Почему дата-центры шумят, и как сделать их тише?

Дата-центры часто подвергаются критике со стороны природоохранных организаций. Экологи обвиняют ЦОД в том, что их эксплуатация якобы способствует загрязнению окружающей среды, поскольку дата-центры полагаются на «грязные» источники энергии: угольные электростанции. И во многих случаях такая критика вполне оправдана и справедлива. Но не только использование ископаемого топлива может сделать дата-центры загрязнителями. Эксплуатация ЦОД также способна вызывать шумовое загрязнение.

Операторам, владельцам и проектировщикам ЦОД, желающим свести к минимуму загрязнение среды со стороны дата-центра во всех отношениях, следует рассмотреть, помимо прочего, и стратегии по снижению шума. Реализация одной из них или сразу нескольких таких стратегий сделает дата-центр лучшим соседом для всех, кто находится в пределах слышимости. В этой статье объясняется, как снизить уровень шума ЦОД, и почему это важно.

Что делает дата-центры чересчур громкими соседями?

Причина проста и очевидна: оборудование внутри корпоративных и коммерческих дата-центров создает много шума во время эксплуатации. Перечень соответствующего оборудования включает, в частности, IT-системы (серверы, сетевое оборудование, системы хранения данных). Хотя отдельные серверы обычно не очень громкие, сотни серверных систем, работающих внутри сравнительно небольшого пространства, могут создавать уровень шума до 96 дБ(А).

Вспомогательное оборудование, от которого зависят дата-центры, добавляет шума. Например, системы вентиляции и кондиционирования, охлаждающие серверы, или генераторы, служащие резервными источниками электропитания. Эти вспомогательные системы могут быть особенно шумными, по мнению обитателей прилегающих зданий, поскольку они часто размещаются за пределами здания дата-центра. Яркий пример – дизельные электрогенераторы. Они, как правило, находятся вне ЦОД и эксплуатируются нечасто, но после включения способны доставить массу неудобств соседями из близлежащих жилых зданий.

Не меньше проблем доставляет крышное вентиляционное оборудование и элементы системы кондиционирования воздуха, размещаемые за пределами здания ЦОД. Из-за высокой потребности в мощных системах кондиционированного воздуха для охлаждения критически важного IT-оборудования внутри машзалов, типичному дата-центру требуются мощная электромеханическая теплохладотехника, которая обычно располагаются на уровне крыши.

Дата-центры уже давно считаются «шумными соседями». Но в последнее время они становятся еще более шумными, поскольку предприятия находят способы размещать в машзалах ЦОД свое IT-оборудование с все более высокой плотностью мощности, а также расширяют инфраструктуру электропитания и охлаждения, необходимую для поддержки этого IT-оборудования.

Почему снижение шума, генерируемого ЦОД, следует сделать корпоративным приоритетом?

С точки зрения эксплуатационной надежности инфраструктуры и эффективности решения поставленных бизнес-задач, количество шума, создаваемого корпоративным или коммерческим дата-центром, не имеет большого значения. Серверам все равно, насколько громко работают вентиляторы и генераторы, которые их обслуживают и позволяют операторам ЦОД достигать целевого уровня аптайма.

Минимизация шумового загрязнения выходит на первый план, когда эксплуатирующая его компания стремится улучшить собственный имидж в глазах широкой общественности, а также добиться реализации стратегии корпоративной социальной ответственности.

Люди, которые работают в дата-центрах, а также те, кто живет или трудится в окрестностях ЦОД, страдают от шума, генерируемого IT-оборудованием серверной фермы и ее вспомогательной инфраструктурой.

Если оборудование генерирует шумовое загрязнение на указанном выше уровне 96 дБ (А), стоит бить тревогу. Этого уровня достаточно, чтобы вызвать потерю слуха у людей, которые подвергаются воздействию шума в течение длительного периода. Это, несомненно, плохая новость для IT-специалистов, которые работают в дата-центрах на постоянной основе. Людям, живущим рядом с дата-центрами, также вряд ли по нраву целыми днями слушать гул компрессоров теплохладотехники или генераторов.

Следовательно, любой компании, располагающей собственной инфраструктурой ЦОД и желающей быть хорошим работодателем, а также хорошим соседом, следует искать способы снижения уровня шума в дата-центре.

Как сделать дата-центр тише?

Есть много способов достижения этой цели. Некоторые методы снижения шума, генерируемого дата-центрами, включая как широкополосный, так и низкочастотный шум (жужжание и гул), достаточно банальны, другие – гораздо менее очевидны. Начнем с очевидного.

• Звукоизоляционные материалы внутри ЦОД: Чтобы эффективно снизить уровень шума, создаваемого оборудованием внутри дата-центра, стоит использовать базовые подходы к звукоизоляции. Например, размещение на внутренних поверхностях машзала, вмещающего располагаются серверные стойки, звукоизолирующих и вибродемпфирующих материалов в форме матов, плит или покрытий.
• Звукоизоляция по периметру дата-центра: В зависимости от типа оборудования, требующего шумоизоляции, могут применяться акустические решетки, кожухи и контейнеры. Учитывая широкий спектр доступных материалов и конструкций с различными уровнями эффективности, наиболее важным фактором, который следует учитывать, является возможность максимально длительной эксплуатации звукоизолирующих решений. Металлические/композитные барьеры, как правило, являются наиболее износостойкими. Поскольку эти материалы менее склонны к деформации/растрескиванию со временем, их акустическая целостность сохраняется в течение всего срока службы конструкции. В случае ЦОД в ход, как правило, идут 2 инструмента. Это акустические барьеры, которые активно используются на автомагистралях и рядом с промышленными площадками, и акустические жалюзи. Рассмотрим оба варианта:
  • Барьеры: Обеспечивают умеренное затухание шума, но также создают значительное противодавление, которое может повлиять на общую эффективность системы охлаждения ЦОД. Такие решения часто устанавливается по краям крыши, где необходимо учитывать прочность конструкции и уровень ветровой нагрузки. Акустические барьеры рекомендуется располагать как можно ближе к источнику шума, чтобы обеспечить хорошее затухание. Однако, поскольку эти конструкции блокируют воздушные потоки, они, как правило, располагаются как можно дальше от воздухозаборников, чтобы поддерживать эффективность охлаждения.
  • Жалюзи: В качестве альтернативы применяются акустические жалюзи. Они обычно используются для минимизации уровня шума при сохранении достаточно интенсивного притока воздуха к оборудованию. Экранирование шума с помощью барьеров и жалюзи, как правило, малоэффективно, если дата-центр расположен среди других высотных зданий.
• Личные средства защиты от шума: Компания может предоставить персоналу дата-центра наушники или другое простое оборудование, чтобы уменьшить негативное воздействие шумового загрязнения, которому подвергаются специалисты.
• Автоматизация: Использование роботизированных манипуляторов и мобильных роботов, а также искусственного интеллекта в будущем позволит создать ЦОД без людей. Это, в свою очередь, позволит искоренить проблему негативного воздействия шумового загрязнения на здоровье операторов дата-центров.
• Иммерсионное / жидкостное охлаждение вместо вентиляторов и прочей теплохладотехники с обилием быстродвижущихся частей: Жидкостное / иммерсионное охлаждение — передовой метод удаления тепла от критически важного IT-оборудования внутри дата-центра, популярность которого быстро растет. Поскольку такой подход устраняет необходимость в использовании большого количества вентиляторов для охлаждения серверов и другого оборудования традиционным способом, можно добиться существенного снижения уровня шума в дата-центре. Кроме того, эта технология гораздо более энергоэффективна. Как следствие, жидкостное / иммерсионное охлаждение – превосходный выбор для предприятий, заинтересованных в снижении уровня шума и повышении устойчивости, а также сокращении счетов за электроэнергию.
• Оптимизация воздушных потоков в машзалах: В тех случаях, когда нельзя обойтись без вентиляторов внутри дата-центра, оптимизация воздушных потоков может существенно снизить уровень шума. Чем меньше препятствий на пути у воздуха, проходящего через серверы и другое критически важное IT-оборудование – как внутри серверной стойки, так и на уровне машзала, тем ниже будет нагрузка на вентиляторы, и тем меньше шума они будут производить.
• Топливные элементы вместо дизель-генераторов: Эксплуатация и техническое обслуживание обычных дизельных электрогенераторов, которые требуются ЦОД на случай перебоев в работе центральной электросети, — достаточно шумные процедуры. ДГУ также вредны для экологии, поскольку при их эксплуатации и даже в ходе тестов происходит сжигание ископаемого углеводородного топлива (или в лучшем случае смеси биотоплива и обычной солярки). Есть гораздо более тихая и экологичная альтернатива – водородные топливные элементы. При их эксплуатации единственным побочным продуктом выступает вода, а уровень шума находится на минимуме вследствие отсутствия большого количества движущихся частей.
• Размещение ЦОД в малонаселенных регионах, под водой, на барже или в космосе (в долгосрочной перспективе): Операторам, владельцам и проектировщикам ЦОД, готовым к действительно нестандартному мышлению и использованию нетривиальных подходов к снижению уровня шума в дата-центре, стоит рассмотреть возможность развертывания вычислительных мощностей в малонаселенных регионах. Этот подход уже используют Apple, Google и Facebook, размещая свои гипермасштабные серверные фермы в сельской местности, пустынных регионах или в заполярье. Еще более радикальный подход к решению проблемы шумового загрязнения – подводные и плавучие дата-центры. На данный момент концепция подводного дата-центры не получила широкого применения, хотя Microsoft успешно опробовала эту технологию. С другой стороны, плавучие ЦОД на баржах активно строятся в разных уголках планеты: от американской Калифорнии до Сингапура. И напоследок технология из области фантастики. По крайней мере, пока. Речь о размещении ЦОД на околоземной орбите или Луне. Этот подход почти наверняка будет лучшим способом сделать дата-центр как можно более тихим. Он также упростит решение проблемы охлаждения. Но одновременно придется уделить повышенное внимание экранированию космического излучения.

Не все операторы и владельцы ЦОД заинтересованы в снижении шумового загрязнения

Почему, несмотря на обилие технологий и подходов, позволяющих сделать дата-центры тише, число жалоб на шумные ЦОД лишь растет? Ответ, как отметают эксперты по шумоподавлению, заключается в сочетании двух факторов. Во-первых, это слабое регулирование и контроль со стороны муниципалитетов и других органов власти. Второй фактор — дороговизна шумоподавления.

21 век уже давно наступил. Сейчас хватает технологий, позволяющих значительно снизить уровень шумового загрязнения со стороны ЦОД. Актуальные варианты перечислены выше. Все гораздо проще, чем условное ракетостроение. Чего не хватает, так это политической воли.

По мнению экспертов, людям, заинтересованным в соответствующей модернизации расположенных поблизости ЦОД, следует объединять усилия и привлекать СМИ, чтобы оказывать давление на местные органы власти с целью обеспечения соблюдения уже существующих актуальных и строгих стандартов или ужесточения регулирующих норм.

Например, в ряде штатов США законы устанавливают максимально допустимое шумовое давление в жилых районах на уровне 60 децибел днем и 55 децибел ночью. В коммерческих зонах допустимы шумы на уровне до 65 децибел днем и 60 децибел ночью. Промышленные зоны могут издавать шум до 79 и 72 децибел, соответственно. Но эти нормы не были написаны с расчетом на круглосуточную работу центров обработки данных. В текущих стандартах речь идет скорее о пределах, которые можно достигать лишь издержка, а не удерживать постоянно, как это делают центры обработки данных.

Шкала децибел является логарифмической, а не линейной. Это означает, что 60 децибел в два раза громче, чем 50. Когда вы пытаетесь спать в своей спальне, уровень звука должен быть близок к тишине, примерно 30 децибел. В 60 децибел, генерируемые ЦОД в 3 часа ночи, — это эквивалент двух человек, сидящих у изножья вашей кровати и довольно оживленно беседующих.

Учитывая вышесказанное, многие соседи шумных ЦОД уже начали бороться за свои права. В Чикаго владельцы кондоминиумов рядом с переоборудованным под серверную ферму зданием, на крыше которого новый владелец установил десятки больших руфтопов, инициировали экспертизу. В итоге компания потратила 1 миллион долларов на строительство акустического барьера высотой 5 метров, и жалобы утихли.

В городе Ниагара-Фолс была проблема с шумом от двух центров обработки данных компаний Blockfusion и US Bitcoin, в которых осуществляется майнинг биткойнов. В ответ на жалобы населения городской совет ввел более строгие ограничения по шуму. В итоге двум дата-центрам было приказано закрыться до тех пор, пока их инфраструктура не будет соответствовать новым требованиям. Blockfusion сократила количество работающих вентиляторов, а US Bitcoin разрабатывает планы по увеличению акустического барьера.

Заключение

Когда люди покупают квартиры или коттеджи на пути к аэропорту или недалеко от вокзала, их жалобы на шум могут остаться без внимания. Такие покупатели, как правило, знают, на что идут. О шумовом загрязнении со стороны ЦОД многие обыватели осведомлены гораздо меньше. И их раздражение от осознания перспективы многолетнего соседства с мощным источником шума в лице серверной фермы можно понять.

Дата-центры действительно шумят громче, чем многие думают, и шумовое загрязнение является реальной проблемой для людей как внутри, так и за пределами помещений ЦОД. Инвестиции в стратегии снижения шумового загрязнения сделают дата-центр лучшим соседом для всех, кто находится в пределах слышимости.

Существуют многочисленные и достаточно эффективные подходы к снижению уровня шума в дата-центре. Иммерсионное охлаждение, вероятно, является одним из лучших и наиболее практичных методов, доступных в настоящее время. Если этот вариант требует слишком больших вложений, стоит задуматься о более простых мерах, включая оптимизацию воздушных потоков внутри машзалов, использование звукоизоляционных стройматериалов и предоставление личных средств защиты от шума операторам ЦОД.

Если целенаправленной изоляции отдельных шумящих элементов недостаточно или это нецелесообразно с финансовой точки зрения, то размещение акустических барьеров вокруг отдельных частей (а иногда и всего) ЦОД может стать отличным выходом.