од суштинског значаја за ефикасно планирање серверске собе и конфигурацију опреме.

 

 

 

„У“ које се обично налази у серверским ормарићима означава „Јединицу“ и служи као стандардна мера висине сталка. Опрема за{1}}монтажу у сталак је обично дизајнирана на основу У-висине, чиме се обезбеђује да сервери, прекидачи, уређаји за складиштење и други хардвер{3}}за монтажу у рацк од различитих произвођача могу да се инсталирају у оквиру обједињеног система ормара.

 

Стандардна висина за 1У је 44,45 мм (4,445 цм). Сходно томе, 2У уређај је висок приближно 88,9 мм, а 4У уређај је висок приближно 177,8 мм. Важно је напоменути да се оцена У односи конкретно на висину{9}}уградње у сталак и није једнака стварним физичким димензијама уређаја; компоненте као што су шасија, шине, монтажне уши и други структурни елементи могу заузети додатни простор.

 

У стандардном систему регала од 19 инча, монтажна ширина је 19 инча (482,6 мм). Стварна ширина саме шасије сервера је обично мања од ове бројке, пошто је уређај причвршћен за вертикалне монтажне шине ормарића преко монтажних ушица, клизних шина или других механизама за монтажу.

 

1У, 2У и 4У сервери су најчешћи фактори форме. 1У уређаји омогућавају већи број рачунарских чворова у оквиру ограниченог простора рек-а, што их чини идеалним за окружења велике{4}}густине. Насупрот томе, 2У и 4У уређаји нуде већу унутрашњу запремину, прихватајући више чврстих дискова, картица за проширење, компоненти за хлађење и других функционалних модула.

 

Одлуке о избору треба да буду засноване на свеобухватној процени рачунарских перформанси, капацитета складиштења, проширивости и потрошње енергије. На пример, неки мали-пројекти могу да користе 6У серверски рацк за смештај ивичних рачунарских јединица, мрежне опреме или лабораторијских апарата. Иако ови регали нуде ограничен вертикални простор (У-простор), они ефикасно испуњавају захтеве за централизовану инсталацију малих ИТ система, комуникационих терминала и контролне опреме.

 

 

42У је једна од стандардних висина сталка која се често налази у центрима података. На основу стандардног прорачуна од 44,45 мм по У, теоретски вертикални монтажни простор за 42У рацк је приближно 1,866.9 мм. Међутим, стварна спољна висина укључује додатни простор за горњи панел, базу, точкове или друге структурне елементе; стога, не може се одредити стварне спољне димензије сталка само на основу његовог У-размера.

 

Уобичајене ширине сталка укључују 600 мм и 800 мм. Сталци са ширином од 600 мм су погодни за стандардне инсталације сервера и мрежне опреме, док стакови ширине 800 мм обично нуде више бочног простора за усмеравање каблова, што их чини идеалним за сервере велике{5}}густине, сложене кабловске системе и центре података са строгим захтевима за управљање кабловима.

 

Дубина сталка се значајно разликује, а уобичајене величине се крећу од 600 мм до 1.200 мм (укључујући 600, 800, 900, 960, 1.000, 1.100 и 1.200 мм). Како се серверске платформе развијају, захтеви за дубином, тежином и термичким управљањем одређених рачунарских{14}уређаја високих перформанси (ХПЦ) и ГПУ сервера су се значајно повећали, што захтева подударање између дубине сталка и стварних димензија опреме.

 

За окружења са ограниченим простором-као што су канцеларије, лабораторије или ивичне серверске собе-могу се користити мали ормарићи за податке. Ови ормарићи обично нуде ограничен капацитет монтаже, али су погодни за централизовану инсталацију мрежних прекидача, комуникационе опреме, УПС јединица и других малих ИТ уређаја.

 

Ако је број опреме мали и мрежни уређаји морају да се инсталирају близу зида, мрежни ормар за{0}}монтажу на зид је изводљива опција. Док зидне{2}}јединице штеде простор на поду, кључно је проверити носивост зида-носивости, тежину опреме и неопходне услове топлотне дисипације.

 

 

Сталак од 42У не мора нужно да прими 42 1У сервере. Теоретски У-простор представља само вертикалну монтажну област; стварна примена захтева рачунање размака између уређаја, као и простора који заузимају прекидачи, ПДУ, компоненте за управљање кабловима и канали протока ваздуха за хлађење.

 

Док би сталак теоретски могао да прими велики број уређаја ако је у потпуности попуњен са 1У јединицама, стварна примена захтева прилагођавања на основу фактора као што су потрошња енергије уређаја, методе хлађења, капацитет напајања и дозвољено одржавање. За 2У и 4У сервере, број јединица које се могу инсталирати се смањује због већег вертикалног простора који сваки уређај заузима.

 

Одређивање броја уређаја обично захтева балансирање три димензије: простора, снаге и хлађења. Разматрања простора обухватају израчунавање рек јединица (У-простора) потребних за уређаје и управљање кабловима. Разматрања о снази подразумевају процену улазног капацитета напајања рек-а и ПДУ оптерећења. Разматрања о хлађењу захтевају конфигурацију засновану на стварној топлотној снази пројектоване ИТ опреме и капацитету хлађења дата центра.

 

У рачунарским сценаријима{0}}високе густине, капацитет напајања често постаје ограничавајући фактор за густину рацк-а пре физичког У-простора. Стога, планирање сталка не би требало да се фокусира само на максимизирање броја уређаја, већ би требало да укључи интегрисани дизајн који узима у обзир ИТ оптерећење, напајање и могућности хлађења.

 

 

Прво, серверске полице обезбеђују механичку структуру за монтажу опреме. Коришћењем стандардизованих монтажних шина, шина за вођење и хардвера за монтирање, сервери, прекидачи, уређаји за складиштење, УПС јединице и друга опрема за{1}}монтажу у сталак могу да се консолидују у обједињени, организовани склоп.

 

Друго, регали олакшавају организовани распоред опреме и управљање кабловима. Ако би велики број мрежних каблова, каблова за напајање и каблова{1}}оптичких влакана остао лабав у центру података, одржавање би било тешко, а обрасци протока ваздуха би били поремећени. Добро-добро дизајниране полице обично имају горње или доње улазне тачке за каблове, вертикалне канале за управљање кабловима и хоризонталне додатке за управљање кабловима, што резултира јаснијим повезивањем опреме.

 

За{0}}примену сервера велике густине, полице такође играју кључну улогу у управљању протоком ваздуха и расипањем топлоте. Модерни центри података генерално користе дизајн протока ваздуха од напред-на-позади, где хладан ваздух улази на улазну страну опреме и избацује се у врући пролаз помоћу унутрашњих вентилатора. Структуре сталка морају бити пројектоване тако да осигурају да каблови, заштитне плоче и други додаци не ометају примарни проток ваздуха.

 

Поред тога, регали обезбеђују физичку сигурност опреме. Функције као што су врата, бочне плоче, браве, системи за уземљење и други додаци помажу да се минимизира ризик од неовлашћеног приступа и заштити опрему од фактора околине као што су прашина и механички удари.

 

 

На основу локације уградње, регали се могу широко категорисати на подне{0}}стојеће полице и зидне{1}} полице. Подни{3}}ормани нуде већи капацитет инсталације и погодни су за централизовано постављање сервера, мрежне опреме, уређаја за складиштење и система за напајање. Зидни{5}}ормани су компактнији и првенствено се користе за телекомуникације, умрежавање и ивичну рачунарску опрему.

 

Ормари се могу даље категорисати према окружењу примене у унутрашње и спољашње моделе. За спољне мрежне ормаре, структурални дизајн мора да се бави не само инсталацијом опреме и дисипацијом топлоте, већ и факторима околине као што су улазак прашине и воде, отпорност на корозију, температурне флуктуације и сунчево зрачење.

 

Према врсти опреме, ормани се деле на серверске, мрежне, телекомуникационе и индустријске контролне ормане. Серверски ормани обично захтевају већи капацитет{1}}носивости и већу дубину. Мрежни ормарићи дају приоритет кабловском простору, структурама за управљање кабловима и инсталацији прекидача. Индустријски ормари захтевају побољшану заштиту и карактеристике термичке контроле прилагођене специфичном радном окружењу.

 

У кућним серверима, складиштењу медија и личним лабораторијским окружењима, сталци за кућне сервере генерално не захтевају екстремне капацитете{0}}подношења оптерећења које постоје у великим ормарићима центара података; међутим, фактори као што су дубина опреме, нивои буке, вентилација и управљање напајањем остају важна разматрања.

 

За компактне мрежне чворове, мали мрежни рекови могу да се користе за централно смештање прекидача, рутера, опреме за дистрибуцију оптичких влакана и малих{0}}напонских јединица.

 

 

 

Како се снага сервера и густина опреме повећавају, капацитет{0}}носивости ормара постаје све критичнији. Сервери велике{2}}густине, низови за складиштење података, УПС јединице и системи батерија могу бити веома тешки; ако оквир ормара, шине за монтажу, постоље или точкови немају довољну носивост-носивости, дугорочна-безбједност рада опреме може бити угрожена.

 

Спецификације носивости{0}}ормана обично разликују статичка и динамичка оптерећења. Статички капацитет носивости се односи на тежину коју ормар може да издржи када је опрема инсталирана, док динамичка носивост обухвата механичка напрезања настала током померања ормара, транспорта и процеса инсталације опреме.

 

Када бирате сталак за рачунарски сервер, носивост-треба да се провери у односу на тежину опреме, методе монтаже и структурне спецификације ормарића. За тешке сервере треба користити наменске шине или полице уместо да се ослањају само на монтажне завртње који ће издржати целу тежину.

 

Фактори као што су материјал оквира, дебљина шине, структура попречних{0}}греда, дизајн основе и конфигурација монтаже утичу на укупну крутост конструкције. Увођење центара података велике{2}}густине захтева систематску анализу ових параметара уместо да се фокусира само на спољне димензије.

 

 

Управљање топлотом је критичан аспект дизајна сталка. Компоненте као што су ЦПУ, ГПУ, меморијски модули, чврсти дискови и јединице за напајање стварају топлоту током рада сервера. Ако се ова топлота не распрши брзо, унутрашње температуре расту, што може довести до термичког пригушивања, квара опреме или скраћеног животног века компоненти.

 

Док традиционални регали могу да се ослањају на{0}}вентилаторе постављене на врху да би помогли у одводу топлоте, савремени центри података стављају већи нагласак на управљање протоком ваздуха између сталка и целокупног система за климатизацију објекта. Уобичајене стратегије дизајна обухватају конфигурације топлих/хладних пролаза, затварање хладних пролаза, затварање врућих пролаза и хлађење{2}}на нивоу регала.

 

За сервере велике снаге{0}}, једноставно додавање више вентилатора за сталак није довољно. Потребан је холистички приступ дизајну, координирајући фактори као што су однос перфорације предњих и задњих врата, правац протока ваздуха сервера, конфигурација празне плоче, распоред каблова и укупни проток ваздуха у дата центру.

 

Примене са великом{0}}густином могу да користе течно хлађење или друге високо{1}}ефикасне методе управљања топлотом. Ови приступи мењају захтеве унутрашњег простора, распоред цевовода и носиве-структуре; стога, метод хлађења серверске платформе мора бити потврђен током фазе набавке сталка.

 

Звучно изоловани серверски сталци се првенствено користе у окружењима са строгим захтевима за контролу буке, као што су канцеларије, лабораторије или одређене рачунарске локације. Ови регали захтевају пажљив баланс између материјала за звучну изолацију, управљања протоком ваздуха и топлотних перформанси.

 

 

Како број сервера и мрежних веза расте, ефективно управљање кабловима унутар сталка постаје све важније. Без правилног планирања, каблови за напајање, бакарни каблови, оптичка влакна и каблови за управљање могу ометати одржавање опреме и ометати проток ваздуха.

 

Добро{0}}добро дизајниране полице обично обезбеђују улазне тачке за каблове и на врху и на дну, са наменским хоризонталним и вертикалним просторима за управљање кабловима који су усклађени са локацијама интерфејса сервера. Рекови високе{2}}густине такође треба да садрже вишеслојно управљање кабловима како би се спречило заплитање каблова за напајање, мрежних каблова и оптичких влакана.

 

Радијус савијања кабла је још један критичан параметар дизајна. Недовољни радијуси савијања-нарочито за оптичка влакна и-комуникационе каблове велике брзине-могу да угрозе квалитет преноса сигнала. Приликом куповине рекова, спецификације прибора за управљање кабловима треба изабрати на основу стварног обима каблова и оријентације интерфејса. Кућишта за{6}}монтажу у рацк се обично користе за смештај специфичне електронске опреме у стандардним системима рек-ова. Њихов дизајн се фокусира не само на обезбеђивање кућишта, већ и на структуралне захтеве као што су монтажне димензије, вентилација, ЕМЦ заштита, уземљење и лакоћа одржавања.

 

 

У центрима података велике{0}}густине, систем дистрибуције електричне енергије у кабинетима директно утиче на поузданост рада сервера. ПДУ се обично инсталирају на задњој или бочној страни кућишта како би се обезбедиле везе за напајање за сервере, прекидаче и другу ИТ опрему.

 

Како се удео сервера са двоструким{0}}напајањем повећава, један уређај може да се повеже на два независна струјна кола истовремено; стога, дистрибуција електричне енергије у ормару мора у потпуности да узме у обзир независност А и Б напајања. За опрему{2}}критичну за мисију, такође је потребно интегрисано планирање које укључује УПС јединице, ормаре за дистрибуцију електричне енергије и резервне системе напајања.

 

Капацитет система за дистрибуцију електричне енергије не треба процењивати само на основу броја сервера; уместо тога, прорачуни морају узети у обзир називну снагу појединачних уређаја, стварне стопе оптерећења, ударне струје и будуће потребе за проширењем.

 

У орманима велике{0}}густине, тачке прикључка за напајање, постављање ПДУ-а и усмеравање каблова морају бити усклађени са захтевима за расипање топлоте и приступним простором за одржавање. Рационалан распоред може скратити путеве испоруке струје и минимизирати ометање протока ваздуха узроковано кабловима за напајање.

 

 

Модерни ормари за дата центар еволуирају од једноставних механичких монтажних структура у интелигентне инфраструктурне компоненте. Сензори који надгледају температуру, влажност, дим, струју, напон и приступ кабинету омогућавају-праћење радног статуса ормара у реалном времену.

 

Праћење температуре и влажности помаже особљу у раду и одржавању (О&М) да утврди да ли услови унутар и око кабинета остају у оптималном опсегу. За сервере велике{1}}густине, систем за надгледање може одмах да открије потенцијалне проблеме са хлађењем ако се температура усисног ваздуха ненормално повећа.

 

Детекција дима идентификује дим који настаје услед кварова опреме или других аномалија. Интеграција са -системом за сузбијање пожара широм објекта додатно убрзава откривање ненормалних догађаја.

 

Паметни ПДУ-ови могу да надгледају параметре за једно или више струјних кола, обезбеђујући основу података за анализу потрошње енергије опреме, планирање капацитета и дијагнозу квара. Повезивање података кабинета са системом за управљање инфраструктуром центра података (ДЦИМ) преко комуникационих интерфејса такође омогућава централизованије управљање и одржавање.

 

 

Избор кабинета не би требало да се заснива само на спецификацијама висине као што су "42У" или "48У"; фактори као што су димензије опреме, захтеви за снагом, расипање топлоте, носивост-носивости и размак за одржавање такође се морају узети у обзир.

 

За стандардне серверске кластере, прво се мора проверити висина и дубина сервера, затим одредити потребан број рек јединица (У) и ефективну дубину уградње. Ако постоји велика количина опреме, простор се такође мора доделити за прекидаче, ПДУ, организаторе за управљање кабловима и приступ за одржавање.

 

За мале канцеларије или лабораторије, ормани средње -до-мале- величине (као што су регали од 18У) су погодне опције, јер задовољавају потребе за инсталацијом опреме док минимизирају физички отисак.

 

За велике-центре података потребна је свеобухватна процена, која обухвата висину, ширину и дубину кућишта, као и капацитет{1}}носивости, методе хлађења, капацитет дистрибуције енергије и архитектуру мрежних каблова. Док виши ормари (као што су 48У регали) нуде више простора за вертикалну монтажу, њихова стварна примена мора узети у обзир висину плафона, путеве транспорта, дозволу за одржавање и прописе о противпожарној безбедности.

 

За спољне комуникационе чворове, поред простора за монтажу опреме, критични фактори које треба проверити укључују оцену заштите од уласка (ИП), опсег радне температуре, заптивну структуру, метод одвођења топлоте и отпорност на корозију.

 

 

 

Вођени напретком у АИ серверима, рачунарству високих{0}}учинака (ХПЦ) и рачунарству на ивици, ормани центара података се развијају ка високој густини снаге, великом капацитету{1}}подношења оптерећења, ефикасном одводу топлоте и интелигентном управљању.

 

С једне стране, растући нивои снаге сервера постављају веће захтеве за термичким управљањем традиционалним{0}}апаратима са ваздушним хлађењем; усвајање течног хлађења, технологије хладних плоча и других високо{1}}ефикасних решења за управљање топлотом додатно ће утицати на дизајн структуре ормара.

 

С друге стране, како се повећава густина опреме унутар ормара,системи за дистрибуцију електричне енергијемора подржавати већа оптерећења снаге уз одржавање могућности А/Б напајања, редундантности УПС-а и функција даљинског надзора.

 

Штавише, модуларни дизајн ће постати кључни тренд за системе ормара. Коришћењем стандардизованих димензија, подесивих монтажних структура, модуларних ПДУ-ова и интелигентних компоненти за надгледање, може се побољшати флексибилност и почетне конструкције дата центра и накнадног проширења.

 

Из перспективе инжењерског дизајна, будући ормарићи неће бити само самосталне конструкције{0}}од лима; него ће служити као структурни интерфејси који интегришу сервере, дистрибуцију енергије, хлађење, мрежно повезивање и интелигентне системе за праћење.

 

Сходно томе, приступи дизајну се морају померити са фокусирања на инсталацију појединачних делова опреме ка координисаној оптимизацији целокупне инфраструктуре центра података.

 

Што се тиче набавке инжењеринга, избор ормара захтева техничку валидацију засновану на практичним параметрима-као што су димензије опреме, јединице сталка (У-простор), носивост-носивости, управљање топлотом, дистрибуција енергије, управљање кабловима и окружење за инсталацију-пре финализације специфичне структуре и спецификација.