Модульные центры обработки данных: растущая популярность и преимущества

В условиях современного рынка традиционные ЦОД стали «неповоротливыми»: они не способны подстраиваться к постоянно растущим объемам обрабатываемой информации и увеличению числа потребителей. В основе традиционных ЦОД лежат принципы «одна комплектация на один проект» и «одна машина на одну задачу», что отрицательно сказывается на производительности. Сервер тесно связан со вспомогательными системами – электроснабжением, охлаждением и т.п. Отсюда следует проблема наращивания мощности ЦОД: малейшие изменения могут вызвать отрицательный побочный эффект во всей системе. Решить эту проблему можно с помощью дополнительного управляющего программного обеспечения, однако из-за избытка выполняемых приложений системы питания и охлаждения все равно едва справляются с нагрузкой.

ЦОД нового поколения состоят из функциональных модулей, смонтированных согласно промышленным стандартам. Помещение ЦОД разделено на независимые зоны. Каждая зона формируется отдельно в зависимости от требуемой конфигурации и силовой нагрузки. Системы питания, прецизионного охлаждения, мониторинга и управления расположены в отдельных модульных блоках. Это необходимо для того, что они могли функционировать независимо от общих ресурсов. Модульная система дает ряд преимуществ новому поколению ЦОД. «Громоздкие традиционные дата-центры остались в прошлом», – считает специализирующийся на этой теме научный сотрудник исследовательской и консалтинговой компании IDC Мишель Бейли (Michelle Bailey). В ближайшие 5 лет концепция модульных ЦОД должна полностью вытеснить традиционную схему построения. ЦОД нового поколения можно использовать на любом предприятии, независимо от его масштаба и сферы деятельности. Со временем, по мере расширения бизнеса и увеличения требований к обработке данных, мощность ЦОД достаточно просто увеличить.

1. Рынок требует создания компактных модульных ЦОД

   • 1.1 Модульные ЦОД – одна из актуальных тем государственной политики

     В своих выступлениях представители государственных органов подчеркивают важность энергетической эффективности и применения новых технологий при строительстве ЦОД. Показатели энергосбережения модульных ЦОД наряду с преимуществами их проектирования, монтажа оборудования и пространственной оптимизации полностью отвечают последним тенденциям государственной политики. Именно поэтому ЦОД, имеющие модульную конструкцию, становятся сегодня все более востребованными на рынке.

   • 1.2 Поддержка идеи модульных ЦОД производителями

     Производители инфраструктуры и традиционных ИБП все активнее конкурируют на рынке модульных ЦОД. Крупные предприятия позитивно восприняли идею центров обработки данных нового поколения и уже приступили к выпуску комплектующих.

   • 1.3 Преимущества модульных ЦОД для пользователей
     

     Тарифы на электроэнергию постоянно растут, поэтому предприятия уделяют особое внимание оптимизации загрузки и экономичности энергопотребления ЦОД. Модульные ЦОД имеют ряд преимуществ по сравнению с традиционными аналогами. Расходы на проектирование и установку «под ключ» модульных ЦОД на 30% ниже. Модули собираются на заводе, а следовательно, сокращаются затраты на проведение монтажных работ. На полный ввод системы в эксплуатацию требуется всего лишь несколько недель.

     Модульный ЦОД можно быстро смонтировать и запустить в филиалах предприятия или временно для выполнения разовых задач. Система обретает работоспособность сразу после подведения электропитания, водоснабжения и локальной сети, после чего можно продолжать дальнейший монтаж. Интернет провайдеры, поставщики телекоммуникационных услуг и крупные предприятия уже начали экспериментировать с модульными конструкциями. Выбор в их пользу сделали такие ведущие мировые игроки рынка, как IBM, Microsoft и Google, а также многие китайские корпорации и сетевые компании, среди которых можно отметить Baidu, Alibaba и Tencent. Все они сразу ощутили преимущества нового подхода: экономию времени на операциях монтажа, снижение энергопотребления и меньшую стоимость оборудования.

2. Описание и характеристики модульного ЦОД

   Модульные центры обработки данных отвечают таким современным тенденциям, как облачные вычисления, виртуализация, централизация и высокая плотность данных. Модульная конструкция помогает увеличить производительность ЦОД, сократить энергозатраты и, если в этом возникает потребность, быстро нарастить мощность. Конструкция включает в себя различные модули, которые функционируют независимо друг от друга и совместимы по интерфейсам ввода-вывода. Модули в разных стойках могут дублировать друг друга. Модульные ЦОД легко интегрируются, соответствуют стандартам, обладают высокой производительностью, интеллектуальным интерфейсом и гибкостью. В них организована надежная распределенная среда обработки данных.

   Модульные ЦОД призваны стать основой для удовлетворения требований к ИТ-инфраструктуре завтрашнего дня, таких как стандартизация, автономность, виртуализация, гибкость, загруженность ресурсов, бесперебойное интеллектуальное управление ЦОД, автоматизация процессов, непрерывность функционирования (надежность и быстрое восстановление после аварий), доступность (взаимодействие подразделений компании, общая инфраструктура, данные и приложения), быстрое реагирование на изменение объема передаваемых данных (с привлечением или освобождением дополнительных ресурсов), энергосбережение и ограничение углеродных выбросов.

3. Переход на модульную конструкцию для решения проблем ЦОД

   • 3.1 Проблемы, с которыми сталкиваются традиционные ЦОД
     
     • 3.1.1 Долгий процесс строительства

       По статистике, реализация проекта ЦОД (планирование, проектирование и монтаж системы) занимает более года. На рис.1 изображена типичная схема проекта. Много времени уходит на разработку алгоритма функционирования традиционного ЦОД – именно поэтому процесс настолько затянут. В проекте ЦОД обычно выделяют стадии принятия решения, подготовки, выполнения строительно-монтажных работ и ввода в эксплуатацию.

       

       Рис. 1. Схема проекта ЦОД

       • Принятие решения: в эту стадию входят предварительный и окончательный анализ задачи. На этой стадии определяется, какого объема расходов потребует строительство.
       • Подготовка: планирование, проектирование и подготовка к строительству ЦОД.
       • Строительно-монтажные работы: сюда входит поставка оборудования, строительство здания и монтаж системы. Строительство и монтаж – это основная часть работы: именно здесь рабочая документация по проекту получает материальное воплощение. Для начала строительства необходимо одобрение службы инженерно-технологического надзора. Стадия строительно-монтажных работ является основной во всем процессе.
       • Ввод в эксплуатацию: на этой стадии проводят настройку и тестирование системы, приемку работ и сдачу объекта.

       В среднем на строительство ЦОД уходит около 400 дней (или даже больше, если требуется провести значительный объем подготовительных работ). В наши дни, когда бизнес-требования динамично меняются, такой срок категорически неприемлем.

     • 3.1.2 Ограниченные возможности наращивания вычислительной мощности

       Гибкость масштабирования важна для адаптации бизнеса к текущей обстановке. Мощность системы рассчитывается с учетом прогноза развития бизнеса, однако не всегда удается точно предугадать ситуацию на ближайшие 3-4 года. Дело обстоит еще хуже, если проект разрабатывается с учетом только текущих данных и не предусматривает каких-либо дальнейших изменений. В этом случае для увеличения мощности приходится жертвовать бесперебойностью работы и увеличивать эксплуатационные издержки. Исследования показывают, что при нормальной работе используется лишь 50% мощности инфраструктуры и задействована лишь треть ЦОД. Только подумайте: коэффициент окупаемости инвестиций проекта должен быть в 3 раза выше, в то время как две трети этих инвестиций могли быть потрачены на решение других стоящих перед предприятием задач.

     • 3.1.3 Большое энергопотребление

       Функционирование ЦОД с большим энергопотреблением требует значительных затрат энергии. В конструкции традиционных ЦОД такие важные вопросы, как электропитание, охлаждение и кондиционирование, никогда не стояли на первом месте. Параметр PUE (эффективность использования электроэнергии) во многих ЦОД очень высок. Для надежной работы обычно используется серийно выпускаемое силовое оборудование, однако его КПД, как правило, невысок, а соответственно, параметр PUE не опускается ниже 2,0. Это означает, что лишь половина затрачиваемой энергии расходуется на ИТ-операции, а вторую половину потребляет физическая инфраструктура – системы электроснабжения, охлаждения и освещения.

     • 3.1.4 Сложность эксплуатации и технического обслуживания ЦОД

       Эксплуатация и техническое обслуживание традиционных ЦОД сопряжены с серьезными проблемами и часто выполняются с невысоким качеством. Сложная эксплуатация и всестороннее техническое обслуживание требуют квалифицированного персонала, но работники, ответственные за эксплуатацию, не вполне понимают принципы работы ИТ-ресурсов и не справляются с управлением ЦОД. Из-за нехватки специалистов по сервисному интерфейсу отказы системы фиксируются и исправляются беспорядочно. ИТ-менеджерам приходится собирать и обрабатывать огромное количество данных и статистических отчетов, чтобы найти пути к оптимизации управления и технического обслуживания системы, однако постоянное отвлечение на рутинные операции по техническому обслуживанию и управлению лишь мешает сбору важных статистических данных.

   • 3.2 Преимущества модульных ЦОД
     
     • 3.2.1 Быстрое строительство и монтаж

       Модульные ЦОД требуют меньше времени на планирование и проектирование. Система может быть легко скомпонована в соответствии с поставленными задачами. Для размещения в стойках в нужном количестве выбираются только те типы модулей, которые удовлетворяют ИТ-требованиям. Серийное производство модулей позволяет использовать в проекте ЦОД уже готовое оборудование, которое осталось только доставить на объект. Стандартизация подключений сокращает объемы и сроки монтажных работ. Модули могут быть собраны в нужной конфигурации и предварительно протестированы еще на заводе. Время на настройку системы максимально сокращено. ЦОД разрабатывается с учетом текущих ИТ-задач и в то же время позволяет своевременно наращивать мощность с минимальными капиталовложениями. За счет этого удалось существенно сжать сроки строительства. Модульный ЦОД готов к эксплуатации уже через 2-3 месяца.

     • 3.2.2 Гибкость масштабирования

       Как правило, в ЦОД задействуют от 1 до 10 модулей, исходя из требований заказчика для оптимизации ИТ-конфигурации. Переход на модульную конструкцию существенно сокращает затраты на эксплуатацию и техническое обслуживание. Бывает, что заранее неизвестно, сколько стоек необходимо клиенту, какой уровень энергозатрат его устраивает и когда ему понадобится временно нарастить вычислительные мощности. В таких условиях работы модульный ЦОД подойдет как нельзя лучше.

     • 3.2.3 Универсальные, прочные и надежные модули

       В ЦОД нового поколения используются модули, универсальная конструкция которых стала залогом прочности системы. Кроме того, модульная конструкция обеспечивает возможность резервирования по схемам N, N+1 и 2N (в зависимости от требований заказчика) для бесперебойного электроснабжения и обеспечения 4 уровня отказоустойчивости (Tier 4) согласно стандарту TIA-942.

     • 3.2.4 Экологичность и энергосбережение

       Затраты на электроэнергию составляют самый высокий процент совокупной стоимости владения ЦОД. Планирование инфраструктуры в зависимости от текущих ИТ-требований и возможность добавления модулей при расширении объемов задач дает предприятиям возможность установить первоначально только необходимое количество модулей, добившись тем самым значительной экономии. Модульная конструкция позволяет оптимизировать нагрузку на системы электропитания и охлаждения, что помогает повысить эффективность работы и избежать избыточности системы. КПД силового модуля составляет 95,4%*. Универсальный интерфейс и модульная конструкция позволяют добиться энергоэффективности в масштабах всей системы. Межрядные кондиционеры подают воздух непосредственно на компоненты с самой высокой температурой. Холодный коридор изолирован, чтобы не допустить перемешивания холодных и теплых потоков воздуха и избежать эффекта локального перегрева. По сравнению с традиционными ЦОД, новая система охлаждения надежнее на 12%*. Параметр PUE сокращен до 1,5 благодаря дополнительному водяному и ествественному охлаждению.

     • 3.2.5 Интеллектуальное управление и высокая эффективность

       Интеллектуальное управление системой позволяет сократить энергопотребление. ЦОД имеет многоуровневую систему управления расходованием энергии; оптимизация энергосбережения повышает степень экологичности ЦОД. Управление структурами данных осуществляется в течение всего жизненного цикла жизни оборудования. Это необходимо для всестороннего обслуживания системы передачи информации и обновления данных в режиме реального времени. Система диагностики помогает обнаруживать неисправности на ранних стадиях. График проведения технического обслуживания оборудования может меняться в зависимости от текущей ситуации без нарушения рабочего ритма.

       Источник: https://www.deltapowersolutions.com/ru-ru/mcis/technical-article-modular-data-centers-the-rise-and-the-advantages.php