ЦОД — это маленькая жизнь

Жизненный цикл, потребность в ресурсах и эволюция: почему современные ЦОДы все больше напоминают живые организмы.

Центр обработки данных – сооружение с высокотехнологичным комплексом инженерных систем, которое можно сравнить с живым организмом. Красивая метафора? Возможно, но на самом деле в ней кроется нечто большее. Это емкий и важный образ для понимания устройства, структуры и работы ЦОД. Приведем несколько аргументов, которые подтверждают закономерность аналогии.

Каковы основные свойства и признаки живого организма? И можем ли мы утверждать, что центры обработки данных этим признакам соответствуют? Безусловно, речь не идет о клеточном строении и способности к воспроизведению, но некоторые пункты из списка ниже вполне релевантны.

Подобно живому организму, дата-центр – это очень сложная система, состоящая из многочисленных компонентов – «органов». Все они объединены в единую структуру, работают в унисон и зависят друг от друга для обеспечения жизнедеятельности ЦОД и выполнения его главных функций – обработки и хранения данных. При этом выход из строя одной из частей может повлечь за собой сбой во всем «организме». Что это за «органы» и как они взаимосвязаны между собой?

• Сердце ЦОД — это главный процессор, который является вычислительным центром, обрабатывающим данные и управляющим большим количеством программных и аппаратных платформ (серверным оборудованием, системами хранения данных, операционными системами, т. д.)
• Кровеносная система ЦОД – это электроснабжение, по силовым кабелям и шинопроводам, как по сосудам, поступает энергия, благодаря чему функционирует и сам процессор, и все другие компоненты.
• Опорно-двигательный аппарат формируется из серверных стоек и телекоммуникационных шкафов, в которых обеспечивается размещение, защита и организация инфраструктуры. Благодаря продуманной планировке стойки оптимизируют пространство, упрощают обслуживание, повышают эффективность охлаждения и обеспечивают возможность для масштабирования.
• Нервная система —сетевая инфраструктура, подобно нейронам – медные и оптоволоконные кабели и коммутаторы связывают между собой все устройства в ЦОД, обеспечивая при этом мгновенную передачу данных с минимальной задержкой.
• Система охлаждения — легкие ЦОД, которые поддерживают строго заданный температурно-влажностный режим в машинных залах, жизненно важный для работы «организма».
• Система бесперебойного (ИБП) и гарантированного питания (ДГУ) – пищеварительная система, которая накапливает, «перерабатывает» (повышает качественные характеристики электроэнергии, поступающей из города) и бесперебойно поставляет энергию, обеспечивая при этом резервное питание ЦОД в случае нештатных ситуаций.
• Органы чувств и иммунная система — комплекс мер в области безопасности, которые включают в себя как физическую защиту (контроль доступа и система видеонаблюдения), так и кибербезопасность (межсетевые экраны, антивирусная защита, системы обнаружения атак), которые беспрерывно мониторят и отражают внешние угрозы.
• И, наконец, мозг — это система управления инфраструктурой ЦОД (DCIM — Data center infrastructure management), получающая информацию от всех систем, ведя непрерывный анализ и регулирование работы и здоровья ЦОД.

На этом аналогия не заканчивается. Дата-центры и живые организмы роднит немало других признаков:

Для поддержания работоспособности дата-центр, как и любой другой организм, требует постоянного притока энергии. Он потребляет огромное количество Мегаватт*ч для питания вычислительного оборудования, систем охлаждения и прочих компонентов инфраструктуры. Помимо этого, для функционирования ему критически необходимы воздух и вода, которые выступают в роли теплоносителей в системах охлаждения.

Центр обработки данных имеет свой жизненный цикл — от проектирования и строительства до стадии начала эксплуатации и вывода из нее. Еще недавно считалось, что расчетный жизненный цикл ЦОДа составляет 10–15 лет, по истечении которых объект перестает справляться с нарастающей нагрузкой и утилизацией тепловыделения. Однако, как и в случае с живыми существами, многое зависит от своевременного технического обслуживания — профилактики, качественного «лечения» и возможностей адаптации.

Для поддержания жизнедеятельности и эффективного выполнения своих функций любой сложной системе необходим постоянный мониторинг и способность адаптироваться к внутренним сбоям и внешним угрозам. Подобно тому, как человек может обратиться к врачу, а животные — мигрировать в поисках лучших условий, центр обработки данных также нуждается в постоянном мониторинге и плановом техническом обслуживании. Эти системы непрерывно следят за его самочувствием – температурой, влажностью, нагрузкой, потреблением и адаптируют режим работы для предотвращения сбоев.

Чтобы оставаться высокопроизводительными, поддерживать рабочие нагрузки с наименьшими затратами энергии, быть высокодоступными и масштабируемыми, центры обработки данных вынуждены постоянно модернизироваться, перестраивать свою архитектуру, расширяться и даже мигрировать (например, для непосредственной близости к источникам энергии).

Все чаще можно услышать термин «ЦОД нового поколения», и в данном случае речь не идет о метафоре. Существует абсолютно конкретный список характеристик, обладая которыми дата-центр переходит на новый уровень и значительно увеличивает свой жизненный цикл. К ним относятся:

• Искусственный интеллект и машинное обучение

Технологии AI и ML используются в работе центра обработки данных для автоматизации различных задач – охлаждения, распределения электроэнергии и т. д., что способствует повышению его эффективности и снижению затрат.  Алгоритмы и предикативная аналитика помогают оптимизировать распределение ресурсов, управлять рабочей нагрузкой, планировать производственные мощности и достигать более высокой производительности.

• Edge computing

Чтобы минимизировать задержку сигнала и обеспечить более быстрый сетевой отклик для приложений, ЦОДы сдвигаются на периферию и таким образом приближают вычислительные мощности к пользователям.  Перемещение вычислительных ресурсов из облачного дата-центра ближе к оконечным устройствам не только ускоряет процесс передачи и обработки данных, но и обеспечивает более высокий уровень контроля над безопасностью и конфиденциальностью информации.

• Экологичность

Центры обработки данных нового поколения используют возобновляемые источники энергии, такие как солнечная, ветровая, водная и даже атомная, для снижения углеродного следа и зависимости от традиционных энергоносителей. Применение «зеленых» ресурсов – стратегически важный фактор выживания и конкурентоспособности в эпоху роста цен на электроэнергию и сокращения ее источников.

• Энергоэффективность

Снизить потребление энергии и повысить эффективность ЦОД помогают также инновационные системы охлаждения. Одним из наиболее продвинутой технологией на сегодняшний день считается фрикулинг (естественное охлаждение), который использует наружный воздух для охлаждения машинного зала. Другие методы оптимизировать показатель PUE (Power Usage Effectiveness) – гибридные водо-воздушные системы, автоматизация управления энергопотреблением, использование энергоэффективных серверов и другие.

• Безопасность

В современных центрах обработки данных используются многоуровневые решения, которые управляют рисками, мониторят угрозы для выявления подозрительной активности в сети и позволяют отслеживать доступность и сохранность данных. Это системы обнаружения и нейтрализации вредоносного кода, сервисы киберразведки, системы управления информационной безопасностью (SIEM) и т. д. Наличие интеллектуальных систем контроля– обязательный элемент многоуровневой физической защиты «продвинутого» ЦОД.

• Гибридные облачные среды

Переход на гибридные облачные среды помогает снизить затраты, повысить гибкость и масштабируемость дата-центра. Объединение ресурсов частного и публичного облаков позволяет настроить ЦОД практически под любые потребности заказчиков без ущерба для производительности и надежности.