เนื้อหาวันที่ : 2011-10-19 18:34:52 จำนวนผู้เข้าชมแล้ว : 3364 views

Redundancy for Data Centers

เมื่อระบบทำความเย็นหรือระบบไฟฟ้ากำลังของศูนย์คอมพิวเตอร์หยุดชะงักหรือทำงานไม่ได้ จะส่งผลต่อสภาวะแวดล้อมภายใน ของศูนย์คอมพิวเตอร์อย่างรุนแรง

ขวัญชัย กุลสันติธำรงค์

          เมื่อระบบทำความเย็นหรือระบบไฟฟ้ากำลังของศูนย์คอมพิวเตอร์หยุดชะงักหรือทำงานไม่ได้ จะส่งผลต่อสภาวะแวดล้อมภายใน (Indoor Environment) ของศูนย์คอมพิวเตอร์อย่างรุนแรง เนื่องจากความเสียหายที่มีต้นทุนที่สูงมากสามารถป้องกันได้ ความน่าเชื่อถือ (Reliability) และการเผื่อไว้ (Redundancy) เป็นสิ่งจำเป็น การเผื่อระบบทำความเย็นไว้จะช่วยลดความเสี่ยงที่ระบบทำความเย็นจะล้มเหลวและเพิ่มสมรรถนะของระบบโดยการลดเวลาการหยุดทำงานเนื่องจากการบำรุงรักษาและการซ่อมแซม ประโยชน์ของการเผื่อไว้ก็คือทำให้ความน่าเชื่อถือของระบบทำความเย็นเพิ่มขึ้น

          ศูนย์คอมพิวเตอร์จะทำงานอยู่ในช่วงของสภาวะแวดล้อม (Range of Environmental Conditions) ที่ถูกกำหนดโดย ASHRAE โดยทั่วไป Class 1 เป็น Class ที่เหมาะสมกับสภาวะแวดล้อมชนิด Mission–critical Operation และมีพารามิเตอร์ของสภาวะแวดล้อมที่ต้องควบคุมอย่างเข้มงวดมากกว่า Class อื่น ๆ Class 2, 3 และ 4 มีค่าพารามิเตอร์ที่ต้องควบคุมเข้มงวดน้อยกว่า คุณลักษณะของสภาวะแวดล้อมที่อุปกรณ์คอมพิวเตอร์ต้องการหาได้จากผู้ผลิตอุปกรณ์เหล่านี้ คู่มือ Thermal Guidelines for Data Processing Environments ของ ASHRAE ได้แนะนำค่าความชื้นสัมพัทธ์ (Relative Humidity: RH) ที่เหมาะสมระหว่าง 40%-55% 

          สภาวะแวดล้อมที่เกินกว่าค่าที่ ASHRAE กำหนดสามารถสร้างผลกระทบทางลบต่อสมรรถนะและความน่าเชื่อถือของระบบและอุปกรณ์คอมพิวเตอร์ รวมถึงอาจทำให้ระบบคอมพิวเตอร์ล้มเหลวหรือหยุดทำงาน เช่น อุณหภูมิที่เกินกว่าช่วงที่ผู้ผลิตแนะนำสามารถทำให้ชิ้นส่วนคอมพิวเตอร์ที่อ่อนไหวดูดกันหรือผลักกันได้จนส่งให้วงจรไฟฟ้าบนแผง PCB เปิดวงจร หรือเมื่อไรก็ตามที่ความชื้นสัมพัทธ์ต่ำเกินไป ก็จะมีความเสี่ยงที่จะเกิดไฟฟ้าสถิตที่จะทำให้ข้อมูลหรือฮาร์ดแวร์เสียหายได้ ความชื้นสัมพัทธ์ที่สูงเกินไปเป็นสาเหตุทำให้เกิดปัญหาการควบแน่นเป็นหยดน้ำบนผิวหน้าของอุปกรณ์คอมพิวเตอร์

          ระบบทำความเย็นที่มีประสิทธิผลจนสามารถสามารถทำความเย็นตามที่ศูนย์คอมพิวเตอร์ต้องการได้นั้น ASHRAE มีข้อแนะนำในระบบต่าง ๆ ที่เกี่ยวข้องกับระบบทำความเย็นของศูนย์คอมพิวเตอร์ที่น่าสนใจหลายประการ เชิญติดตามรายละเอียดในบทความฉบับนี้ได้เลยครับ

ระบบผลิตน้ำเย็น (Chilled Water System)
          * จัดหาและติดตั้งระบบผลิตน้ำเย็นที่มีการเผื่อ Chiller และเครื่องจักรอื่น ๆ ที่เกี่ยวข้องแบบ N+2 โดยที่ N เป็นจำนวน ของ Chiller และเครื่องจักรอื่น ๆ ที่เกี่ยวข้องที่ทำงานผลิตน้ำเย็นได้ตามที่โหลดต้องการ รูปแบบการเผื่อไว้นี้จะช่วยป้องกันศูนย์คอมพิวเตอร์จากการที่ไม่มีน้ำเย็นมาใช้ในการทำความเย็นถ้า Chiller และเครื่องจักรอื่น ๆ ที่เกี่ยวข้องตัวใดตัวหนึ่งเสียและอีกตัวหนึ่งที่เผื่อไว้เพิ่มเติมอยู่ระหว่างการซ่อมบำรุงหรือเสียหายอย่างปัจจุบันทันด่วน รูปแบบของการเผื่ออุปกรณ์ไว้มีหลายรูปแบบ เช่น 2(N+1), 2N หรือ N+1 สองรูปแบบแรกใช้กับศูนย์คอมพิวเตอร์ที่ต้องการความเชื่อถือได้ที่สูงมาก และรูปแบบสุดท้ายเหมาะสำหรับศูนย์คอมพิวเตอร์ที่เชื่อถือได้ต่ำกว่า

          * รูปแบบการเดินท่อน้ำเย็นมีหลากหลายรูปแบบ การจ่ายน้ำเย็น (Chilled Water Distribution System) ต้องสอดคล้องกับความเชื่อถือได้, ความยืดหยุ่น และ คุณภาพของส่วนต่าง ๆ ที่เหลือของศูนย์คอมพิวเตอร์ รูปที่ 1 นี้เป็นการเดินท่อน้ำเย็นที่มีความเชื่อถือได้สูงและมีความยืดหยุ่นสูงโดยการเดินท่อเผื่อไว้เชื่อมต่อไปที่โหลดและที่เครื่องจักรผลิตน้ำเย็น

รูปแบบการเดินท่อน้ำเย็นตามรูปที่ 1 นี้เป็นระบบปรับสมดุลด้วยตัวเอง (Self Balancing) เนื่องจากทำให้มีแรงดันน้ำเท่ากันตลอดทั้งวงรอบ (Loop) และท่อ Cross Branches นอกจากนี้การเดินท่อแบบนี้มีความยืดหยุ่นสูงสามารถเพิ่มอุปกรณ์ในอนาคตและซ่อมบำรุงโดยไม่ทำให้ระบบจ่ายน้ำเย็นหยุดชะงัก การมีชุดวาล์วควบคุมหลายชุดทำให้สามารถซ่อมบำรุงวาล์วควบคุมได้ด้วย

          * วิศวกรออกแบบสามารถออกแบบระบบจ่ายน้ำเย็นโดยจัดกลุ่มท่อ Cross Branches หลายกลุ่ม โดยแต่ละกลุ่มจ่ายน้ำเย็นให้กับโหลดประเภทเดียวกันหรือทำหน้าที่เหมือนกัน ซึ่งต้องวางแผนอย่างใกล้ชิดกับสถาปนิกและ Facility Manager อาจจะแบ่งตามพื้นที่การใช้งาน เช่นพื้นที่ปฏิบัติการ, พื้นที่ติดตั้งเซอร์เวอร์ หรือ พื้นที่สำหรับเก็บข้อมูล (Storage) ซึ่งพื้นที่เหล่านี้มีภารกิจและความสำคัญที่แตกต่างกันจึงควรจ่ายจากท่อน้ำเย็นคนละเส้นท่อกัน

วิธีนี้จะช่วยให้จ่ายน้ำเย็นที่มีอุณหภูมิที่แตกต่างกันตามต้องการได้ นอกจากนี้ควรเดินท่อน้ำเย็นเฉพาะสำหรับเครื่องส่งลมเย็นที่จ่ายลมเย็นให้กับออฟฟิศ เพราะว่าในกรณีที่ระบบผลิตน้ำเย็นไม่สามารถทำความเย็นได้เพียงพอกับโหลดทั้งหมดได้ ก็นามารถเลือกจ่ายน้ำเย็นให้กับโหลดวิกฤตก่อนและปิดวาล์วน้ำของโซนที่มีความสำคัญน้อยกว่า

รูปที่ 1 Double–ended Loop with Dedicated Cross Branches

UPS ที่จ่ายพลังงานไฟฟ้าให้กับอุปกรณ์ทำความเย็น
          การรักษาอุณหภูมิและระดับความชื้นที่ตั้งไว้ในสถานการณ์ที่การทำความเย็นหยุดชะงักเนื่องจากไฟฟ้าดับหรือขัดข้อง ในกรณีนี้ควรจ่ายพลังงานไฟฟ้าจาก UPS ให้กับพัดลมของเครื่องส่งลมเย็นของห้องคอมพิวเตอร์ (Computer Room Air Handling Unit) และปั๊มน้ำที่จ่ายน้ำเย็นให้กับเครื่องส่งลมเย็นชุดดังกล่าว

อีกวิธีหนึ่งสามารถออกแบบระบบทำความเย็นชนิด Uninterupptible ได้โดยการจ่ายพลังงานไฟฟ้าจาก UPS ให้กับพัดลมของเครื่องส่งลมเย็นและ Secondary Chilled Water Pumps พร้อมด้วย Chilled Water Thermal Storage Tank ถ้าวิศวกรออกแบบเลือกที่จะไม่จ่ายพลังงานไฟฟ้าจาก UPS ให้กับอุปกรณ์ทำความเย็นของห้องคอมพิวเตอร์ จะทำให้ศูนย์คอมพิวเตอร์ตกอยู่ภายใต้ความเสี่ยงสูงที่ระบบทำความเย็นจะทำงานไม่ได้เมื่อไฟฟ้าดับหรือขัดข้อง

ระบบจ่ายลมเย็น
          * การจัดให้มีเครื่องทำความเย็นห้องคอมพิวเตอร์ (Computer Room Air–conditioning: CRAC) เผื่อเอาไว้จะช่วยให้ระบบจ่ายลมเย็นมีความยืดหยุ่นและความเชื่อถือได้ อุปกรณ์ที่เผื่อไว้นี้มีความจำเป็นเพราะช่วยชดเชยในกรณีที่อุปกรณ์บางชุดทำงานไม่ได้และยังช่วยให้การซ่อมบำรุงสามารถทำได้โดยไม่ต้องลดขนาดความเย็นต่ำกว่าระดับปกติ เทคนิคหนึ่งที่แนะนำให้ใช้ก็คือการเผื่อจำนวนเครื่องทำความเย็นห้องคอมพิวเตอร์ต่อตารางเมตร หรือจำนวนเครื่องที่ต้องเผื่อไว้ต่อจำนวนเครื่องที่ต้องใช้งานจริงเพื่อจ่ายโหลด เช่นถ้ามีเครื่องทำความเย็นจำนวนหนึ่งที่สามารถจ่ายโหลดสูงสุด (Peak Demand) อยู่ ในกรณีนี้จำเป็นต้องมีเครื่องทำความเย็นเผื่อไว้

          ถ้าเครื่องทำความเย็นชุดที่เผื่อไว้ไม่ได้ทำงานตลอดเวลา (อยู่ในสภาวะ Standby Mode) จำเป็นต้องให้เครื่องทำความเย็นที่เผื่อไว้นี้ได้ทำงานบ่อย ๆ บ้างเพื่อป้องกันไม่ให้เชื้อราหรือเชื้อจุลินทรีย์สะสมที่แผ่นกรองอากาศ (Filter), ตัวเครื่องที่อยู่ภายใน หรือทางเดินอากาศจากภายนอกเจริญเติบโต

          * การจ่ายลมเย็นแบบ Hot–aisle และ Cold–aisle ช่วยเพิ่มความเชื่อถือได้ให้กับระบบทำความเย็นศูนย์คอมพิวเตอร์ รูปแบบการจัดวางอุปกรณ์คอมพิวเตอร์นี้ดีที่สุดโดยเฉพาะเมื่อต้องวางผังของ “File–server Farm” ซึ่งเป็นศูนย์คอมพิวเตอร์พลังงานสูง (High–power Density Data Center) ตั้งแต่เริ่มต้นของการออกแบบ แต่ปฏิบัติได้ลำบากหากห้องคอมพิวเตอร์มีอุปกรณ์ฮาร์ดแวร์ติดตั้งอยู่จำนวนมากแล้ว

รูปที่ 2 Hot-aisle/Cold–aisle Air–distribution Approach
   
          Cold–aisle เป็นพื้นที่ที่อากาศเย็นไหลขึ้นมาจากพื้นยกผ่านแผ่นพื้นยกที่มีช่องเปิด (Perforated Tile) ส่วน Hot–aisle จะไม่มีช่องเปิด รูปแบบนี้แสดงอยู่ในรูปที่ 2 รูปแบบ Cold–aisle/Hot–aisle ช่วยแยกลมเย็นจากลมร้อน และลดการผสมของลมทั้งสองนี้ภายในอุปกรณ์คอมพิวเตอร์/ไอที ถ้าไม่แยก Cold–aisle/Hot–aisle ออกจากกัน ลมกลับเข้าเครื่องทำความเย็นห้องคอมพิวเตอร์ (Computer Room Air–conditioning Unit: CRAC) จะมีอุณหภูมิต่ำลง

ขณะที่ลมจ่าย (Supply Air) เข้าอุปกรณ์คอมพิวเตอร์/ไอที จะมีอุณหภูมิสูงขึ้น สิ่งเหล่านี้จะทำให้อุปกรณ์หรือชิ้นส่วนที่อยู่ภายในอุปกรณ์คอมพิวเตอร์/ไอที ถ้าปัญหานี้ไม่ได้รับการแก้ไขสภาวะแวดล้อมนี้จะยิ่งทำให้อุปกรณ์คอมพิวเตอร์/ไอทีล้มเหลวและระบบทั้งระบบหยุดทำงาน ในที่สุดทำให้สมรรถนะและความเชื่อถือได้ของศูนย์คอมพิวเตอร์ลดลง

          * การใช้ตู้อุปกรณ์คอมพิวเตอร์/ไอทีที่มีพัดลมทำหน้าที่ระบายลมร้อน (Fan–powered Cabinet) ของศูนย์คอมพิวเตอร์พลังงานสูงจะเพิ่มความสามารถในการทำความเย็น (Cooling Capacity) และเพิ่มปริมาณลม (Airflow) รูปที่ 3 แสดงให้เห็นลมร้อนที่เกิดขึ้นจะถูกรวบรวมและเป่าออกทางด้านบนของตู้ และถูกดูดกลับผ่านท่อลมกลับ (Return Air Duct) ไปยังเครื่อง CRAC วิธีนี้จะช่วยแก้ไขปัญหาลมหมุนเวียน (Recirculation) บริเวณตู้อุปกรณ์คอมพิวเตอร์/ไอที เพิ่มประสิทธิภาพของเครื่อง CRAC ให้สูงขึ้นและความสามารถของการทำความเย็น (Cooling Capacity) มากขึ้น

รูปที่ 3 Fan–power Rack Cabinet

สรุป
          ระบบทำความเย็นที่มีการเผื่อไว้ (Redundancy Cooling System) จะช่วยให้ระบบทำความเย็นมีความเชื่อถือได้สูง, สามารถซ่อมบำรุง, มีความยืดหยุ่นสูง และสมรรถนะของระบบโดยรวมดีขึ้น มีรูปแบบการเผื่อไว้ (Redundancy Configuration) หลายรูปแบบซึ่งแต่ละวิธีต้องมีการประเมินถึงผลการตอบสนองเมื่อระบบล้มเหลว

          การแยกลมเย็นและลมร้อนที่เกิดจากอุปกรณ์ไอทีออกจากกันทั้งที่ตัวห้องหรือที่ตู้อุปกรณ์คอมพิวเตอร์/ไอทีเองก็ตาม มีส่วนช่วยให้ความสามารถในการทำความเย็นดีขึ้นและเพิ่มสมรรถนะและความเชื่อถือได้ของระบบให้สูงขึ้นตามไปด้วย ในกรณีนี้สามารถทำได้ตามรูปแบบ Cold–aisle/Hot–aisle และใช้ตู้ Fan–powered Cabinet

เอกสารอ้างอิง
          1. Redundancy for Data Centers–ASHRAE Journal February 2009
          2. www.ashrae.org  

สงวนลิขสิทธิ์ ตามพระราชบัญญัติลิขสิทธิ์ พ.ศ. 2539 www.thailandindustry.com
Copyright (C) 2009 www.thailandindustry.com All rights reserved.

ขอสงวนสิทธิ์ ข้อมูล เนื้อหา บทความ และรูปภาพ (ในส่วนที่ทำขึ้นเอง) ทั้งหมดที่ปรากฎอยู่ในเว็บไซต์ www.thailandindustry.com ห้ามมิให้บุคคลใด คัดลอก หรือ ทำสำเนา หรือ ดัดแปลง ข้อความหรือบทความใดๆ ของเว็บไซต์ หากผู้ใดละเมิด ไม่ว่าการลอกเลียน หรือนำส่วนหนึ่งส่วนใดของบทความนี้ไปใช้ ดัดแปลง โดยไม่ได้รับอนุญาตเป็นลายลักษณ์อักษร จะถูกดำเนินคดี ตามที่กฏหมายบัญญัติไว้สูงสุด