การออกแบบความร้อนและพลังงานของตู้เซิร์ฟเวอร์ในศูนย์ข้อมูล: คู่มือปฏิบัติการสำหรับผู้ซื้อตู้ปิด

ข้อกำหนดส่วนใหญ่ของตู้ปิดล้มเหลวที่จุดเดียวกัน: พวกมันอธิบายถึงตู้ปิดแต่ไม่เคยวัดค่าความร้อนได้ ผู้ซื้อเลือกตู้ 42U ตู้มาถึง แต่ไซต์พบว่าโหลด IT ขนาด 12kW ไม่สามารถระบายความร้อนจากหน้าไปหลังได้ที่ความหนาแน่นที่ติดตั้งอยู่ คู่มี่นี้ครอบคลุมถึงตัวเลขสี่ตัวที่จะกำหนดว่าตู้เซิร์ฟเวอร์ในศูนย์ข้อมูลจะทำงานได้จริงหรือไม่

เริ่มจากโหลดความร้อน ไม่ใช่ตู้ปิด

ทุกการตัดสินใจในภายหลังมาจากกิโลวัตต์ต่อตู้ (kW per rack) มีสามระดับความหนาแน่นที่ครอบคลุมในการจัดซื้อปัจจุบัน:

• 3–5kW ต่อตู้ — ความหนาแน่นแบบแพร่หลายขององค์กรการค้า การไหลของอากาศจากหน้าไปหลังพร้อมประตูหน้าและหลังที่มีรูเปิดพองออกเพียงพอ พื้นที่เปิดของรูพองควรอย่างน้อย 63% เพื่อป้องกันไม่ให้กลายเป็นจุดที่ขัดขวางการไหลของอากาศ
• 8–15kW ต่อตู้ — เป็นมาตรฐานสำหรับการปรับใช้ใหม่ การไหลของอากาศกลายเป็นข้อจำกัดแทนที่จะเป็นแผ่นแลกเปลี่ยนความร้อน ประตูหลังจำเป็นต้องมีพื้นที่เปิดสูงหรือต้องถูกแทนที่ด้วยแผ่นแลกเปลี่ยนความร้อนที่มีการทำงานที่ด้านหลัง
• 25–50kW ต่อตู้ — คลัสเตอร์ GPU และ HPC การระบายความร้อนด้วยอากาศเพียงอย่างเดียวไม่สามารถทำได้อย่างเหมาะสมที่ความหนาแน่นนี้ การออกแบบจะสันนิษฐานว่าใช้การระบายความร้อนด้วยของเหลวโดยตรงไปยังชิปหรือการจมน้ำ และตู้ปิดจะกลายเป็นอินเตอร์เฟซทางกลแทนที่จะเป็นโซลูชันด้านความร้อน

กฎปฏิบัติ: ความต้องการการไหลของอากาศอยู่ที่ประมาณ 160–180 ฟุต³/นาที ต่อกิโลวัตต์ ดังนั้นตู้ 10kW จึงต้องการอากาศที่ถูกควบคุมอุณหภูมิประมาณ 1700 ฟุต³/นาที ถูกส่งไปที่ด้านหน้าของมัน หากหน่วย CRAC หรือ CRAH ของคุณไม่สามารถส่งออกไปยังแถวได้ การออกแบบตู้ปิดจะไม่สามารถชดเชยได้

การกำหนดขนาดตู้ปิด: พื้นที่ U และงบความลึก

ความลึกเป็นพารามิเตอร์ที่มักถูกประเมินต่ำเกินไปมากที่สุด ตู้ความลึก 1200 มม. เป็นขั้นต่ำที่เหมาะสมสำหรับเซิร์ฟเวอร์สมัยใหม่ เพราะต้องรองรับความลึกของรางเซิร์�วเวอร์ (โดยทั่วไป 700–900 มม.) รัศมีโค้งของสายไฟด้านหลัง และอุปกรณ์ระบายอากาศด้านหลังใดๆ การระบุตู้ความลึก 1000 มม. เพื่อประหยัดพื้นที่บนพื้นมักจะกลับเป็นอันตราย: สายไฟจะถูกกดอยู่กับประตูหลัง ทำให้เพิ่มทั้งการขัดขวางการไหลของอากาศและความเสี่ยงด้านความร้อน

พื้นที่ U ควรคำนวณไว้ล่วงหน้า ไม่ใช่ประเมิน สงวน 2U–3U ด้านบนสำหรับแพนเนลแพตช์ และ 4U–6U ของพื้นที่แนวตั้งสำหรับ PDU หรือบัสบาร์ ตู้ที่ออกแบบมาเป็น 47U ไม่ได้ให้พื้นที่เซิร์ฟเวอร์ที่ใช้ได้ 47U

ความกว้างก็สำคัญเช่นกัน และมักถูกเลือกเพื่อเหตุผลที่ผิด ตู้ความกว้าง 600 มม. เป็นมาตรฐานสำหรับอุปกรณ์ 19 นิ้ว แต่ความกว้าง 800 มม. กำลังถูกกำหนดมากขึ้นเพราะสามารถเว้นช่องจัดการสายไฟแนวตั้งได้ทั้งสองด้านโดยไม่ทำให้สูญเสียพื้นที่ U ข้อแลกเปลี่ยนคือพื้นที่บนพื้นและจำนวนตู้ที่สามารถวางได้ในแต่ละแถวในกรณีที่มีการจัดวางแน่น

ค่ารับน้ำหนักสถิตควรระบุไว้ชัดเจนใน RFQ และต้องระบุว่าค่านั้นใช้สำหรับตู้เดี่ยวหรือแถวที่เชื่อมต่อกัน การเชื่อมต่อแถวจะถ่ายโอนน้ำหนักระหว่างตู้ที่อยู่ติดกันผ่านฮาร์ดแวร์การเชื่อมต่อ ดังนั้นค่าที่ระบุต่อตูออกมาอาจต่ำกว่าน้ำหนักที่แถวยาวๆ ต้องรับได้จริงๆ

การจ่ายไฟ: PDU กับบัสบาร์

PDU สำหรับแร็กที่มีมิเตอร์ยังคงเป็นตัวเลือกเริ่มต้นสำหรับตู้ที่มีกำลังไฟประมาณ 15kW มันง่าย เข้าใจง่าย และการวัดตามแต่ละพอร์ตต่อออกกำลังไฟเป็นมาตรฐานในปัจจุบัน เกินขีดเริ่มต้นนี้ บัสบาร์แนวติดหรือแนวข้างจะกลายเป็นตัวเลือกทนทานเพราะมันกำจัดกองสายไฟที่มิฉะนั้นจะใช้พื้นที่การไหลของอากาศด้านหลัง

มีข้อบกพร่องในการออกแบบสองประการที่ควรเน้นย้ำ ประการแรก การมีสำรอง 2N ต้องใช้ PDU อิสระสองตัว, ซึ่งใช้พื้นที่ติดตั้งแนวตั้งประมาณสองเท่า และเพิ่มจำนวนสายไฟที่ออกจากตู้เครื่องทั้งหมดเป็นสองเท่า ที่สอง แรงดันไฟฟ้าของ PDU ที่มีค่าพิกัด 32A สามเฟส ไม่ได้จ่ายไฟฟ้า 32A ต่อแต่ละสายแยก; การป้องกันต่อแต่ละสายและข้อจำกัดของวงจรจะจำกัดกลุ่ม C13/C19 ให้อยู่ต่ำกว่าค่านั้นมาก ควรสอบถามค่าที่ลดลงต่อแต่ละสาย ไม่ใช่ค่าแรงดันไฟฟ้าเข้า

การจัดวางการเข้าของไฟฟ้าควรได้รับการพิจารณาในระยะ RFQ เพราะส่งผลโดยตรงต่อแผ่นโลหะ การเข้าจากด้านบนต้องใช้แผ่นกั้นสายหรือแปรงกันฉนวนที่สามารถถอดได้บนหลังคา การเข้าจากด้านล่างต้องใช้แผ่นกั้นสายหรือแปรงกันฉนวนที่สามารถถอดได้ที่ฐาน ทั้งสองต้องมีขนาดพอดีกับกลุ่มสายไฟจริง รวมถึงรัศมีการโค้งงอ และทั้งสองต้องสามารถถอดได้หลังจากตู้เครื่องถูกต่อเข้าเป็นแถว มิฉะนั้น การเพิ่มหรือเปลี่ยนแปลงจะเป็นไปไม่ได้โดยกายภาพโดยไม่ต้องถอดสายไฟของแถวนั้น

การเฝ้าสังเกตไม่ใช่ตัวเลือกที่ไม่จำเป็นอีกต่อไป การวัดแต่ละสายออกพร้อมรายงานผ่าน SNMP หรือ Modbus นั้นเป็นสิ่งที่ทำให้การรายงาน PUE และการวางแผนความจุเป็นไปได้ และเป็นสิ่งที่แตกต่างระหว่างการรู้ว่าแร็คกำลังจะถึงขีดจำกัดกับการค้นพบในระหว่างการหยุดทำงาน

การควบคุมและเส้นทางการไหลของอากาศ

การควบคุมคือสิ่งที่ทำให้ตัวเลขการไหลของอากาศเป็นไปได้ ถ้าไม่มี อากาศเย็นและอากาศร้อนจะผสมกันในห้อง และอุณหภูมิการจ่ายที่จริงในหน้าแร็คจะสูงขึ้น 5–10°C ซึ่งอาจทำให้การทำงานอยู่นอกช่วงที่แนะนำโดย ASHRAE

• การควบคุมช่องทางเย็น — ง่ายต่อการปรับใช้ใหม่และเป็นทางเลือกที่พบบ่อย ต้องมีประตูที่ปลายของช่องทางและแผ่นหลังคาคลุมเหนือช่องทาง
• การควบคุมช่องทางร้อน — เหมาะสำหรับความหนาแน่นสูงและสถานที่ที่มีความสามารถในการระบายความร้อนจำกัด เพราะอากาศที่กลับสู่ต้นทางถูกเก็บรวบรวมที่อุณหภูมิที่สูงขึ้น ซึ่งช่วยเพิ่มประสิทธิภาพของ chiller
• แผ่นปิดว่าง — การปรับปรุงความร้อนที่ถูกที่สุดที่มีอยู่ ทุกช่อง U ที่เปิดโดยไม่มีแผ่นปิดว่างจะทำให้อากาศร้อนวนกลับเข้าสู่ช่องทางเย็นโดยตรง
• พื้นที่ยกสูงหรือการจัดส่งจากเหนือศีรษะ — การเลือกนี้จะกำหนดว่ากระเบื้องรูหรือท่อเหนือศีรษะจะกำหนดรูปแบบการไหลของอากาศ และจะต้องตัดสินใจก่อนที่ความลึกของตู้เครื่องและประเภทของประตูจะถูกกำหนด

การแจ้งข้อมูลให้ผู้ผลิต: สิ่งที่ควรระบุ

โหมดการล้มเหลวที่เกิดซ้ำในการจัดซื้อตู้คอมพิวเตอร์คือ ข้อกำหนดที่อธิบายขนาดและพื้นผิวการลงสี แต่ละเว้นรายการเกี่ยวกับโหลด การทำงานแบบ redundant และการตรวจสอบ สามรายการนี้เป็นตัวกำหนดต้นทุนรวมมากกว่าโครงสร้างแผ่นโลหะเอง

บันทึกเกี่ยวกับวัสดุและการก่อสร้าง

• ความหนาของเหล็ก — โครงสร้างเป็นตัวรับน้ำหนักแบบ static โครงสร้าง 2.0mm พร้อมฐานที่มีการเชื่อมโยงแบบ triangulated ปกติจะเพียงพอสำหรับโหลดแบบ static 1000kg; แผงด้านข้างแบบตกแต่งที่มีความหนาน้อยก็ยอมรับได้ แต่ไม่ควรเป็นตัวรับน้ำหนัก
• อัตราการรับน้ำหนักแบบ static — ระบุโดยชัดเจน รวมถึงว่าตัวเลขนี้ใช้ได้กับแค่ single rack หรือ bayed row เนื่องจากการเชื่อมต่อแบบ baying จะถ่ายโอนน้ำหนักระหว่างตู้
• การ Grounding — ตู้ควรถูกเชื่อมต่อกับ busbar สำหรับ grounding ของ rack ด้วย stud ที่เฉพาะส่วน ไม่ใช่ผ่านสีทา ระบุจุด grounding ที่ถูก mask หรือ stud ที่เชื่อมโยงด้วยการเชื่อมเพื่อให้แน่ใจว่า continuity ไม่ขึ้นอยู่กับการสัมผัสของ fastener
• การลงสี — การลงสีแบบ powder coating ที่ความหนา 60–100μm เป็นมาตรฐาน ระบุให้ชัดเจนว่า threaded inserts, grounding studs และ any mating surfaces จะถูก mask ก่อนการลงสี มิฉะนั้น continuity และ thread fit จะได้รับผลกระทบ
• ระดับการป้องกัน IP — ตู้สำหรับพื้นที่ขาว (white-space) มักจะเป็น IP20 เนื่องจากการปิดตู้ที่มีการไหลของอากาศสูงจะเป็นการเพิ่มความยากให้กับตัวเอง IP54 หรือสูงกว่าเหมาะสำหรับพื้นที่ขอบเขต (edge sites) และตู้สำหรับภายนอก แต่คาดว่าการไหลของอากาศแบบ passive จะลดลงอย่างมีนัยสำคัญและต้องใช้กลยุทธ์การระบายความร้อนที่แตกต่างกัน

การตรวจสอบก่อนการส่งมอบ

• บันทึกอุณหภูมีที่จุดเข้า (inlet) ที่ด้านบน กลาง และล่างของ rack ที่โหลดเต็ม ไม่ใช่แค่ที่เซ็นเซอร์เดียว
• ตรวจสอบการอ่านค่าแต่ละเพลากำลังไฟ (per-outlet power readings) กับโหลดที่ระบบบน nameplate ของอุปกรณ์ที่ติดตั้ง และยืนยันว่าการอ่านค่าปรากฏอย่างถูกต้องบนแพลตฟอร์มการตรวจสอบ
• ตรวจสอบ continuity ของการ grounding จากจุดเริ่มต้นถึงจุดสิ้นสุด จากโครงสร้างตู้ไปยัง earth bar ของไซต์
• ยืนยันว่าช่องว่างในการกักกัน (containment gaps) ที่จุดเข้าของสายไฟถูกปิดผิดปกติ เนื่องจากการแทรกสายไฟเป็นเส้นที่รั่วได้ง่ายที่สุดในระบบการกักกัน

ที่ผู้ผลิตเพิ่มมูลค่า

ที่ Xingyuan Electric (Suzhou) Co., Ltd. เราผลิตโครงสร้างแผ่นโลหะและแอสเซมบลีไฟฟ์ที่โรงงานในตำบลลีหลี เขตอูเจียง นครซูโจว ทีมงาน 30+ คนทำงานในพื้นที่การผลิตขนาด 3000 m² ด้วยเครื่องจักร laser cutting, CNC bending และ welding มากกว่า 20 เครื่อง ส่งมอบงานมาตรฐานใน 7–15 วัน พร้อมการผลิตแบบ custom จาก drawing หรือ sample

สำหรับตู้ data center นั่นหมายความว่าเราสามารถนำข้อกำหนดด้าน thermal, power และ containment ของคุณมาแปลงเป็นตู้คอมพิวเตอร์ที่สามารถสร้างได้: รายละเอียดการเชื่อมต่อแบบ baying, แผ่นเข้าสายไฟ, grounding studs, พื้นที่การไหลของอากาศที่ประตูหลัง และการลงสีแบบ masked ทั้งหมดนี้จะได้รับการแก้ไขก่อนที่แผ่นโลหะแผ่นแรกจะถูกตัด ส่ง drawing หรือ specification มาให้เรา เราจะคืน quotation พร้อม feedback ระดับการผลิต