Andmekeskuse serveri riiuli mõõtmed ja konstruktsioon: ülevaade U-ruumist, soojusjuhtimisest, koormus-kandevõimest ja toitejaotuse valikust

Seoses selliste tehnoloogiate nagu pilvandmetöötlus, suurandmed, tehisintellekt ja servandmetöötluse pidev arendamine, on andmekeskuste infrastruktuur -sealhulgas serverid, lülitid, salvestusseadmed ja toiteseadmed- üha enam liikumas suure tihedusega, modulaarsuse ja rack{2}}põhiste konfiguratsioonide poole. Kuna tegemist on kriitilise infrastruktuuriga, mis mahutab IT-seadmeid, korraldab kaabeldust, haldab elektrijaotust ja hõlbustab soojuse hajumist, ei ole serverikappide projekteerimine enam pelgalt "seadmete ladustamise" küsimus. Selle asemel mõjutab see otseselt ruumikasutust, soojuslikku efektiivsust, toitekindlust ning pikaajalist{5}}töö- ja hoolduse (O&M) tõhusust.

 

Andmekeskuse ehitamisel on kapi valikul vaja põhjalikult hinnata selliseid tegureid nagu seadmete mõõtmed, rack-ühikute (U) arv, kapi laius ja sügavus, seadme kaal, võimsustihedus ja kaablite marsruut. Inseneride ja hankespetsialistide jaoks on kapi standardmõõtmete ja konstruktsiooniparameetrite mõistmine serveriruumi tõhusa planeerimise ja seadmete konfigureerimise jaoks ülioluline.

 

 

 

Serverikappides tavaliselt leiduv U tähistab ühikut ja on riiuli kõrguse standardmõõt. Riiuli-paigaldatavad seadmed on tavaliselt konstrueeritud U-kõrguse tõusu alusel, tagades, et erinevate tootjate servereid, lüliteid, salvestusseadmeid ja muud racki-kinnitusriistvara saab paigaldada ühtsesse kappisüsteemi.

 

1U standardkõrgus on 44,45 mm (4,445 cm). Järelikult on 2U seadme kõrgus ligikaudu 88,9 mm ja 4U seadme kõrgus ligikaudu 177,8 mm. Oluline on märkida, et U-reiting viitab konkreetselt racki-paigalduskõrgusele ega võrdu seadme tegelike füüsiliste mõõtmetega. komponendid, nagu šassii, siinid, kinnituskõrvad ja muud konstruktsioonielemendid, võivad võtta lisaruumi.

 

Tavalises 19-tollises nagisüsteemis on paigalduslaius 19 tolli (482,6 mm). Serveri šassii enda tegelik laius on tavaliselt sellest näitajast väiksem, kuna seade on kinnituskõrvade, liugsiinide või muude kinnitusmehhanismide kaudu kinnitatud korpuse vertikaalsete kinnitussiinide külge.

 

1U, 2U ja 4U serverid on kõige levinumad vormitegurid. 1U-seadmed võimaldavad piiratud rack-ruumis kasutada suuremat arvu arvutussõlmesid, mistõttu on need ideaalsed suure-tihedusega keskkondades. Seevastu 2U ja 4U seadmed pakuvad suuremat sisemist mahtu, mahutades rohkem kõvakettaid, laienduskaarte, jahutuskomponente ja muid funktsionaalseid mooduleid.

 

Valikuotsused peaksid põhinema arvutustegevuse, salvestusmahu, laiendatavuse ja energiatarbimise põhjalikul hindamisel. Näiteks võivad mõned väikesemahulised-projektid kasutada 6U serveririiulit, et majutada tipparvutusseadmeid, võrguseadmeid või laboriseadmeid. Kuigi need riiulid pakuvad piiratud vertikaalset ruumi (U-ruumi), vastavad need tõhusalt väikeste IT-süsteemide, sideterminalide ja juhtimisseadmete tsentraliseeritud paigaldamise nõuetele.

 

 

42U on üks standardsetest riiulikõrgustest, mida andmekeskustes sageli leidub. Tuginedes standardarvutustele 44,45 mm U kohta, on 42U riiuli teoreetiline vertikaalne paigaldusruum ligikaudu 1,866.9 mm. Tegelik väliskõrgus sisaldab aga lisaruumi ülemise paneeli, aluse, rataste või muude konstruktsioonielementide jaoks; seetõttu ei saa riiuli tegelikke välismõõtmeid määrata ainult selle U-ruumi reitingu põhjal.

 

Tavalised riiulilaiused on 600 mm ja 800 mm. 600 mm laiused riiulid sobivad standardsete serveri- ja võrguseadmete paigaldamiseks, samas kui 800 mm laiused riiulid pakuvad tavaliselt rohkem külgmist ruumi kaablite marsruutimiseks, mistõttu on need ideaalsed suure tihedusega serverite, keerukate kaabeldussüsteemide ja andmekeskuste jaoks, millel on ranged kaablihaldusnõuded.

 

Racki sügavused varieeruvad oluliselt, tavaliste suuruste vahemikes 600 mm kuni 1200 mm (sh 600, 800, 900, 960, 1000, 1100 ja 1200 mm). Serveriplatvormide arenedes on teatud suure jõudlusega andmetöötlusseadmete (HPC) ja GPU-serverite sügavuse, kaalu ja soojusjuhtimise nõuded märkimisväärselt suurenenud, mistõttu on vaja riiuli sügavust ja seadme tegelikke mõõtmeid sobitada.

 

Piiratud ruumiga keskkondades -nagu kontorid, laborid või ääreserveriruumid-võib kasutada väikeseid andmekappe. Need kapid pakuvad tavaliselt piiratud paigaldusvõimsust, kuid sobivad võrgulülitite, sideseadmete, UPS-i ja muude väikeste IT-seadmete tsentraliseeritud paigaldamiseks.

 

Kui seadmeid on vähe ja võrguseadmed tuleb paigaldada seina lähedale, on seinale{0}}kinnitav võrgukapp mõistlik valik. Kuigi seina-paigaldatavad seadmed säästavad põrandapinda, on ülioluline kontrollida seina-kandevõimet, seadmete kaalu ja vajalikke soojuse hajumise tingimusi.

 

 

42U rack ei pruugi tingimata mahutada 42 1U-servereid. Teoreetiline U-ruum tähistab ainult vertikaalset paigaldusala; tegelik kasutuselevõtt nõuab seadmete vahekauguse arvestamist, samuti lülitite, PDU-de, kaablihalduskomponentide ja jahutuse õhuvoolukanalite hõivatud ruumi.

 

Kui rack mahutab teoreetiliselt suure hulga seadmeid, kui see on täis 1U seadmeid, siis tegelik kasutuselevõtt nõuab kohandusi, mis põhinevad sellistel teguritel nagu seadme energiatarve, jahutusmeetodid, toitevõimsus ja hooldusvahe. 2U ja 4U serverite puhul väheneb installitavate üksuste arv vastavalt iga seadme suurema vertikaalse ruumi tõttu.

 

Seadmete arvu määramine nõuab tavaliselt kolme mõõtme tasakaalustamist: ruum, võimsus ja jahutus. Ruumikaalutlused hõlmavad seadmete ja kaablihalduse jaoks vajalike rackühikute (U-ruumi) arvutamist. Toitekaalutlustel tuleb hinnata racki sisendvõimsuse ja PDU koormuse hindamist. Jahutuskaalutlused nõuavad konfigureerimist, mis põhineb IT-seadmete tegelikul soojuslikul disainivõimsusel ja andmekeskuse jahutusvõimsusel.

 

Suure-tihedusega andmetöötluse stsenaariumide korral muutub võimsusvõimsus sageli riiulitihedust piiravaks teguriks enne seda, kui seda teeb füüsiline U-ruum. Seetõttu ei tohiks püstiku planeerimine keskenduda ainult seadmete arvu maksimeerimisele, vaid peaks selle asemel hõlmama integreeritud disaini, mis arvestab IT-koormuse, toiteallika ja jahutusvõimalustega.

 

 

Esiteks pakuvad serveririiulid seadmete paigaldamiseks mehaanilist struktuuri. Standardsete paigaldussiinide, juhtsiinide ja kinnitusriistvara abil saab servereid, lüliteid, salvestusseadmeid, UPS-i seadmeid ja muid rack{1}}kinnitusseadmeid koondada ühtseks organiseeritud koostuks.

 

Teiseks hõlbustavad nagid organiseeritud seadmete paigutust ja kaablihaldust. Kui andmekeskusesse jäetaks lahti suur hulk võrgukaableid, toitejuhtmeid ja fiiberoptilisi kaableid, oleks hooldus keeruline ja õhuvoolu mustrid häiritud. Hästi kujundatud-riiulitel on tavaliselt ülemised või alumised kaabli sisendpunktid, vertikaalsed kaablihalduskanalid ja horisontaalsed kaablihaldustarvikud, mille tulemuseks on selgem seadmete ühenduvus.

 

Suure{0}}tihedusega serveri juurutamise korral on riiulitel oluline roll ka õhuvoolu ja soojuse hajumise haldamisel. Kaasaegsetes andmekeskustes kasutatakse tavaliselt esi--taga-suunalist õhuvoolu, kus külm õhk siseneb seadme sisselaskepoolele ja väljub sisemiste ventilaatorite abil kuuma vahekäiku. Rackkonstruktsioonid peavad olema projekteeritud nii, et kaablid, kattepaneelid ja muud tarvikud ei takistaks esmaseid õhuvooluteid.

 

Lisaks pakuvad nagid seadmete füüsilist turvalisust. Sellised funktsioonid nagu uksed, külgpaneelid, lukud, maandussüsteemid ja muud tarvikud aitavad minimeerida volitamata juurdepääsu ohtu ja kaitsta seadmeid keskkonnategurite, nagu tolm ja mehaaniline mõju, eest.

 

 

Paigalduskoha järgi saab nagid laias laastus liigitada põrandale-seisvateks-nagideks ja seinale{1}}kinnitatavateks nagideks. Põrandal-seisvad kapid pakuvad suuremat paigaldusvõimsust ja sobivad serverite, võrguseadmete, salvestusseadmete ja toitesüsteemide tsentraliseeritud juurutamiseks. Seinale{5}}kinnitavad kapid on kompaktsemad ja neid kasutatakse peamiselt telekommunikatsiooni-, võrgu- ja arvutiseadmete jaoks.

 

Kappe saab rakenduskeskkonna järgi liigitada sise- ja välismudeliteks. Välisvõrgukappide puhul peab konstruktsiooni projekteerimine võtma arvesse mitte ainult seadmete paigaldamist ja soojuse hajumist, vaid ka keskkonnategureid, nagu tolmu ja vee sissepääs, korrosioonikindlus, temperatuurikõikumised ja päikesekiirgus.

 

Seadme tüübi järgi jaotatakse kapid serverikappideks, võrgukappideks, telekommunikatsioonikappideks ja tööstuslikeks juhtkappideks. Serverikapid nõuavad tavaliselt suuremat{1}}koormust ja suuremat sügavust. Võrgukapid eelistavad kaabeldusruumi, kaablihaldusstruktuure ja lülitite paigaldamist. Tööstuslikud kapid vajavad konkreetsele töökeskkonnale kohandatud täiustatud kaitse- ja termojuhtimisfunktsioone.

 

Koduserveri, meediumisalvestuse ja isikliku labori keskkondades ei vaja koduserveri riiulid tavaliselt suurtes andmekeskuse kappides leiduvat äärmist{0}}koormusvõimet; Siiski on olulised sellised tegurid nagu seadmete sügavus, müratase, ventilatsioon ja toitehaldus.

 

Kompaktsete võrgusõlmede puhul saab väikeseid võrgurakke kasutada lülitite, ruuterite, fiiberoptiliste jaotusseadmete ja väikesemahuliste{0}}toiteseadmete tsentraalseks paigutamiseks.

 

 

 

Kuna serveri võimsus ja seadmete tihedus suureneb, on kappide{0}}kandevõime muutunud üha kriitilisemaks. Suure-tihedusega serverid, salvestusmassiivid, UPS-id ja akusüsteemid võivad olla väga rasked; kui kapi raamil, paigaldussiinidel, alusel või ratastel puudub piisav -kandevõime, võib-seadmete pikaajaline tööohutus olla ohus.

 

Kabineti{0}}koormuste laagrite spetsifikatsioonid eristavad tavaliselt staatilist ja dünaamilist koormust. Staatiline kandevõime viitab kaalule, mida kapp suudab pärast seadmete paigaldamist taluda, samas kui dünaamiline kandevõime arvestab kapi liikumise, transportimise ja seadmete paigaldamise käigus tekkivaid mehaanilisi pingeid.

 

Arvutiserveri riiuli valimisel tuleks{0}}koormusvõimet kontrollida, võttes arvesse seadme kaalu, kinnitusviise ja kapi ehituslikke tehnilisi andmeid. Raskete serverite puhul tuleks kasutada spetsiaalseid siine või riiuleid, mitte loota kogu kaalu kandmiseks ainult kinnituskruvidele.

 

Sellised tegurid nagu raami materjal, siini paksus, risttala struktuur,{0}}aluse konstruktsioon ja paigalduskonfiguratsioon mõjutavad konstruktsiooni üldist jäikust. Suure-tihedusega andmekeskuste juurutamine nõuab nende parameetrite süstemaatilist analüüsi, selle asemel, et keskenduda ainult välistele mõõtmetele.

 

 

Soojusjuhtimine on riiuli disaini oluline aspekt. Sellised komponendid nagu CPU-d, GPU-d, mälumoodulid, kõvakettad ja toiteallikad tekitavad serveri töötamise ajal soojust. Kui seda soojust kiiresti ei hajutata, tõuseb sisetemperatuur, mis võib põhjustada termilist drosselit, seadmete rikkeid või komponentide eluea lühenemist.

 

Kui traditsioonilised riiulid võivad soojuse väljatõmbamise abistamiseks toetuda tippu{0}}paigaldatud ventilaatoritele, siis tänapäevased andmekeskused panevad suuremat rõhku riiuli ja rajatise üldise kliimasüsteemi vahelisele õhuvoolu juhtimisele. Levinud kujundusstrateegiad hõlmavad kuuma/külma vahekäigu konfiguratsioone, külma vahekäigu piiramist, kuuma vahekäigu piiramist ja rack{2}}jahutust.

 

Suure võimsusega-serverite puhul ei piisa lihtsalt riiuliventilaatorite lisamisest. Vaja on terviklikku disainilahendust, mis koordineerib selliseid tegureid nagu esi- ja tagauste perforatsiooni suhe, serveri õhuvoolu suund, kattepaneeli konfiguratsioon, kaabli paigutus ja andmekeskuse üldine õhuvool.

 

Suure-tihedusega kasutuselevõtt võib kasutada vedelikjahutust või muid tõhusaid soojusjuhtimise meetodeid. Need lähenemisviisid muudavad siseruumi nõudeid, torustike paigutust ja kandekonstruktsioone; seetõttu tuleb serveriplatvormi jahutusmeetod racki hankimise etapis kinnitada.

 

Helikindlaid serveririiulid kasutatakse peamiselt keskkondades, kus kehtivad ranged mürakontrolli nõuded, nagu kontorid, laborid või teatud äärealadel. Need nagid nõuavad hoolikat tasakaalu heliisolatsioonimaterjalide, õhuvoolu juhtimise ja soojusliku jõudluse vahel.

 

 

Kuna serverite ja võrguühenduste arv kasvab, muutub tõhus kaablihaldus riiulis üha olulisemaks. Ilma nõuetekohase planeerimiseta võivad toitejuhtmed, vaskkaablid, fiiberoptika ja juhtimiskaablid takistada seadmete hooldust ja õhuvoolu.

 

Hästi kujundatud{0}}riiulid pakuvad tavaliselt kaabli sisestuspunkte nii üla- kui ka alaosas ning spetsiaalsed horisontaalsed ja vertikaalsed kaablihaldusruumid, mis on joondatud serveriliidese asukohtadega. Suure-tihedusega nagid peaksid sisaldama ka mitmetasandilist kaablihaldust, et vältida toitejuhtmete, võrgukaablite ja fiiberoptika sassi sattumist.

 

Kaabli painderaadius on veel üks kriitiline disainiparameeter. Ebapiisavad painderaadiused{1}}eriti fiiberoptika ja kiirete sidekaablite{2}}-võivad kahjustada signaali edastuskvaliteeti. Riiulite ostmisel tuleks kaablihaldustarvikute spetsifikatsioonid valida tegeliku kaablimahu ja liideste orientatsiooni alusel. Rack-kinnituskarpe kasutatakse tavaliselt kindlate elektrooniliste seadmete paigutamiseks standardsetes riiulisüsteemides. Nende disain ei keskendu mitte ainult korpuse loomisele, vaid ka konstruktsiooninõuetele, nagu paigaldusmõõtmed, ventilatsioon, EMC-varjestus, maandus ja hoolduse lihtsus.

 

 

Suure{0}}tihedusega andmekeskustes mõjutab korpuse toitejaotussüsteem otseselt serveri töökindlust. PDU-d paigaldatakse tavaliselt kapi taha või küljele, et tagada serverite, lülitite ja muude IT-seadmete toiteühendus.

 

Kahe{0}}toiteserverite osakaalu suurenedes võib üks seade ühenduda samaaegselt kahe sõltumatu toiteahelaga; seetõttu peab kapi toitejaotus täielikult arvestama A- ja B-toiteallikate sõltumatust. Missiooni -kriitiliste seadmete jaoks on vaja ka integreeritud planeerimist, mis hõlmab UPS-i, toitejaotuskappe ja varutoitesüsteeme.

 

Elektrijaotussüsteemi võimsust ei tohiks hinnata ainult serverite arvu põhjal; selle asemel tuleb arvutustes arvesse võtta üksikute seadmete nimivõimsust, tegelikke koormusi, sisselülitusvoolusid ja tulevasi laienemisvajadusi.

 

Suure tihedusega{0}}kappides peavad toiteühenduspunktid, PDU paigutus ja kaablite marsruut olema kooskõlastatud soojuse hajumise nõuete ja hooldusjuurdepääsuruumiga. Ratsionaalne paigutus võib lühendada toiteedastusteid ja minimeerida toitekaablitest põhjustatud õhuvoolu takistusi.

 

 

Kaasaegsed andmekeskuste kapid arenevad lihtsatest mehaanilistest kinnituskonstruktsioonidest intelligentseteks infrastruktuurikomponentideks. Temperatuuri, niiskust, suitsu, voolu, pinget ja kapile juurdepääsu jälgivad andurid võimaldavad kapi tööolekut{1}}reaalajas jälgida.

 

Temperatuuri ja niiskuse jälgimine aitab operatiiv- ja hooldustöötajatel kindlaks teha, kas tingimused kapis ja selle ümbruses jäävad optimaalsetesse vahemikesse. Suure-tihedusega serverite puhul suudab seiresüsteem kohe tuvastada võimalikud jahutusprobleemid, kui sissepuhkeõhu temperatuur tõuseb ebatavaliselt.

 

Suitsutuvastus tuvastab seadmete riketest või muudest kõrvalekalletest tekkiva suitsu. Integreerimine rajatise{1}}laia tulekustutussüsteemiga kiirendab veelgi ebatavaliste sündmuste tuvastamist.

 

Nutikad PDU-d saavad jälgida ühe või mitme toiteahela parameetreid, pakkudes andmebaasi seadmete energiatarbimise analüüsiks, võimsuse planeerimiseks ja rikete diagnoosimiseks. Kabineti andmete ühendamine andmekeskuse infrastruktuurihalduse (DCIM) süsteemiga sideliideste kaudu võimaldab ka tsentraliseeritumat O&M haldust.

 

 

Kapi valik ei tohiks põhineda ainult kõrguse spetsifikatsioonidel, nagu "42U" või "48U"; Arvesse tuleb võtta ka selliseid tegureid nagu seadmete mõõtmed, võimsusnõuded, soojuse hajumine, -kandevõime ja hoolduskaugus.

 

Standardsete serveriklastrite puhul tuleb esmalt kontrollida serverite kõrgust ja sügavust, seejärel määrata vajalik rack-üksuste arv (U) ja efektiivne paigaldussügavus. Kui seadmeid on palju, tuleb ruumi eraldada ka lülititele, PDU-dele, kaablihalduse korraldajatele ja hooldusjuurdepääsule.

 

Väikestes kontorites või laborites sobivad keskmise - kuni -väikese-suurusega kapid (nt 18U riiulid), kuna need vastavad seadmete paigaldamise vajadustele, vähendades samas füüsilist jalajälge.

 

Suuremahuliste-andmekeskuste puhul on vaja põhjalikku hindamist, mis hõlmab kapi kõrgust, laiust ja sügavust, aga ka koormustaluvust, jahutusmeetodeid, toitejaotusvõimsust ja võrgukaablite arhitektuuri. Kuigi kõrgemad kapid (nt 48U nagid) pakuvad rohkem vertikaalset paigaldusruumi, tuleb nende tegelikul kasutuselevõtul arvesse võtta lae kõrgust, transporditeid, hooldusruumi ja tuleohutuseeskirju.

 

Välissidesõlmede puhul on lisaks seadmete paigaldusruumile kriitilised tegurid, mida tuleb kontrollida, sisendkaitse (IP) reiting, töötemperatuuri vahemik, tihendusstruktuur, soojuse hajumise meetod ja korrosioonikindlus.

 

 

 

Tehisintellektiserverite edusammude,{0}}kõrge jõudlusega andmetöötluse (HPC) ja äärearvutite arenedes arenevad andmekeskuste kapid suure võimsustiheduse, suure koormustaluvuse{1}}, tõhusa soojuse hajumise ja intelligentse halduse suunas.

 

Ühest küljest seab serveri võimsuse tõus traditsioonilistele õhkjahutusega{0}}kappidele suuremaid nõudmisi soojusjuhtimise osas; vedelikjahutuse, külmplaaditehnoloogia ja muude tõhusate soojusjuhtimislahenduste kasutuselevõtt{1}} mõjutab veelgi kapi konstruktsiooni.

 

Teisest küljest, kuna kappides seadmete tihedus suureneb,elektrijaotussüsteemidpeavad toetama suuremat võimsuskoormust, säilitades samal ajal A/B toiteallika võimalused, UPS-i koondamise ja kaugseire funktsioonid.

 

Lisaks peaks mooduldisain saama kapisüsteemide põhitrendiks. Kasutades standardseid mõõtmeid, reguleeritavaid paigaldusstruktuure, modulaarseid PDU-sid ja intelligentseid jälgimiskomponente, saab suurendada nii andmekeskuse esialgse ehitamise kui ka hilisema laiendamise paindlikkust.

 

Tehnilise disaini vaatenurgast ei ole tulevased kapid pelgalt eraldiseisvad leht{0}}metallkonstruktsioonid; pigem toimivad need struktuursete liidestena, mis integreerivad servereid, toitejaotust, jahutust, võrguühendust ja intelligentseid jälgimissüsteeme.

 

Järelikult peavad disainilahendused nihkuma üksikute seadmete paigaldamiselt keskendumiselt kogu andmekeskuse infrastruktuuri koordineeritud optimeerimisele.

 

Tehniliste hangete osas nõuab kapi valik tehnilist valideerimist, mis põhineb praktilistel parameetritel,-nagu seadmete mõõtmed, püstikuüksused (U-ruum), koormus-kandevõime, soojusjuhtimine, toitejaotus, kaablihaldus ja paigalduskeskkond-enne konkreetse struktuuri ja spetsifikatsioonide lõplikku kinnitamist.