في حين أن متطلباتك الخاصة بجهاز كمبيوتر في المنزل أو العمل قد تبدو معقولة. أو حتى المتطور ، اعتمادًا على حالة الاستخدام الخاصة بك ، فإنه لا يقارن ببساطة بقوة المعالجة وسعة التخزين التي تحتاجها الشركات الكبيرة. حتى الشركات ذات الحجم المعقول سيكون لديها متطلبات تخزين البيانات في عشرات إلى مئات تيرابايت.
بدلاً من توزيع هذه البيانات فقط عبر أجهزة المستخدم النهائي التي قد يتم إيقاف تشغيلها أو فصلها عن الشبكة ، يتم تخزين معظم البيانات في بيئة مركزية. في البيئات الأصغر ، قد تكون هذه غرفة خادم. ومع ذلك ، يشار إليها باسم مراكز البيانات عندما تحتاج السعة إلى زيادة حجمها عن غرفة صغيرة.
ما هي أغراض ومزايا مركز البيانات؟
يُقصد بمركز البيانات أن يكون مخزن بيانات مركزيًا متاحًا باستمرار. نظرًا لأن متطلبات التخزين والاستخدام لمعدات وخوادم الشبكات هي في الأساس نفس خوادم الأقراص التي تحتوي على البيانات الأولية ، يتم عادةً تجميع هذه الأجهزة معًا.
يؤدي تجميع البنية الأساسية للشبكة الأساسية معًا إلى جعل أداء العديد من المهام الأساسية أسهل وأكثر كفاءة. أحد العوامل الأساسية هو الاتصال. مع وجود جميع الخوادم والبيانات والبنية التحتية للشبكة في مكان واحد ، يكون من السهل نسبيًا توصيلها معًا بكفاءة. من الأسهل تحسين وقت الاستجابة والنطاق الترددي عبر المسافات القصيرة ، مما يتيح أقصى أداء للشبكة. كمكافأة إضافية ، تكون عمليات تشغيل الكبلات أقصر وبالتالي أرخص مما لو كانت جميع الأجهزة موزعة بشكل أكبر.
تحتاج أجهزة الحوسبة الأساسية أيضًا إلى بنية تحتية خارجية لتسهيل تشغيلها الآمن والمستمر. إن أنظمة الطاقة والتبريد والاتصال والسلامة الموثوقة كلها باهظة الثمن. ومع ذلك ، فهي أكثر تكلفة إذا كان عليك تكرارها بدلاً من مجرد إعداد واحد كبير.
ماذا يتطلب مركز البيانات؟
الجزء الأساسي لأي مركز بيانات هو أجهزة الحوسبة الفعلية. يأتي هذا عادةً في شكل رفوف الخادم. كل رف بحجم قياسي ويمكن أن يأخذ العديد من أجهزة الحوسبة ذات الحجم القياسي. عادةً ما يتم وصف الأجهزة الفعلية بأحجام "U" ، مع كون الحرف "U" مجرد وحدة ارتفاع قياسية. معظم رفوف الخوادم يبلغ ارتفاعها 42 أو 48U ، مع رفوف 48U تسمى أيضًا رفوف سبعة أقدام. في حين أن بعض أجهزة الكمبيوتر تأتي بأحجام 1U ، فإن معظم الأجهزة 2U أو 3U ، على الرغم من أن بعضها قد يكون أطول من ذلك بكثير.
يجب أن تكون البيانات الموجودة في مركز البيانات متاحة بشكل عام بشكل دائم. لهذا السبب ، يُتوقع توصيل شبكي عالي السرعة داخليًا وخارجيًا. بالإضافة إلى ذلك ، تم تصميم مراكز البيانات بأنظمة احتياطية وفائضة عن الحاجة لتوفير الاستمرارية في حالة معظم الحوادث المعقولة.
في حالة فشل أحد الأجهزة ، يتم تصميم مراكز البيانات بحيث تحتوي على خوادم وتخزين وأجهزة شبكة زائدة عن الحاجة. يمكن التقاط وظائفها على الفور بواسطة جهاز ثانوي. يحتوي مصدر الطاقة أيضًا على سلسلة من النسخ الاحتياطية ، بما في ذلك مزودات الطاقة غير المنقطعة أو UPS. هذه يوفر طاقة كافية لمواصلة تشغيل الأجهزة حتى يتم تشغيل المولدات المحلية ، في حالة حدوث انقطاع التيار.
مثل جميع أجهزة الحوسبة ، تتطلب مراكز البيانات التبريد. تُستخدم أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء (HVAC) بشكل شائع جنبًا إلى جنب مع أجهزة إزالة الرطوبة لضمان توفير الهواء البارد واستخراج الهواء الساخن وعدم تعرض الهواء للرطوبة الشديدة.
مع وجود الكثير من الكهرباء والحرارة ، هناك دائمًا فرصة لاشعال حريق. تعد أنظمة إخماد الحرائق عالمية ، لكن لا يمكنها الاعتماد على أنظمة الرش لأن ذلك قد يتسبب في ضرر كبير لأجهزة الكمبيوتر الحساسة مثل الحريق.
المزيد من المتطلبات والتحسينات الدقيقة
على الرغم من أن أنظمة إخماد الحرائق عالمية في مراكز البيانات ، إلا أنه لا يمكن أن تكون قائمة على الماء لأن ذلك قد يؤدي إلى إتلاف الإلكترونيات الحساسة. بدلاً من ذلك ، يتم استخدام الغازات الخاملة بشكل عام. كان الخيار الأساسي هو الهالون حتى وجد أنه سيئ لطبقة الأوزون. عادة ما تستخدم الأنظمة الحديثة النيتروجين. المفهوم هو ببساطة إغراق مركز البيانات بأكمله بالنيتروجين ، ودفع الأكسجين اللازم للحريق ليحترق من خلال فتحات الضغط الزائد.
في حين أن هذا فعال للغاية في إخماد الحرائق ، إلا أنه مميت أيضًا. في جو غني بالنيتروجين يفتقر إلى الأكسجين ، يمكنك الخروج من الاختناق في ثوانٍ. النيتروجين عديم اللون والرائحة والمذاق ، لذلك لا يوجد تحذير من الخطر. على هذا النحو ، تصدر أنظمة إخماد الحرائق إنذارًا مسبقًا ينبه أي شخص بالداخل للمغادرة فورًا أو الوصول إلى منطقة آمنة مزودة بخزانات الأكسجين وأقنعة التنفس. بعد فترة قصيرة من وصول الناس إلى بر الأمان ، يتم إلقاء الغاز بسرعة في مركز البيانات ، مما يؤدي إلى إطفاء الحريق.
غالبًا ما تحتوي مراكز البيانات على طوابق مرتفعة. هذا يوفر العديد من المزايا. الميزة الأساسية هي أنه في حالة حدوث فيضان ، هناك مجال أكبر لارتفاع المياه قبل حدوث أي ضرر فعلي بالمياه. تسمح الأرضيات المرتفعة أيضًا بتشغيل الكابلات تحت الأرض. ومع ذلك ، يختار العديد تشغيل الكابلات العلوية لتسهيل الوصول. يوفر هذا أيضًا طريقة ملائمة لتوفير هواء بارد عند دمجه مع بلاط الأرضيات المسامي.
من خلال وضع ممرات رفوف الخوادم في اتجاهات متناوبة ، من الممكن إنشاء ممرات باردة وساخنة. يمكن استخلاص الهواء البارد من الممرات الباردة ، ويمكن استنفاد الهواء الساخن ثم إزالته من الممرات الساخنة. يساعد هذا التخطيط على تحسين توفير موارد HVAC.
Hyperscalers و Colocation
يعد تنفيذ جميع البنية التحتية لمركز البيانات مكلفًا. قد يكون هذا صعبًا بشكل خاص بالنسبة للشركات التي لديها بيانات كثيرة ومتطلبات معالجة ولكن أموالها محدودة حاليًا. يمكن أن يمثل أيضًا مشكلة للشركات التي لا تحتاج إلى مساحة كافية للسماح بتحقيق وفورات الحجم. لسد هذه الفجوة في السوق ، قامت العديد من الشركات بإنشاء مراكز بيانات ذات سعات كبيرة للغاية ثم تأجير أجزاء من هذه السعة للشركات. يشار إلى مراكز البيانات ذات المستأجرين المتعددين مثل هذه بالموقع المشترك.
خاصة في بيئات الاستضافة ، الأمن ضروري. مع وجود الكثير من البيانات التي يحتمل أن تكون حساسة من أطراف متعددة ، فإن أمان الشبكة والأمان المادي مهمان. تتوخى مراكز البيانات الحذر الشديد بشأن كليهما ، حيث توفر شبكات منفصلة بعناية للعملاء الفرديين بحيث لا يمكن تسريب أي بيانات عبر الشبكة. غالبًا ما يكون ترتيب الوصول المادي معقدًا ، وغالبًا ما يتطلب إذنًا مسبقًا.
الوصول إلى المواقع الداخلية محدود عمومًا بغرف مقفلة منفصلة وحتى أقفاص مقفلة تحتوي على بنوك أصغر من رفوف الخادم. "المصائد البشرية" هي ميزة مفيدة تعمل بشكل أساسي مثل غرفة معادلة الضغط ، مما يسمح بمنع الوصول بسرعة عند نقطة الدخول مع الحد الأدنى من المخاطر على الأفراد. تعد سجلات الوصول مفيدة أيضًا لأغراض السلامة ، لذلك يمكن لموظفي السلامة التأكد من أن المبنى قد تم إخلاءه بالكامل في حالة نشوب حريق ، على سبيل المثال.
العديد من أكبر مراكز البيانات مملوكة من قبل فائقين. هذه شركات تقنية ضخمة مثل Google و Amazon و Microsoft. يشترون كميات هائلة من الأجهزة ، وفي بعض الحالات يؤجرون الوصول إليها. في حالاتهم ، يكون الوصول عادةً افتراضيًا وليس ماديًا. يمكن أن توفر المحاكاة الافتراضية كفاءة محسّنة في استخدام موارد النظام ويمكن أن تتيح سهولة القياس عند الحاجة.
الموقع وعوامل أخرى
موقع مركز البيانات ضروري. من الأهمية بمكان أن تكون بالقرب من مصدر طاقة كبير ومحور البنية التحتية للشبكات عالية السرعة والبنية التحتية المادية للنقل. تشمل الاعتبارات الأخرى المخاطر البيئية ، مثل الزلازل والبراكين والفيضانات والأعاصير. المناخ هو أيضا عامل كبير. تحتوي المواقع الأكثر برودة على درجات حرارة منخفضة للهواء المحيط ، مما يتطلب تبريدًا أقل قبل توفيره في مركز البيانات. هذا يساعد على تقليل تكاليف التشغيل. في بعض الاختبارات ، تم وضع مراكز البيانات الصغيرة تحت الماء. لقد استخدموا التيارات المائية المتدفقة الباردة لتوفير تبريد أكثر فعالية وأرخص تكلفة.
النمطية هي أيضا عامل حاسم. مع مرور الوقت ، تقدم أجهزة الحوسبة ، وأصبحت التقنيات الحالية عفا عليها الزمن. غالبًا ما تكون الأجهزة القديمة أقل أداءً وأقل كفاءة في استخدام الطاقة. هذا يتطلب بعد ذلك دورة ترقية منتظمة. نمطية تمكن من ترقيات مستمرة مستمرة ، وتوزيع التكاليف الأولية على ميزانيات سنوية متعددة. كما أنه يتيح وقت التشغيل المستمر دون انقطاع الخدمة ، حتى عند إجراء ترقيات على نطاق واسع.
سعة التخزين هي أيضا عامل مهم. على الرغم من أن مراكز البيانات الكبيرة يمكن أن تكون فعالة من حيث التكلفة ، إلا أنه من الأرخص من الناحية التجريبية أن تحتاج إلى مساحة أقل. غالبًا ما ينفق مالكو مراكز البيانات ، وخاصة أدوات القياس الفائقة ، ثرواتهم على وسائط تخزين عالية الكثافة للغاية. على سبيل المثال ، قد يكلف محرك أقراص الحالة الصلبة SSD الخاص بالمؤسسات سعة 1 تيرابايت نفس تكلفة محرك الأقراص الثابتة الخاص بالمؤسسات بسعة 10 تيرابايت ويقدم أداءً أعلى بكثير. ومع ذلك ، هناك حاجة إلى المزيد من رفوف الخوادم وخوادم الأقراص لتوفير نفس سعة التخزين الإجمالية.
يؤدي ذلك إلى زيادة المساحة وتكاليف الطاقة في كثير من الأحيان ويتطلب تبريدًا إضافيًا وما إلى ذلك. هذا الاقتصاد في الحجم هو سبب توفر العديد من محركات أقراص التخزين الضخمة باهظة الثمن للغاية. إنها ليست مخصصة للمستهلك العادي. إنها مخصصة للأشخاص الذين يستخدمون فائق السرعة الذين سيدفعون أي شيء تقريبًا مقابل تحسين كفاءة المساحة.
استنتاج
مراكز البيانات هي ابن عم غرفة الخادم الأكبر. فهي تجمع بين أجهزة الحوسبة الأساسية مثل معدات الشبكات وسعة التخزين وقوة المعالجة ووظائف الخادم ، كل ذلك في مكان واحد. هذا يسمح لاقتصاديات الحجم أن تبدأ وتبسط الاتصال. هناك العديد من عوامل التصميم في تصميم مركز البيانات. ومع ذلك ، يجب أن تكون مراكز البيانات ضخمة للاستفادة الحقيقية من وفورات الحجم.
في هذا النطاق ، تكون بشكل عام أكبر بكثير مما تحتاجه معظم الشركات ، لذلك يمكن تأجير المساحة للشركات الأصغر ، مما يوفر مزايا اقتصادية لكلا الطرفين. غالبًا ما توجد مراكز البيانات في منشآت مخصصة. ومع ذلك ، فإن البعض يعيد استخدام المساحات المكتبية غير المستخدمة ، والبعض الآخر يقع في المخابئ النووية القديمة الجديدة.