Co to jest centrum danych?

Podczas gdy 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 obliczeniową i pojemnością pamięci potrzebną dużym firmom. Nawet firma o rozsądnej wielkości będzie miała wymagania dotyczące przechowywania danych w dziesiątkach do setek terabajtów.

Zamiast tylko rozpowszechniać te dane na urządzeniach użytkowników końcowych, które 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 większa niż w małym pomieszczeniu.

Jakie są cele i zalety centrum danych?

Centrum danych ma być stale dostępnym scentralizowanym magazynem danych. Ponieważ wymagania dotyczące przechowywania i użytkowania sprzętu sieciowego i serwerów są zasadniczo takie same jak w przypadku serwerów dyskowych zawierających nieprzetworzone dane, sprzęt ten jest zwykle grupowany razem.

Zgrupowanie infrastruktury sieci rdzeniowej sprawia, że ​​wykonywanie kilku podstawowych zadań jest znacznie łatwiejsze i wydajniejsze. Jednym z głównych czynników jest łączność. Dzięki wszystkim serwerom, danym i infrastrukturze sieciowej w jednym miejscu stosunkowo łatwo jest skutecznie je połączyć. Opóźnienia i przepustowość są łatwiejsze do optymalizacji na krótkich dystansach, co pozwala na uzyskanie maksymalnej wydajności sieci. Dodatkową korzyścią jest to, że przebiegi kablowe są krótsze, a zatem tańsze niż w przypadku bardziej rozproszonego sprzętu.

Podstawowy sprzęt komputerowy potrzebuje również infrastruktury zewnętrznej, aby umożliwić jego bezpieczną i ciągłą pracę. Niezawodne systemy zasilania, chłodzenia, łączności i bezpieczeństwa są drogie. Są jednak droższe, jeśli trzeba je powielić, zamiast po prostu mieć jedną dużą konfigurację.

Czego wymaga centrum danych?

Podstawową częścią każdego centrum danych jest właściwy sprzęt komputerowy. Zwykle ma to postać szaf serwerowych. Każda szafa ma standardowy rozmiar i może pomieścić wiele urządzeń komputerowych o standardowych rozmiarach. Rzeczywiste urządzenia są zwykle opisywane w rozmiarach „U”, przy czym „U” jest po prostu standardową jednostką wysokości. Większość szaf serwerowych ma wysokość 42 lub 48 U, z szafami 48 U zwanymi również szafami siedmiostopowymi. Chociaż niektóre urządzenia 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, zazwyczaj w sposób ciągły. Z tego powodu oczekuje się szybkiej sieci zarówno wewnętrznej, jak i zewnętrznej. Ponadto centra danych są projektowane z systemami zapasowymi i redundantnymi, aby zapewnić ciągłość działania w przypadku najbardziej uzasadnionych incydentów.

Jeśli jedno urządzenie ulegnie awarii, centra danych są projektowane tak, aby miały nadmiarowe serwery, pamięć masową i sprzęt sieciowy. Jego funkcjonalność może być natychmiast przejęta przez dodatkowe urządzenie. Zasilacz posiada również szereg kopii zapasowych, w tym zasilacze awaryjne (UPS) czy zasilacze awaryjne (UPS). Zapewnia to wystarczającą moc do kontynuowania pracy urządzeń, dopóki lokalne generatory nie włączą się w przypadku przerwy w dostawie prądu.

Podobnie jak wszystkie urządzenia komputerowe, centra danych wymagają chłodzenia. Systemy HVAC są powszechnie stosowane wraz z osuszaczami, aby zapewnić dostarczanie chłodnego powietrza, odprowadzanie gorącego powietrza i zapobieganie nadmiernej wilgotności powietrza.

Przy tak dużej ilości elektryczności i ciepła zawsze istnieje ryzyko pożaru. Systemy przeciwpożarowe 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. Pierwotnym wyborem był halon, dopóki nie stwierdzono, że jest szkodliwy dla warstwy ozonowej. Nowoczesne systemy zazwyczaj wykorzystują azot. Koncepcja polega po prostu na zalaniu całego centrum danych azotem, przepychając tlen potrzebny do wypalenia ognia przez otwory wentylacyjne nadciśnieniowe.

Chociaż jest to bardzo skuteczne w gaszeniu pożarów, jest również śmiertelne. W atmosferze bogatej w azot i ubogiej w tlen możesz stracić przytomność 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 każdą osobę znajdującą się w środku, aby natychmiast opuściła pomieszczenie lub udała się do bezpiecznego obszaru wyposażonego w butle z tlenem i maski oddechowe. Po krótkim czasie potrzebnym na dotarcie ludzi w bezpieczne miejsce, gaz jest szybko wrzucany do centrum danych, gasząc pożar.

Centra danych często mają podniesione podłogi. Daje to wiele korzyści. Podstawową zaletą jest to, że w przypadku powodzi jest więcej miejsca na podnoszenie się wody, zanim wystąpią jakiekolwiek rzeczywiste szkody spowodowane przez wodę. Podniesione podłogi umożliwiają również prowadzenie kabli pod podłogą. Jednak wielu decyduje się na prowadzenie okablowania napowietrznego, aby ułatwić dostęp. Zapewnia to również wygodną metodę dostarczania chłodnego powietrza w połączeniu z porowatymi płytkami podłogowymi.

Centra danych pozwalają na stosowanie krótkich kabli i często prowadzą dłuższe kable nad głową.

Ustawiając korytarze szaf serwerowych w naprzemiennych kierunkach, możliwe jest tworzenie zimnych i gorących korytarzy. Chłodne powietrze może być pobierane z zimnych korytarzy, a gorące powietrze może być usuwane, a następnie usuwane z gorących korytarzy. Taki układ pomaga zoptymalizować udostępnianie zasobów HVAC.

Hiperskalery i kolokacja

Wdrożenie całej infrastruktury centrum danych jest kosztowne. Może to być szczególnie trudne dla firm o dużych wymaganiach dotyczących danych i przetwarzania, ale obecnie ograniczonych funduszach. Może to również stanowić problem dla firm, które nie potrzebują wystarczającej powierzchni, aby uruchomić ekonomię skali. Aby wypełnić tę lukę na rynku, wiele firm buduje centra danych o zbyt dużej pojemności, a następnie wynajmuje część tej pojemności do firmy. Centra danych z wieloma najemcami tego typu nazywane są kolokacją.

Szczególnie w środowiskach kolokacyjnych bezpieczeństwo ma kluczowe znaczenie. W przypadku dużej ilości potencjalnie wrażliwych danych pochodzących od różnych stron ważne jest bezpieczeństwo sieci i fizyczne. Centra danych są bardzo ostrożne w obu kwestiach, udostępniając poszczególnym klientom starannie segregowane sieci, aby żadne dane nie mogły wyciekać przez sieć. Dostęp fizyczny jest często trudny do zorganizowania i często wymaga wcześniejszej autoryzacji.

Dostęp do lokalizacji wewnętrznych jest generalnie ograniczony w przypadku oddzielnych zamkniętych pomieszczeń, a nawet zamkniętych klatek zawierających mniejsze rzędy szaf serwerowych. „Pułapki na ludzi” to przydatna 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 personel odpowiedzialny za bezpieczeństwo może mieć pewność, że budynek został całkowicie ewakuowany na przykład w przypadku pożaru.

Centra danych często mają wiele warstw zabezpieczeń fizycznych, w tym klatki wokół szaf serwerowych.

Wiele największych centrów danych należy do 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 efektywność wykorzystania zasobów systemowych i umożliwia łatwe skalowanie w razie potrzeby.

Lokalizacja i inne czynniki

Lokalizacja centrum danych ma kluczowe znaczenie. Bardzo ważne jest, aby znajdować się w pobliżu dużego źródła zasilania, szybkiego węzła infrastruktury sieciowej i fizycznej infrastruktury transportowej. Inne kwestie obejmują zagrożenia dla środowiska, takie jak trzęsienia ziemi, wybuchy wulkanów, powodzie i huragany. Dużym czynnikiem jest również klimat. Chłodniejsze lokalizacje mają niższą temperaturę 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 chłodne prądy płynącej wody, aby zapewnić jeszcze skuteczniejsze i tańsze chłodzenie.

Kluczowym czynnikiem jest również modułowość. 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 następnie regularnego cyklu aktualizacji. Modułowość umożliwia ciągłe aktualizacje, rozkładając koszty początkowe na wiele rocznych budżetów. Zapewnia również nieprzerwany czas pracy bez przerw w działaniu usługi, nawet podczas przeprowadzania aktualizacji na dużą skalę.

Istotnym czynnikiem jest również pojemność pamięci masowej. Podczas gdy duże centra danych mogą być opłacalne, generalnie mniej miejsca jest empirycznie tańsze. Właściciele centrów danych, zwłaszcza hiperskalerzy, 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 oferować znacznie wyższą wydajność. Mimo to potrzeba znacznie więcej szaf serwerowych i serwerów dyskowych, aby zapewnić taką samą łączną 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 pamięci masowej, które są bardzo drogie. Nie są przeznaczone dla przeciętnego konsumenta. Są przeznaczone dla hiperskalerów, którzy zapłacą prawie wszystko za lepszą wydajność przestrzeni.

Wniosek

Centra danych są większymi kuzynami serwerowni. Łączą podstawowy sprzęt komputerowy, taki jak sprzęt sieciowy, pojemność pamięci masowej, moc obliczeniowa i funkcjonalność serwera w jednym miejscu. Pozwala to na uzyskanie korzyści skali i upraszcza łączność. W projektowaniu centrum danych bierze się pod uwagę wiele czynników projektowych. Jednak centra danych muszą być ogromne, aby w pełni wykorzystać korzyści skali.

W tej skali są one na ogół znacznie większe niż potrzebuje większość firm, więc przestrzeń można wynajmować mniejszym firmom, zapewniając korzyści ekonomiczne dla obu stron. Centra danych są często zlokalizowane w obiektach budowanych na zamówienie. Jednak niektóre ponownie wykorzystują niewykorzystaną przestrzeń biurową, a niektóre nawet znajdują się w starych, nowych bunkrach nuklearnych.