Размери и структурен дизайн на сървърни стелажи в центъра за данни: Поглед към U-пространството, управление на топлината, товароносимост-капацитет и избор на разпределение на мощността

С продължаващото развитие на технологии като облачни изчисления, големи данни, изкуствен интелект и периферни изчисления, инфраструктурата на центъра за данни-включително сървъри, комутатори, устройства за съхранение и захранващо оборудване-все повече се насочва към висока плътност, модулност и конфигурации, базирани на стелаж-. Като критична инфраструктура, която помещава ИТ оборудване, организира окабеляване, управлява електроразпределението и улеснява разсейването на топлината, дизайнът на сървърните шкафове вече не е просто въпрос на „съхранение на оборудването“. Вместо това, то влияе пряко върху използването на пространството, топлинната ефективност, надеждността на захранването и дългосрочната-ефективност на операциите и поддръжката (O&M).

 

При изграждането на център за данни изборът на шкаф изисква цялостна оценка на фактори като размери на оборудването, брой стелажи (U), ширина и дълбочина на шкафа, тегло на оборудването, плътност на мощността и маршрутизиране на кабела. За инженерите и специалистите по доставки разбирането на стандартните размери на шкафа и структурните параметри е от основно значение за ефективното планиране на сървърната стая и конфигурацията на оборудването.

 

 

 

„U“, което обикновено се среща в сървърните шкафове, означава „Единица“ и служи като стандартна мярка за височина на стелажа. Оборудването за -монтиране в шкаф обикновено е проектирано въз основа на нарастване на U-височината, което гарантира, че сървъри, комутатори, устройства за съхранение и друг хардуер за -монтиране в шкаф от различни производители могат да бъдат инсталирани в рамките на унифицирана система от шкафове.

 

Стандартната височина за 1U е 44,45 mm (4,445 cm). Следователно, 2U устройство е приблизително 88,9 mm високо, а 4U устройство е приблизително 177,8 mm високо. Важно е да се отбележи, че рейтингът U се отнася конкретно за височината на -монтиране на стелажа и не се равнява на действителните физически размери на устройството; компоненти като шаси, релси, монтажни уши и други структурни елементи могат да заемат допълнително пространство.

 

В стандартна 19-инчова стелажна система ширината на монтаж е 19 инча (482,6 мм). Действителната ширина на самото шаси на сървъра обикновено е по-малка от тази цифра, тъй като устройството е закрепено към вертикалните монтажни релси на шкафа чрез монтажни уши, плъзгащи се релси или други монтажни механизми.

 

1U, 2U и 4U сървърите са най-често срещаните форм фактори. 1U устройствата позволяват по-голям брой изчислителни възли в рамките на ограничено пространство в стелажа, което ги прави идеални за среди с висока-плътност. За разлика от това, устройствата 2U и 4U предлагат по-голям вътрешен обем, като побират повече твърди дискове, разширителни карти, охлаждащи компоненти и други функционални модули.

 

Решенията за избор трябва да се основават на цялостна оценка на изчислителната производителност, капацитет за съхранение, разширяемост и консумация на енергия. Например, някои малки -проекти могат да използват 6U сървърна стойка за разполагане на крайни изчислителни единици, мрежово оборудване или лабораторни апарати. Въпреки че тези стелажи предлагат ограничено вертикално пространство (U-пространство), те ефективно отговарят на изискванията за централизирано инсталиране на малки ИТ системи, комуникационни терминали и контролно оборудване.

 

 

42U е една от стандартните височини на стелажи, които често се срещат в центровете за данни. Въз основа на стандартното изчисление от 44,45 mm на U, теоретичното вертикално монтажно пространство за 42U шкаф е приблизително 1,866.9 mm. Действителната външна височина обаче включва допълнително пространство за горния панел, основата, колелцата или други структурни елементи; следователно, не може да се определят действителните външни размери на стелажа само въз основа на неговия рейтинг U-space.

 

Обичайните ширини на стелажите включват 600 mm и 800 mm. Стелажите с ширина 600 mm са подходящи за стандартни инсталации на сървърно и мрежово оборудване, докато стелажите с ширина 800 mm обикновено предлагат повече странично пространство за прокарване на кабели, което ги прави идеални за сървъри с висока -плътност, сложни кабелни системи и центрове за данни със строги изисквания за управление на кабелите.

 

Дълбочините на стелажите варират значително, като обичайните размери варират от 600 mm до 1200 mm (включително 600, 800, 900, 960, 1000, 1100 и 1200 mm). С развитието на сървърните платформи изискванията за дълбочина, тегло и термично управление на някои-изчислителни устройства с висока производителност (HPC) и GPU сървъри се увеличиха значително, което наложи съответствие между дълбочината на стелажа и действителните размери на оборудването.

 

За среди с ограничено пространство-като офиси, лаборатории или крайни сървърни стаи-може да се използват малки шкафове за данни. Тези шкафове обикновено предлагат ограничен монтажен капацитет, но са подходящи за централизирано инсталиране на мрежови комутатори, комуникационно оборудване, UPS устройства и други малки ИТ устройства.

 

Ако броят на оборудването е малък и мрежовите устройства трябва да се инсталират близо до стена, мрежовият шкаф-за стенен монтаж е жизнеспособна опция. Въпреки че модулите, монтирани-на стена, спестяват подово пространство, от решаващо значение е да се провери-носещият капацитет на стената, теглото на оборудването и необходимите условия за разсейване на топлината.

 

 

42U шкаф не е задължително да побира 42 1U сървъри. Теоретичното U-пространство представлява само вертикалната монтажна зона; действителното внедряване изисква отчитане на разстоянието между устройствата, както и пространството, заемано от превключватели, PDU, компоненти за управление на кабели и канали за въздушен поток за охлаждане.

 

Въпреки че една стойка теоретично може да поеме голям брой устройства, ако е изпълнена изцяло с 1U единици, действителното внедряване изисква корекции въз основа на фактори като консумация на енергия на устройството, методи на охлаждане, капацитет на захранване и разрешение за поддръжка. За 2U и 4U сървъри броят на инсталируемите единици намалява съответно поради по-голямото вертикално пространство, което всяко устройство заема.

 

Определянето на броя на устройствата обикновено изисква балансиране на три измерения: пространство, мощност и охлаждане. Съображенията за пространството включват изчисляване на стелажните единици (U-пространство), необходими за устройства и управление на кабели. Съображенията за захранване включват оценка на капацитета на входната мощност на стелажа и натоварването на PDU. Съображенията за охлаждане изискват конфигурация въз основа на действителната проектна топлинна мощност на ИТ оборудването и охладителния капацитет на центъра за данни.

 

При изчислителни сценарии с висока-плътност мощностният капацитет често се превръща в ограничаващ фактор за плътността на стелажа преди физическото U-пространство. Следователно планирането на стелажите не трябва да се фокусира единствено върху максимизирането на броя на устройствата, а вместо това трябва да включва интегриран дизайн, който отчита ИТ натоварването, захранването и възможностите за охлаждане.

 

 

Първо, сървърните стелажи осигуряват механичната структура за монтиране на оборудване. С помощта на стандартизирани монтажни релси, водещи релси и монтажен хардуер, сървъри, превключватели, устройства за съхранение, UPS модули и друго оборудване за -монтиране в стелажи могат да бъдат консолидирани в унифициран, организиран монтаж.

 

Второ, стелажите улесняват организираното разположение на оборудването и управлението на кабелите. Ако голям брой мрежови кабели, захранващи кабели и-оптични кабели бъдат оставени разхлабени в центъра за данни, поддръжката ще бъде трудна и моделите на въздушния поток ще бъдат нарушени. Добре-проектираните стелажи обикновено имат горни или долни входни точки за кабели, вертикални канали за управление на кабели и аксесоари за хоризонтално управление на кабели, което води до по-ясна свързаност на оборудването.

 

За високо{0}}разгръщане на сървъри стелажите също играят решаваща роля в управлението на въздушния поток и разсейването на топлината. Съвременните центрове за данни обикновено използват дизайн на въздушния поток отпред-към-зад, при който студеният въздух навлиза в страната на входа на оборудването и се изпуска в горещия канал от вътрешни вентилатори. Структурите на стелажите трябва да бъдат проектирани така, че кабелите, глухите панели и другите аксесоари да не пречат на пътищата на първичния въздушен поток.

 

Освен това стелажите осигуряват физическа сигурност на оборудването. Функции като врати, странични панели, ключалки, системи за заземяване и други аксесоари помагат за минимизиране на риска от неоторизиран достъп и предпазват оборудването от фактори на околната среда като прах и механично въздействие.

 

 

Въз основа на местоположението на монтаж стелажите могат да бъдат широко категоризирани на подови-стоящи стелажи и сте-монтирани стелажи. Подовите -шкафове предлагат по-голям капацитет за инсталиране и са подходящи за централизирано разполагане на сървъри, мрежово оборудване, устройства за съхранение и захранващи системи. Стенните -шкафове са по-компактни и се използват предимно за телекомуникационно, мрежово и крайно компютърно оборудване.

 

Шкафовете могат да бъдат допълнително категоризирани според средата на приложение на вътрешни и външни модели. За външните мрежови шкафове структурният дизайн трябва да се отнася не само до инсталирането на оборудването и разсейването на топлината, но и до фактори на околната среда като навлизане на прах и вода, устойчивост на корозия, температурни колебания и слънчева радиация.

 

Въз основа на типа оборудване, шкафовете се класифицират на сървърни шкафове, мрежови шкафове, телекомуникационни шкафове и промишлени контролни шкафове. Сървърните шкафове обикновено изискват по-висока{1}}носеща способност и по-голяма дълбочина. Мрежовите шкафове дават приоритет на пространството за окабеляване, структурите за управление на кабелите и инсталацията на комутатора. Индустриалните шкафове изискват подобрени функции за защита и термичен контрол, съобразени със специфичната работна среда.

 

В домашни сървъри, медийни хранилища и персонални лабораторни среди, стелажите за домашни сървъри обикновено не изискват екстремните-носещи способности, които се срещат в големите шкафове на центрове за данни; обаче фактори като дълбочина на оборудването, нива на шум, вентилация и управление на мощността остават важни съображения.

 

За компактни мрежови възли малките мрежови стелажи могат да се използват за централно разполагане на комутатори, рутери, оборудване за разпределение на оптични влакна и малки{0}}мощни блокове.

 

 

 

Тъй като мощността на сървъра и гъстотата на оборудването се увеличават,-носещият капацитет на шкафовете става все по-критичен. Сървърите с висока -плътност, масивите за съхранение, UPS устройствата и батерийните системи могат да бъдат много тежки; ако рамката на шкафа, монтажните релси, основата или колелата нямат достатъчна-носеща способност, дългосрочната-оперативна безопасност на оборудването може да бъде компрометирана.

 

Спецификациите за{0}}натоварване на корпуса обикновено правят разлика между статични и динамични натоварвания. Статичният капацитет на натоварване се отнася до теглото, което шкафът може да издържи, след като оборудването е инсталирано, докато динамичният капацитет на натоварване отчита механичните напрежения, възникнали по време на движението на шкафа, транспортирането и процеса на инсталиране на оборудването.

 

Когато избирате стелаж за компютърен сървър, товароносимостта-трябва да се провери спрямо теглото на оборудването, методите на монтиране и структурните спецификации на шкафа. За тежки сървъри трябва да се използват специални релси или рафтове, вместо да се разчита единствено на монтажни винтове за поддържане на цялото тегло.

 

Фактори като материал на рамката, дебелина на релсата, структура на напречната -греда, дизайн на основата и монтажна конфигурация влияят върху цялостната здравина на конструкцията. Разгръщането на центрове за данни с висока -гъстота изисква систематичен анализ на тези параметри, вместо да се фокусира единствено върху външни измерения.

 

 

Топлинното управление е критичен аспект на дизайна на стелажа. Компоненти като процесори, графични процесори, модули памет, твърди дискове и захранващи блокове генерират топлина по време на работа на сървъра. Ако тази топлина не се разсее незабавно, вътрешните температури се повишават, което потенциално води до термично дроселиране, повреда на оборудването или съкратен живот на компонентите.

 

Докато традиционните стелажи могат да разчитат на-монтирани отгоре вентилатори за подпомагане на изпускането на топлина, модерните центрове за данни поставят по-голям акцент върху управлението на въздушния поток между стелажа и цялостната климатична система на съоръжението. Общите стратегии за проектиране включват конфигурации на топъл/студен коридор, ограничаване на студен коридор, ограничаване на горещ коридор и охлаждане-на нивото на стелажа.

 

За високо{0}}мощни сървъри простото добавяне на повече вентилатори в стелажи е недостатъчно. Необходим е холистичен дизайнерски подход, координиращи фактори като съотношението на перфорация на предните и задните врати, посоката на въздушния поток на сървъра, конфигурацията на глухия панел, разположението на кабелите и цялостния въздушен поток на центъра за данни.

 

Разгръщанията с висока-плътност могат да използват течно охлаждане или други високо{1}}ефективни методи за управление на топлината. Тези подходи променят изискванията за вътрешно пространство, оформлението на тръбопроводите и-носещите конструкции; следователно методът на охлаждане на сървърната платформа трябва да бъде потвърден по време на етапа на закупуване на шкаф.

 

Звукоизолираните сървърни стелажи се използват предимно в среди със строги изисквания за контрол на шума, като например офиси, лаборатории или определени крайни компютърни сайтове. Тези стелажи изискват внимателен баланс между звукоизолационните материали, управлението на въздушния поток и топлинните характеристики.

 

 

Тъй като броят на сървърите и мрежовите връзки нараства, ефективното управление на кабелите в стелажа става все по-важно. Без подходящо планиране захранващите кабели, медните кабели, оптичните влакна и кабелите за управление могат да възпрепятстват поддръжката на оборудването и възпрепятстват въздушния поток.

 

Добре{0}}проектираните стелажи обикновено осигуряват входни точки за кабели както отгоре, така и отдолу, със специални хоризонтални и вертикални пространства за управление на кабели, подравнени към местоположенията на сървърния интерфейс. Стелажите с висока -плътност трябва също така да включват многостепенно управление на кабелите, за да се предотврати оплитането на захранващи кабели, мрежови кабели и оптични влакна.

 

Радиусът на огъване на кабела е друг важен проектен параметър. Недостатъчните радиуси на огъване-особено за оптични влакна и високо{2}}комуникационни кабели-може да компрометира качеството на предаване на сигнала. Когато купувате стелажи, спецификациите за аксесоарите за управление на кабели трябва да бъдат избрани въз основа на действителния обем на окабеляването и ориентацията на интерфейсите. Кутиите за -монтиране в стелажи обикновено се използват за поставяне на специфично електронно оборудване в рамките на стандартни стелажни системи. Техният дизайн се фокусира не само върху осигуряването на корпус, но и върху структурни изисквания като монтажни размери, вентилация, ЕМС екраниране, заземяване и лесна поддръжка.

 

 

В центрове за данни с висока{0}}гъстота системата за електроразпределение на шкафа влияе пряко върху оперативната надеждност на сървъра. PDU обикновено се инсталират отзад или отстрани на шкафа, за да осигурят захранващи връзки за сървъри, комутатори и друго ИТ оборудване.

 

Тъй като делът на сървърите с двойно{0}}захранване се увеличава, едно устройство може да се свърже към две независими захранващи вериги едновременно; следователно разпределението на мощността в шкафа трябва напълно да отчита независимостта на захранванията на A и B. За критично-оборудване е необходимо и интегрирано планиране, включващо UPS модули, разпределителни шкафове и резервни захранващи системи.

 

Капацитетът на електроразпределителната система не трябва да се оценява единствено въз основа на броя на сървърите; вместо това изчисленията трябва да вземат предвид номиналната мощност на отделните устройства, действителните нива на натоварване, пусковите токове и бъдещите нужди от разширение.

 

В -шкафове с висока плътност точките за захранване, разположението на PDU и маршрутизирането на кабелите трябва да бъдат координирани с изискванията за разсейване на топлината и пространството за достъп за поддръжка. Рационалното оформление може да съкрати пътищата за доставка на енергия и да минимизира препятствията на въздушния поток, причинени от захранващи кабели.

 

 

Модерните шкафове за центрове за данни се развиват от прости механични конструкции за монтаж в интелигентни инфраструктурни компоненти. Сензорите, наблюдаващи температурата, влажността, дима, тока, напрежението и достъпа до шкафа, позволяват наблюдение в реално-време на работното състояние на шкафа.

 

Мониторингът на температурата и влажността помага на персонала по операции и поддръжка (O&M) да определи дали условията вътре и около шкафа остават в оптимални граници. За сървъри с висока -плътност системата за наблюдение може незабавно да открие потенциални проблеми с охлаждането, ако температурите на входящия въздух се повишат необичайно.

 

Откриването на дим идентифицира дим в резултат на неизправности на оборудването или други аномалии. Интегрирането с-системата за потушаване на пожар в цялото съоръжение допълнително ускорява откриването на необичайни събития.

 

Интелигентните PDU устройства могат да наблюдават параметри за единични или множество захранващи вериги, осигурявайки базата от данни за анализ на консумацията на енергия на оборудването, планиране на капацитета и диагностика на неизправности. Свързването на данни от шкафа към системата за управление на инфраструктурата на центъра за данни (DCIM) чрез комуникационни интерфейси също позволява по-централизирано управление на експлоатацията и поддръжката.

 

 

Изборът на шкаф не трябва да се основава единствено на спецификации за височина като "42U" или "48U"; фактори като размери на оборудването, изисквания за захранване, разсейване на топлината, товароносим-капацитет и разрешение за поддръжка също трябва да бъдат взети предвид.

 

За стандартните сървърни клъстери първо трябва да проверите височината и дълбочината на сървърите, след това да определите необходимия брой шкафове (U) и ефективната дълбочина на монтаж. Ако има голям обем оборудване, трябва да се разпредели място и за превключватели, PDU, организатори за управление на кабели и достъп за поддръжка.

 

За малки офиси или лаборатории шкафовете със среден{0}}до-малък- размер (като 18U стелажи) са подходящи варианти, тъй като отговарят на нуждите за инсталиране на оборудване, като същевременно минимизират физическия отпечатък.

 

За широкомащабни-центрове за данни е необходима цялостна оценка, обхващаща височината, ширината и дълбочината на корпуса, както-носещият капацитет, методите на охлаждане, капацитетът за разпределение на енергията и архитектурата на мрежовите кабели. Докато по-високите шкафове (като 48U стелажи) предлагат повече пространство за вертикално монтиране, действителното им разполагане трябва да вземе предвид височината на тавана, транспортните пътища, свободата за поддръжка и разпоредбите за пожарна безопасност.

 

За комуникационните възли на открито, в допълнение към пространството за монтаж на оборудване, критичните фактори за проверка включват степен на защита от проникване (IP), диапазон на работна температура, уплътнителна структура, метод на разсейване на топлината и устойчивост на корозия.

 

 

 

Водени от напредъка в AI сървърите, високо{0}}производителните изчисления (HPC) и крайните изчисления, шкафовете за центрове за данни се развиват към висока плътност на мощността, висок{1}}носещ капацитет, ефективно разсейване на топлината и интелигентно управление.

 

От една страна, нарастващите нива на мощност на сървъра поставят по-големи изисквания за управление на топлината към традиционните шкафове с въздушно{0}}охлаждане; приемането на течно охлаждане, технология за студена плоча и други високо-ефективни решения за управление на топлината допълнително ще повлияе върху структурния дизайн на корпуса.

 

От друга страна, тъй като плътността на оборудването в шкафовете се увеличава,електроразпределителни системитрябва да поддържа по-високи мощности, като същевременно поддържа A/B възможности за захранване, резервиране на UPS и функции за дистанционно наблюдение.

 

Освен това модулният дизайн е настроен да се превърне в ключова тенденция за системите за шкафове. Чрез използване на стандартизирани размери, регулируеми монтажни структури, модулни PDU и интелигентни компоненти за наблюдение, гъвкавостта както на първоначалната конструкция на центъра за данни, така и на последващото разширение може да бъде подобрена.

 

От гледна точка на инженерния дизайн, бъдещите шкафове няма да бъдат само отделни конструкции от ламарина-; по-скоро те ще служат като структурни интерфейси, интегриращи сървъри, електроразпределение, охлаждане, мрежова свързаност и интелигентни системи за наблюдение.

 

Следователно подходите за проектиране трябва да се изместят от фокусиране върху инсталирането на отделни части от оборудването към координирана оптимизация на цялата инфраструктура на центъра за данни.

 

Що се отнася до инженерните поръчки, изборът на шкаф изисква техническо валидиране въз основа на практически параметри-като размери на оборудването, стелажни единици (U-пространство), товар-носеща способност, управление на топлината, разпределение на мощността, управление на кабелите и среда за инсталиране-преди да бъдат финализирани конкретната структура и спецификации.