Chociaż Twoje wymagania dotyczące komputera domowego lub służbowego mogą wydawać się rozsądne. Lub nawet high-end, w zależności od przypadku użycia, po prostu nie ma porównania z mocą przetwarzania i pojemnością pamięci potrzebną dużym firmom. Nawet firma o rozsądnej wielkości będzie miała wymagania dotyczące przechowywania danych w zakresie od dziesiątek do setek terabajtów.
Zamiast tylko rozpowszechniać te dane między urządzeniami użytkowników końcowych, które mogą lub nie mogą być wyłączone lub odłączone od sieci, większość danych jest przechowywana w scentralizowanym środowisku. W mniejszych środowiskach może to być serwerownia. Mimo to są one określane jako centra danych, gdy pojemność musi być skalowana wyżej niż małe pomieszczenie.
Jakie są cele i zalety centrum danych?
Centrum danych ma być spójnie dostępnym scentralizowanym magazynem danych. Ponieważ wymagania dotyczące przechowywania i użytkowania sprzętu sieciowego i serwerów są zasadniczo takie same, jak w przypadku serwerów dyskowych zawierających surowe dane, sprzęt ten jest zwykle zgrupowany razem.
Zgrupowanie infrastruktury sieci szkieletowej sprawia, że wykonywanie kilku podstawowych zadań jest znacznie łatwiejsze i bardziej wydajne. Jednym z podstawowych czynników jest łączność. Mając wszystkie serwery, dane i infrastrukturę sieciową w jednym miejscu, stosunkowo łatwo jest je wszystkie efektywnie połączyć. Opóźnienia i przepustowość można łatwiej zoptymalizować na krótkich dystansach, co zapewnia maksymalną wydajność sieci. Dodatkową korzyścią jest to, że przebiegi kablowe są krótsze, a zatem tańsze niż byłyby, gdyby cały sprzęt był bardziej rozproszony.
Rdzeń sprzętu komputerowego wymaga również infrastruktury zewnętrznej, aby ułatwić jego bezpieczną i ciągłą pracę. Niezawodne systemy zasilania, chłodzenia, łączności i bezpieczeństwa są drogie. Są jednak droższe, jeśli musisz je powielić, a nie po prostu mieć jedną dużą konfigurację.
Czego wymaga centrum danych?
Podstawową częścią każdego centrum danych jest rzeczywisty sprzęt komputerowy. Zwykle ma to postać szaf serwerowych. Każdy stojak ma standardowy rozmiar i może pomieścić wiele standardowych urządzeń komputerowych. Rzeczywiste urządzenia są zwykle opisywane w rozmiarach „U”, przy czym „U” jest po prostu standardową jednostką wysokości. Większość szaf serwerowych ma wysokość 42 lub 48U, przy czym szafy 48U zwane są również szafami o wysokości siedmiu stóp. Podczas gdy niektóre sprzęty komputerowe są dostępne w rozmiarach 1U, większość urządzeń to 2U lub 3U, chociaż niektóre mogą być znacznie wyższe.
Dane w centrum danych muszą być dostępne, na ogół stale. Z tego powodu oczekuje się szybkich połączeń sieciowych, zarówno wewnętrznych, jak i zewnętrznych. Dodatkowo centra danych są zaprojektowane z systemami zapasowymi i redundantnymi, aby zapewnić ciągłość w przypadku najbardziej uzasadnionych incydentów.
W przypadku awarii jednego urządzenia centra danych są projektowane tak, aby mieć nadmiarowe serwery, pamięć masową i sprzęt sieciowy. Jego funkcjonalność może być natychmiast odebrana przez drugie urządzenie. Zasilacz ma również szereg kopii zapasowych, w tym zasilacze bezprzerwowe lub zasilacze UPS. Ten zapewnia wystarczającą moc, aby kontynuować pracę urządzeń, dopóki lokalne generatory nie uruchomią się, w przypadku odcięcie prądu.
Podobnie jak wszystkie urządzenia komputerowe, centra danych wymagają chłodzenia. Systemy HVAC są powszechnie używane wraz z osuszaczami, aby zapewnić, że dostarczane jest chłodne powietrze, gorące powietrze jest odprowadzane, a powietrze nie staje się zbyt wilgotne.
Przy tak dużej ilości energii elektrycznej i ciepła zawsze istnieje ryzyko pożaru. Systemy tłumienia ognia są uniwersalne, ale nie mogą polegać na systemach tryskaczowych, ponieważ spowodowałoby to tyle samo uszkodzeń wrażliwego sprzętu komputerowego, co pożar.
Bardziej subtelne wymagania i optymalizacje
Chociaż systemy przeciwpożarowe są uniwersalne w centrach danych, nie mogą być oparte na wodzie, ponieważ mogłoby to uszkodzić wrażliwą elektronikę. Zamiast tego na ogół stosuje się gazy obojętne. Kiedyś głównym wyborem był halon, dopóki nie okazało się, że jest to szkodliwe dla warstwy ozonowej. Nowoczesne systemy zazwyczaj wykorzystują azot. Koncepcja polega po prostu na zalaniu azotem całego centrum danych, wtłaczając tlen potrzebny do wypalenia ognia przez otwory wentylacyjne nadciśnieniowe.
Chociaż jest to bardzo skuteczne w gaszeniu pożarów, jest również zabójcze. W atmosferze bogatej w azot i ubogiej w tlen możesz zemdleć z powodu uduszenia w ciągu kilku sekund. Azot jest bezbarwny, bezwonny i bez smaku, więc nie ma ostrzeżenia o niebezpieczeństwie. W związku z tym systemy przeciwpożarowe uruchamiają alarm wstępny, który ostrzega wszystkich znajdujących się w środku, aby natychmiast opuścić lub dostać się do bezpiecznego obszaru wyposażonego w zbiorniki tlenu i maski oddechowe. Po krótkim czasie umożliwiającym ludziom dotarcie w bezpieczne miejsce, gaz jest szybko wrzucany do centrum danych, gasząc pożar.
Centra danych często mają podniesione podłogi. Daje to wiele korzyści. Główną zaletą jest to, że w przypadku powodzi jest więcej miejsca na podnoszenie się wody, zanim wystąpią jakiekolwiek rzeczywiste szkody. Podniesione podłogi umożliwiają również prowadzenie kabli pod podłogą. Jednak wiele osób decyduje się na prowadzenie kabli napowietrznych, aby ułatwić dostęp. Zapewnia to również wygodną metodę dostarczania chłodnego powietrza w połączeniu z porowatymi płytkami podłogowymi.
Umieszczając korytarze szaf serwerowych w naprzemiennych kierunkach, można tworzyć korytarze zimne i gorące. Zimne powietrze może być pobierane z zimnych przejść, a gorące powietrze może być wydmuchiwane, a następnie usuwane z gorących przejść. Taki układ pomaga zoptymalizować dostarczanie zasobów HVAC.
Hiperskalery i kolokacja
Wdrożenie całej infrastruktury centrum danych jest kosztowne. Może to być szczególnie trudne dla firm, które mają duże wymagania w zakresie danych i przetwarzania, ale mają obecnie ograniczone fundusze. Może to również stanowić problem dla firm, które nie potrzebują wystarczającej powierzchni, aby umożliwić osiągnięcie korzyści skali. Aby wypełnić tę lukę na rynku, wiele firm tworzy centra danych o zbyt dużej pojemności, a następnie wynajmuje część tej pojemności firmom. Centra danych z wieloma najemcami są określane jako kolokacja.
Szczególnie w środowiskach kolokacji bezpieczeństwo jest niezbędne. W przypadku dużej ilości potencjalnie wrażliwych danych pochodzących od wielu podmiotów ważne są zabezpieczenia sieciowe i fizyczne. Centra danych są bardzo ostrożne w obu przypadkach, zapewniając starannie odseparowane sieci dla poszczególnych klientów, dzięki czemu żadne dane nie mogą wyciekać przez sieć. Dostęp fizyczny jest często trudny do zorganizowania, często wymaga wcześniejszej autoryzacji.
Dostęp do lokalizacji wewnętrznych jest na ogół ograniczony dzięki oddzielnym zamkniętym pokojom, a nawet zamkniętym klatkom zawierającym mniejsze zestawy szaf serwerowych. „Pułapki na ludzi” to pomocna funkcja, która zasadniczo działa jak śluza powietrzna, umożliwiając szybką odmowę dostępu w punkcie wejścia przy minimalnym ryzyku dla personelu. Dzienniki dostępu są również pomocne ze względów bezpieczeństwa, dzięki czemu pracownicy ochrony mogą mieć pewność, że budynek został w pełni ewakuowany, na przykład w przypadku pożaru.
Wiele największych centrów danych jest własnością hiperskalerów. Są to ogromne firmy technologiczne, takie jak Google, Amazon i Microsoft. Kupują ogromne ilości sprzętu, aw niektórych przypadkach dzierżawią do niego dostęp. W ich przypadkach dostęp jest zazwyczaj zwirtualizowany, a nie fizyczny. Wirtualizacja może zapewnić lepszą wydajność wykorzystania zasobów systemowych i umożliwia łatwe skalowanie w razie potrzeby.
Lokalizacja i inne czynniki
Lokalizacja centrum danych jest niezbędna. Niezwykle ważne jest, aby znajdować się w pobliżu dużego źródła zasilania, węzła szybkiej infrastruktury sieciowej i fizycznej infrastruktury transportowej. Inne rozważania obejmują zagrożenia dla środowiska, takie jak trzęsienia ziemi, wybuchy wulkanów, powodzie i huragany. Klimat jest również ważnym czynnikiem. Chłodniejsze lokalizacje mają niższe temperatury powietrza otoczenia, co wymaga mniejszego chłodzenia przed dostarczeniem do centrum danych. Pomaga to obniżyć koszty operacyjne. W niektórych testach małe centra danych zostały nawet umieszczone pod wodą. Wykorzystali prądy chłodnej, płynącej wody, aby zapewnić jeszcze skuteczniejsze i tańsze chłodzenie.
Modułowość jest również krytycznym czynnikiem. Z biegiem czasu sprzęt komputerowy rozwija się, a obecne technologie stają się przestarzałe. Przestarzały sprzęt jest często zarówno mniej wydajny, jak i mniej energooszczędny. Wymaga to regularnego cyklu aktualizacji. Modułowość umożliwia ciągłe aktualizacje kroczące, rozkładając koszty początkowe na wiele budżetów rocznych. Umożliwia również nieprzerwany czas pracy bez przerw w działaniu usług, nawet w przypadku przeprowadzania uaktualnień na dużą skalę.
Istotnym czynnikiem jest również pojemność magazynowa. Chociaż duże centra danych mogą być opłacalne, generalnie empirycznie tańsze jest zapotrzebowanie na mniej miejsca. Właściciele centrów danych, zwłaszcza hiperskalujący, często wydają fortuny na nośniki pamięci o bardzo dużej gęstości. Na przykład korporacyjny dysk SSD o pojemności 1 TB może kosztować tyle samo, co korporacyjny dysk twardy o pojemności 10 TB i zapewniać znacznie wyższą wydajność. Wciąż jednak potrzeba znacznie więcej szaf serwerowych i serwerów dyskowych, aby zapewnić taką samą całkowitą pojemność pamięci masowej.
Zwiększa to przestrzeń i często koszty energii oraz wymaga dodatkowego chłodzenia itp. Ta ekonomia skali jest powodem, dla którego dostępnych jest wiele ogromnych dysków, które są bardzo drogie. Nie są przeznaczone dla przeciętnego konsumenta. Są przeznaczone dla hiperskalerów, które zapłacą prawie wszystko za poprawę wydajności przestrzeni.
Wniosek
Centra danych są większym kuzynem serwerowni. Łączą one w jednym miejscu podstawowy sprzęt komputerowy, taki jak sprzęt sieciowy, pojemność pamięci masowej, moc obliczeniowa i funkcjonalność serwera. Pozwala to na osiągnięcie ekonomii skali i upraszcza łączność. W projektowaniu centrum danych istnieje wiele czynników projektowych. Centra danych muszą być jednak ogromne, aby w pełni wykorzystać ekonomię skali.
W tej skali są one na ogół znacznie większe niż większość firm potrzebuje, więc przestrzeń można wynajmować mniejszym firmom, zapewniając korzyści ekonomiczne dla obu stron. Centra danych często znajdują się w niestandardowych obiektach. Jednak niektórzy ponownie wykorzystują niewykorzystaną powierzchnię biurową, a niektórzy nawet znajdują się w starych, nowych bunkrach atomowych.