Veri Merkezleri için Soğutma Çözümleri

Toplu sunucu bilgisayarlarından oluşan veri merkezlerinin en önemli ihtiyacı ise soğutma sistemleri. Başarılı bir soğutma sistemine sahip veri merkezi, verimsiz merkezlere göre daha az ısı üreteceğinden daha az güç tüketir ve daha yüksek performans sunar. Biz de bu yazımızda Veri Merkezleri için hayati öneme sahip soğutma istemlerine yakından bakıyoruz.

Hızla dijitalize olan dünyada en büyük ihtiyaçlardan birisi de veri merkezleri olmaya başladı. Artık kaç Hexabyte kapasitesinde olduğu bilinemeyen büyüklüklerde veri merkezleri, dünyadaki kullanıcılara hizmet ediyor. Örnek vermek gerekirse YouTube’da izlediğimiz videoları tutan ve bizim izlememizi sağlayan veri merkezlerinin kaç adet olduğu ve toplam kapasitelerinin ne olduğu ise tam olarak  bilinmiyor.
Dünyada gelişen teknolojiyle beraber hayatımıza giren bulut bilişim ve tüm teknolojik cihazlarda kullandığımız verilerin işlenip tutulduğu büyük veri merkezleriyle beraber telekomünikasyon şirketlerinin ihtiyaçları, veri merkezlerine olan ihtiyaçları da her geçen gün artırıyor. Olan veri merkezlerinin sürekli güncellenmesi ve yeni veri merkezlerinin inşası artık sürekli gündemde olan konular.

BT sektörü, dünya karbon emisyonlarının yüzde 2 seviyesinin fazlasından sorumludur ve veri merkezleri bu ayak izinin en hızlı büyüyen bölümüdür. Bu gelişme de veri merkezlerinin dünyadaki durumu konusunda bizlere bilgi veriyor.

Veri Merkezi Nedir?
Sunucu bilgisayarları, telekomünikasyon ve veri depolama sistemleri gibi ihtiyaç duyulan sistemlerin, karma bir şekilde bütün olarak çalıştırıldığı tesislere veri merkezi adı veriliyor.
Sunucu odası veya sistem odası olarak da adlandırılan bu tesisler işletmelere ait sunucu ve veri ambarlarının bulunduğu alanlardır.
Veri Merkezleri, En Güvenli Tesislerin Başında Gelir

Eskiden yani dijitale geçişin gerçekleşmediği dönemlerde, kamusal ve özel tüm şirketlerde bilgiler özel dosyalarda saklanıyordu. Bu dosyalar, büyük arşivlerde saklanıyordu. Bazen bu arşivlerde çıkabilecek bir yangın ya da sabotaj, bir firmanın ya da kamu kuruluşunun tüm bilgi sistemini çokertmeye yetiyordu. Çünkü normal verileri yedek almak, dijital verileri yedek almaktan çok daha zor ve güvenlik açığı oluşturabilecek bir durumdu. Dijitale geçişle beraber bilgilerimiz daha güvenli veri merkezlerinde saklanmaya başladı. Veri merkezleri o kadar güvenli oldular ki, dünyadaki en güvenilen tesislerin arasında veri merkezleri de bulunur.
Veri merkezlerinde işlenen ve saklanan verinin önem derecesine göre elektrik, mekanik, güvenlik sistemleri değişmektedir. Genel olarak düşünüldüğünde veri merkezleri; yedek güç kaynakları, yedek veri iletişim bağlantıları, merkez içerisinde bulunan sistemlerin soğutulması için kullanılan iklimlendirme sistemleri, yangın söndürme sistemleri ve dış ortamdan gelebilecek tehlikelere karşı verinin güvenlik derecesine göre güvenlik sistemlerini bulundururlar. Dış dünyadan soyutlanmış ve sadece yetkili kişilerin girişine izin verilen veri merkezlerinin inşa edilecek yerlerin seçimi bile çok önemli.

Doğru İlklimlendirme İçin, Doğru Bölge Analizi
Veri merkezi için yer seçimi yapılırken elektrik şebekesine olan yakınlığı, telekomünikasyon altyapısı, ağ hizmetleri, ulaşım yolları ve acil durum hizmetleri veri merkezi tasarımında dikkate alınan masraf, risk, güvenlik ve diğer faktörleri etkiler. Yer seçiminde bölgenin iklimi de dikkate alınmalıdır, iklim nasıl bir soğutma stratejisi izleneceğini belirler.

Bir veri merkezi kurmak için illaki bütün bir tesise ihtiyacınız yok. Veri merkezi bir binanın sadece bir odasında da yer alabilir. Bunlara ek olarak bir binanın 2 – 3 katını kaplayacak şekilde de tasarlanabilir.
Oluşturulacak veri merkezinin nereye kurulacağı oldukça önemli bir husus. Özellikle bir binanın en fazla ısınan bölümüne veri merkezi konumlandırırsanız, soğutma çözümlerine ve enerji giderlerinin daha yüksek olacağını söylememiz gerekiyor. Bu yüzden ilk başta veri merkezinden beklenenler, bu beklentileri karşılayacak seviyede donanım ve sunucu temini, bu sistemin başarılı bir şekilde çalışabileceği soğutma ve elektrik yatırımının tasarlanması gerekiyor. Veri merkezinin seçileceği alanda bu öngörülere göre seçilmeli.
Veri merkezlerinde hava kanalları oluşması ve müdahaleyi kolaylaştırması adına,  genellikle tek sıralar halinde, aralarında koridorlar teşkil eden, sunucuların monte edildiği 19 inçlik raf kabinler formunda yerleşim yapılıyor. .

Soğutma Çözümleri Neden Önemli?
Bilgisayarlarımızda kullandığımız işlemci, ekran kartı, anakart üzerindeki çipsetler ve yüksek performanslı disklerin etraflarında ya da üstlerinde hep soğutucu bloklar ve fanlar görürüz. Hatta bu soğutucu bloklarla işlemci gibi üniteler arasında daha başarılı ısı transferi olması için termal macunlar ve pedler bile yerleştirilir. Standart bir ev bilgisayarında bile hayati derecede önemli olan soğutma,  veri merkezlerinde çalışan büyük sunucu sistemleri için ne kadar önemli gerisini siz düşünün.

Bileşenler Neden Isınır? Isınan Bileşenler Ne Tür Sorunlar Çıkartır?
Bilgisayar parçaları arasında en çok ısı yayanları sıralamak gerekirse  ekran kartları, işlemciler, anakart üzerindeki çipsetler ve anakartların VRM üniteleriyle beraber güç kaynaklarını görüyoruz. Özellikle milyarlarca transistörlerin, toz zerreciğinin 100’de 1’i kadar küçültülüp yerleştirildiği işlemci ve ekran kartlarının grafik işlemcileri, ciddi bir ısı üretiyorlar.  2 GHz hızında çalışan, 8 çekirdekli bir işlemcinin, çekirdek başına saniyede 2000 adet çevirim yaptığını düşündüğünüzde elektrik akımının gerçekten ısıya neden dönüştüğünü daha iyi anlıyorsunuz. Sunucularda çalışan yüksek işlem gücüne sahip merkezi ve grafik işlemcilerin, stabil bir performans sunması için başarılı bir şekilde soğutulmaları gerekir. Isınan bir işlemci, hasar görmemek için hızını otomatik olarak düşürür ve bu da performans düşüşlerine sebep olur. Eğer bu performans düşüşü işlemcinin ısını düşürmeye yetmiyorsa anakarttaki kontrolcüler bilgisayarı kapatarak çözüm bulurlar.
Veri merkezindeki sunucular 7 / 24 açık kalmaları için tasarlanmış yapıdalar. Bu tür bilgisayarların kapanması ve performanslarının anlık olarak düşmesi istenen bir durum değildir. Bu yüzden sunucu bilgisayarlarının hem iç kısmındaki soğutma çözümleri, hem de veri merkezinin tamamını soğutan çözümlere ihtiyaç duyuluyor.

Soğutma Sistemleri, Veri Merkezlerinin En Büyük Enerji Harcayan Ünitelerinden!
Soğutma sistemleri enerji sarfiyatının büyük bölümünü üstleniyor. Bu yüzden minimum maliyetle maksimum fayda alınmalıdır. Soğutma üniteleri kurulurken şu oran temel alınmalıdır. Söz konusu cihaz enerji sarfiyatı kadar soğutma kapasitesine ihtiyaç duyar. Cihaz 50 KW güç tüketiyor ise 50 KW soğutma kapasitesi isteyecektir.

Günümüzde veri merkezlerinde  en çok kullanılan çözüm, alan soğutmalı çözümlerdir. ANSI/TIA/EIA-942 standardı, soğutmada en öncelikli yapılması gereken çalışmayı, kabinlerin yerleşimlerinin düzenlenmesi olarak ortaya koymaktadır.
Bu çözümde dikkat edilmesi gereken sıcak ve soğuk hava koridorları oluşturmaktır. Kabin ve Klima yerleşimlerinde cihazların soğuk havayı çektiği ve sıcak havayı boşalttığı alanlar bir koridor gibi oluşturulmalıdır. Sıcak hava öz kütleden dolayı yükseleceği için klimaların bu havayı çekebilecek konumda  olmalıdır. Soğuk hava ise yükseltilmiş zeminin altından kabin özlerindeki menfezlerden cihazlara ulaşmalıdır. Günümüzde en yaygın soğutma yöntemi soğuk hava klimalarıyla yapılmaktadır.
Günümüzde sık sık gördüğümüz Green yani çevreci anlamına gelen yeşil veri merkezlerinde kullanılmaya başlayan Su ile Soğutma çözümleri de kullanılmaya başlandı. Klimaların sürekli arıza yapması nedeniyle, bakım maaliyetlerini yükseltmesinden dolayı alan soğutmalı çözümlerde de yenilikler aranmaya başlandı.

Yeni Bileşenler, Daha Yüksek Isılarda Çalışabiliyor
Enerjinin her geçen gün daha değerli olduğu günümüzde, veri merkezlerindeki en fazla güç harcayan ünitelerden biri olan soğutma çözümlerinde de bazı esneklikler yapılmaya başlandı.
Veri merkezlerindeki ortam sıcaklığının 1 derece artırılması, enerji tüketimini yüzde 5 seviyesinde düşürüyor. Bu da enerji sarfiyatını azaltmak isteyen firmalar için cazip bir seçenek olarak dikkat çekiyor. Veri merkezleri günümüzde 30 derecelere kadar çalıştırılabiliyor. Fakat bu da bazı riskleri de beraberinde getiriyor.
Yüksek sıcaklıkla çalıştırmak sunucu/network cihazlarının soğutma yı sağlamak istemesi nedeniyle fanlarını daha fazla çalıştırması demek. Burdaenerji tüketiminde artış gözüküyor. Yani daha az soğutma ile enerjiyi az tüketecek hem de fanların fazla çalışması ile tüketeceği enerji göz önüne alarak ara bir sıcaklık bulunmalı.
Yüksek sıcaklıklara çıktıkça parçaların bozulma olasılığı artıyor. Bu değer genelde 28 üzerinde görülüyor.

Yüksek sıcaklıklarda çalıştırıldığında, soğutma cihazlarında yaşanacak bir kesintinde sistem yöneticilerinin müdahale süresi bulunmuyor. Bu da arızalara/data kaybına bile yol açabiliyor.
Belki arızalanmalarının etkisi çok olmayacak sunucuları tek bir kompartmentte toplayıp bunları yüksek sıcaklıkta çalıştırmak mümkün olabilir. Burdan elde edilecek enerji kazançları ile sunucu arıza maliyeti çok kolay telafi edilebilir.

Veri Merkezlerinde Kullanılan Başlıca Soğutma Çözümleri
Veri Merkezi Sıcaklık/Nem Gereksinimleri :  ASHRAE’nin 2008 de çıkardığı tavsiyelere  göre önerilen  sıcaklık aralıgı 18 ile 28 derece arasıdır.  Nem aralığı ise %30 ile %55 arasıdır. Sıcaklık düştükçe soğutma ve enerj maaliyetlerinin artığını, sıcaklık arttığında ise arıza ihtimalinin artması ve stabilite sorunlarının başladığı görülüyor. Optimum dengeyi tutturmak şart.

Veri merkezlerinde genel olarak görülen başlıca soğutma çeşitlerini sıralamak gerekirse;

Sıcak Koridor / Soğuk Koridor
Geleneksel Veri Merkezi soğutma sistemidir. Bu sistemde sunucu raflarının  ön tarafları birbirine, arka tarafları da birbirine bakacak şekilde sıra sıra dizilir.
Bu şekilde mümkün oldugunca soğuk ve sıcak hava birbirine karışmaz ve soğuk hava  kabinetlerin önünden üflenir. Bu soğutma sisteminin gelişmiş versiyonlarında soğuk hava ile sıcak havanın karışmasını engellemek için araya cam, plastik v.b. maddelerden yapılmış bariyer konulur.
Yakın  Çiftli Soğutma (Close-Coupled Cooling)
Klasik Sıcak Koridor / Soğuk Koridor modelinde sogutucu hava raf tanışana kadar enerji kaybeder. Bu modelde soğutulmuş su ya da soğutucu maddenin, sunucuların oldugu raflara  kadar tanınarak, soğutucu kaynagının mümkün oldugunca yakınlastırılmasıyla sağlanır. Raflarda  ya da hemen yanına monte edilir. Veri merkezinin havasına karışmadan rafın  içerisine direkt olarak hava üflenir.

Serbest Soğutma
Dış hava sıcaklığının kullanılabilir kadar soğuk oldugu lokasyonlarda dış sıcaklığın veri merkezinin içerisinde kullanıldığı yöntem.
Facebook ve Google gibi dünya devlerinin veri merkezlerini Antartika gibi oldukça soğuk lokasyonlarda yapmalarının sebebi, soğutma maaliyetlerini neredeyse sıfıra yakın tutmaları yüzünden.  Böylece dışarıdaki buz gibi havadan yararlanılıp, veri merkezine gerekli soğuk hava sağlanlıyor.
Bu sistemde dışarıdaki hava doğrudan kullanılabildiği gibi, dışarıdaki hava bazı işlemlerden geçirilerek de kullanılabilir.

Dünyada Verİ Merkezleri ve İklimlendirme
Yazımızda da değindiğimiz gibi veri merkezlerinin en büyük giderleri arasında soğutma çözümleri başı çekiyor. Durum böyle olunca dünyanın en büyük veri merkezleri de, dünyanın soğuk bölgelerine inşa ediliyor. Böylece soğutma maaliyetleri daha da aşağı çekilmiş oluyor.
Maaliyetleri artırmamak için,  yatırımın yapılacağı bölgenin iklim şartları çok önemli bir hale gelmektedir. Dünyadaki büyük veri merkezlerinin birkaçını inceleyip, veri merkezlerinin yapıları ve 5 bölgenin iklimi hakkında bilgi edinerek, yapılacak yatırımda düşünülen bölgeyle karşılaştırmak daha doğru olacaktır.
Facebook’un Prineville’deki 30 km2 ‘den daha geniş bir alana yayılan veri merkezi, 800 milyon kullanıcısına kesintisiz hizmet vermektedir. Bu dev merkezde sadece 55 kişi çalışmakta ve bunların yarısı da güvenlik görevlisi olarak hizmet vermektedir. Veri merkezi binaları için başka önemli bir konu olan iklim konusuna gelince

Prineville’nin iklim şartları
Yukarıdaki tabloda da görüldüğü gibi Prineville’in ortalama sıcaklık değerleri, soğutma maliyetlerini artırıcı nitelikte değildir. Yılın 6 ayı 10 °C’ nin altında bir ortalama sıcaklık ve geri kalan 6 ayda ise 20 °C’ yi geçmeyen ortalama sıcaklık değerleri, kurulan veri merkezi için soğutma maliyetleri ciddi anlamda düşmektedir.
Dünyadaki veri merkezlerine baktığımızda, kuruldukları yerler, genelde iklim, teknoloji merkezi olma ve güvenlik faktörlerinden etkilenmektedir. Dünyadaki veri merkezlerinin dağılımına baktığımızda Avrupa ve Kuzey Amerika kıtalarında yoğunlaşma  oluşmaktadır. Bu bölgelerin iklimlerinin diğer bölgelere göre daha ılıman ve teknolojik anlamda daha gelişmiş oldukları göz önüne alınırsa, veri merkezlerinin de bu bölgelerde yoğunlaştığı sonucu çıkarılabilir.

Türkiye’de  Verİ Merkezleri ve İklimlendirme
Veri merkezi sektörünün en önemli konusu olan iklim şartlarında ise Türkiye’nin çok şanslı bir konumda bulunmadığı gözlemlenmektedir. Ülkenin iç, batı, doğu ve güney bölgelerinin ortalama sıcaklık değerleri soğutma maliyetlerini ciddi anlamda artırıcı düzeyde bulunmaktadır. Ülkenin sadece kuzey bölgeleri dünyadaki önemli veri merkezlerinin bulunduğu bölgelerin ortalama sıcaklık değerlerine yakın görülmektedir.
İllerin ortalama sıcaklık değerleri Prineville ve Chicago’nun ortalama sıcaklık değerleriyle karşılaştırıldığında, ülkenin kuzey bölgesinde bulunan Erzurum, Trabzon, İstanbul gibi illerin veri merkezi kuruluşu için gerekli iklimsel şartları sağladığı görülüyor. Ancak ülkenin iç kısımları ve özellikle güney bölgeleri veri merkezleri için iklimsel şartlar açısından uygun görünmüyor.

Bu handikapları aşmak için ciddi bir şekilde soğutma çözümlerine yatırım gerekiyor. Ülkemizdeki gelişen Veri Merkezi pazarı için, ilklimlendirme pazarı hayati önem taşıyor. Bu yüzden Veri Merkezlerinin büyümesi, biraz da İlklimlendirme çözümleriyle de doğru orantılı olacak diyebiliriz