Современные методы строительства ЦОД далеки от идеала, когда речь заходит о влиянии на экологию и эффективном использовании ресурсов. Автоматизированные мобильные производственные комплексы, являющиеся более продвинутыми версиями уже ставших привычными бытовых 3D-принтеров, могут помочь строить, оснащать и эксплуатировать центры обработки данных завтрашнего дня.

Аддитивное производство и промышленная революция

Обыватели склонны воспринимать термины “аддитивное производство” и “3D-печать” как тождественные, используя их в качестве взаимозаменяемых, когда речь заходит о создании физического продукта из цифрового файла. В обоих случаях исходный файл разрабатывается с помощью системы автоматизированного проектирования или иного подобного инструмента, а готовое изделие изготавливается путем наложение исходного материала (сырья) слой за слоем с последующим спеканием. Циклы повторяются, пока спроектированный объект не будет завершен.

Разница в том, что аддитивное производство – это специализированная 3D-печать в промышленных масштабах. Обычная же 3D-печать, как правило, предполагает решение более широкого спектра потребительских задач меньшего масштаба с применением настольных 3D-принтеров.

Именно решения для 3D-печати в промышленных масштабах, которые разрабатываются и постоянно совершенствуется крупными технологическими компаниями, могут помочь в преодолении ограничений, с которыми сегодня сталкиваются субъекты индустрии ЦОД.

• Уникальные изделия: Такие инструменты обеспечивают больше гибкости при оптимизации и изготовлении действительно сложных конструкций, которые, как правило, невозможно реализовать с помощью традиционных методов производства. Можно проектировать и строить сложные продукты из порошкообразных материалов, гранула за гранулой. Речь об изделиях, которые было бы крайне сложно построить из отдельных сборных деталей.
• Компактность и масштабируемость: Но преимущества на этом не заканчиваются. Технология предлагает индивидуальную масштабируемость на самых разных уровнях – от производственного цикла до помещений. Полноценный автомобильный завод – довольно большой по площади комплекс. Для 3D-печати не нужно выделять огромную площадь под застройку, поскольку эта технология производства обеспечивает высокую компактность, одновременно допуская наращивание производственных мощностей в будущем по мере увеличения потребностей заказчика.
• Разнообразие исходных материалов: Многие люди, сталкивавшиеся только с бытовыми 3D-принтерами, ошибочно полагают, что каким бы ни был конечный продукт, он должен быть изготовлен из пластика. Но это не так. Системы 3D-печати промышленного класса позволяет изготавливать предварительно спроектированные изделия, из целого ряда металлов, полимеров и даже органики. Это возможно, например, при использовании технологии расплавления материала в заранее сформированном слое (англ.: Powder Bed Fusion). Эта разновидность аддитивного производства допускает применение десятков типов металлов и сплавов, начиная от алюминия и нержавеющей стали на основе никеля до титановых сплавов. Другой большой группой поддерживаемых материалов являются полимеры: полиамиды, полистирол, полипропилен и целый ряд других материалов. При необходимости возможна 3D-печать с применением бетона и других стройматериалов.
• Рациональное использование ресурсов: В ходе 3D-печати сырье применяется максимально эффективно, что минимизирует негативное влияние на состояние окружающей среды за счет рационального природопользования. Но 3D-принтеры в большинстве своем пока потребляют больше электроэнергии, чем, например, фрезерные и сверлильные станки. Это обстоятельство делает их углеродный след достаточно высоким.

3D-печать ЦОД – логическое развитие концепции модульности

Еще в начале “нулевых” у инженеров Google зародилась идея создания модульного центра обработки данных. Вместо возведения новых ЦОД “с нуля” поисковый гигант начал строить серверные фермы с применением базовых “строительных блоков”.

Для этой цели стали применяться транспортные контейнеры, предварительно укомплектованные всем необходимым вычислительным, электрическим и охлаждающим оборудованием, интегрированным и настроенным для эффективной и надежной эксплуатации.

С помощью поезда, корабля и грузовика Google смогла легко перевозить эти контейнеры по всему миру, а затем собрать их вместе под общей крышей. Эта технология позволила не только упростить строительство серверных ферм, но и повысить их надежность после запуска за счет применения отточенных технологических процессов и стандартизированного оборудования.

В течение двух десятилетий технология активно совершенствовалась. С тех пор аналогичный подход к проектированию и развертыванию центров обработки данных использовали многие другие компании, включая Microsoft, Goldman Sachs и Amazon. Модульные решения для ЦОД представили многочисленные поставщики вроде Dell и HP.

Перед технологией аддитивного производства открываются столь же впечатляющие перспективы в индустрии ЦОД. Но что именно эта технология может привнести в индустрию центров обработки данных? Эксперты полагают, что возможностям нет предела.

Как именно 3D-печать может использоваться субъектами индустрии ЦОД?

Субъекты индустрии ЦОД сталкиваются с множеством задач, решить которые позволяют 3D-принтеры, упрощая балансирование затрат с эффективностью.

• Строительство ЦОД: Стены и прочие конструкционные элементы центра обработки данных вполне можно напечатать с применением 3D-принтера непосредственно на стройплощадки, что минимизирует транспортные и иные расходы. Для упрощения технологического процесса отдельные компоненты здания можно печатать в модульной форме – как гигантские кубики Lego, на все той же стройплощадке, а затем интегрировать в постройку. Как показывают практика и расчеты, транспортировка средств производства в удаленное место может оказаться намного проще, чем доставка деталей, инструментов, материалов и всей сопутствующей инфраструктуры.
• Масштабирование: Потребность в огромных центрах обработки данных будет существовать всегда. Но иногда компании ограничены в плане бюджета или не нуждаются в крупных ЦОД на начальном этапе развития бизнеса. Поэтому вместо возведения гипермасштабного ЦОД мощностью в сотни мегаватт можно начать с одного модуля и затем развивать вычислительную инфраструктуру по мере необходимости. Технология 3D-печати обеспечивает все необходимое для такого масштабирования.
• Охлаждение: Используя традиционных способы охлаждения серверов, очень сложно, если вообще возможно, создать энергоэффективные центры обработки данных. Да, технологии постоянно совершенствуются, но без внедрения передовых методов производства они упираются в потолок. 3D-печать позволяет обойти это ограничение, допуская изготовление теплообменников, радиаторов и других компонентов теплохладотехники с нестандартной конструкцией. Таким образом, ускоряется внедрение инноваций. Эту технологию уже применяют многие вендоры, совершенствуя системы жидкостного охлаждения серверов (см. ниже).
• Прототипирование продуктов под собственные нужды: Операторы и владельцы ЦОД нередко вносят конструкционные усовершенствования в подконтрольные объекты, исходя из опыта эксплуатации. Но чтобы создать прототип даже крошечного кронштейна для светильника, монтируемого в верхней части модуля ЦОД, с применением стандартных технологии, компания может потратить значительные суммы на услуги сторонних подрядчиков и дожидаться результата неделями. Применение 3D-принтера обеспечивает ускорения процесса. С его помощью создать прототип того же кронштейна можно за пару часов при минимальных затратах (не считая цены принтера). Прелесть этой технологии состоит еще и в возможности отказаться от услуг специализированных организаций при проектировании потенциально сложных объектов, ускоряя достижение цели. Команда ЦОД может самостоятельно понять, как улучшить процесс сборки и избежать проблем вроде затрудненного доступа человека при техобслуживании. Данный поход может применяться для полной модернизации ключевых компонентов через создание альтернатив со сложной геометрией для удовлетворения индивидуальных потребностей.
• Запчасти и оптимизация цепочек поставок: На фоне сложностей с закупкой запчастей, обусловленных последствиями пандемии и геополитическими потрясениями, оптимизации цепочек поставок уделяется повышенное внимание. 3D-печать может помочь с этой задачей. Например, благодаря аддитивному производству вместо складирования запасных частей можно изготавливать их по мере необходимости, храня только проект в цифровой форме. Это позволяет достичь значительного снижения транспортных расходов и времени ожидания.

Реальные примеры применения 3D-принтеров для нужд ЦОД

3D-печать помогает инженерам Facebook контролировать проектирование аппаратного обеспечения для нужд гипермасштабных ЦОД компании, при развертывании которых внимание акцентируется на повышении эффективности.

Компания под названием IO также использует 3D-принтер для создания прототипов модулей ЦОД на своем заводе в Чандлере, штат Аризона (США). Инженеры IO создают не полноразмерные прототипы, а объекты размером с два или три iPhone, отражающие базовые конструкционные элементы. Как отмечают инженеры, этот инструмент позволяет относительно легко создавать, тестировать и изменять прототипы, повышая гибкость и скорость производственного процесса.

Прекрасным примером того, как аддитивное производство может помочь индустрии ЦОД, являются герметичные радиаторы для систем жидкостного охлаждения, разработанные поставщиком систем 3D-печати EOS вместе с производителем теплохладотехники CoolestDC. Данный метод охлаждения снижает потребление электроэнергии и углеродный след ЦОД, а также позволяет эксплуатировать процессоры при повышенных температурах. Созданные EOS и CoolestDC решения помогают раскрыть потенциал технологии вследствие использования форм-фактора, достижение которого было бы практически невозможным в случае обычных методов изготовления теплообменников.

Компания EdgeCloudLink (ECL), предлагающая центры обработки данных в качестве услуги, анонсировала проект, в рамках которого ее инженеры будут возводить автономные модульные центры обработки данных, работающие на водороде, которые создаются по частям мощностью 1 МВт с использованием технологии 3D-печати и экологически чистых строительных материалов. Предприятие использует строительный 3D-принтер при реализации пилотного проекта. Площадка находится рядом с головным офисом EdgeCloudLink в Маунтин-Вью, Калифорния (США).

Согласно заявлениям представителей ECL, эта технология позволит легко наращивать мощность центра обработки данных. А строительство модулей ЦОД небольшого размера позволит легко обойти жесткие требования к зонированию и безопасности. Ожидается, что стоимость изготовления и оснащения ЦОД составит от 6 до 8 миллионов долларов за 1 МВт.

Каждый центр обработки данных будет оснащен водородным резервуаром, топливными элементами (будут использоваться в качестве основного источника электропитания) и аккумуляторными батареями (для резервного электропитания). Для большей надежности ЦОД можно при необходимости подключить к местной электросети.

В ECL заявляют, что строительные 3D-принтеры неожиданно хорошо подходят для возведения компактных ЦОД. После завершения строительных работ, которые, как ожидается, будут практически безотходными, компания намеревается передавать принтеры местной администрации. Последняя сможет использовать устройства для строительства социального жилья и других объектов. Сообщается, что для эксплуатации одного из таких 3D-принтеров достаточно всего 3 обученных специалистов.

Огромные перспективы

Технология 3D-печати в промышленных масштабах, известная как аддитивное производство, по мнению экспертов, способна помочь субъектам субъекты индустрии ЦОД в преодолении актуальные сегодня многочисленных ограничений для устойчивого развития и роста без ущерба для безопасности.

Эта технология может определить будущее строительства центров обработки данных, как ранее произошло в случае технологий модульных и контейнерных ЦОД. К счастью, производители специализированных принтеров также не стоят на месте и постоянно развиваются, делая свои продукты более эффективными.

Перспективность подхода прекрасно понимают многих дальновидные предприниматели, создавая новые компании с целью удовлетворения потребностей в 3D-принтерах для ЦОД и расширяя сферу деятельности уже существующего бизнеса с учетом возможности наращивания клиентской базы.