Современные подходы к проектированию центров обработки данных и серверных помещений

Судя по всплеску интереса к центрам обработки данных (ЦОД), IT-инфраструктура в украинской индустрии доросла до состояния, когда умение упорядочивать и грамотно концентрировать вычислительные ресурсы стало необходимым не только транснациональным корпорациям, банкам и телекоммуникационным провайдерам, но и множеству менее крупных, но динамично развивающихся фирм. Данный материал – набор заметок о подходах трех известных компаний к построению инженерных структур, решениям для архивирования, резервного копирования, восстановления информации и видениях тенденций в организации системы вычислений.

Рис 1. Структура потребления электрической мощности типичным центром обработки данных. Доля систем охлаждения достигает 45% (по данным АPC)

В ходе исследования, проведенного Gartner по вопросам ЦОД в 2006 г. среди 180 респондентов, 30% из них основной проблемой своего центра признали избыточный нагрев. А в четверти случаев в качестве причины неудовлетворенности своей инфраструктурой указывалась ее недостаточная мощность. В связи с последним уместно будет вспомнить, что доля систем кондиционирования в общем энергопотреблении центром (рис. 1) составляет до 45% (Chiller – 33%, Humidifier – 3%, CRACK, аварийный и предаварийный разогрев оборудования – 9%)!

Особую актуальность данная проблема приобрела с переходом современных ЦОД на использование blade-серверов (itc.ua/26204). Размещение таких сверхкомпактных решений внутри стоек требует создания продуманной системы теплоотвода и охлаждения. Так, типичный blade-сервер размером 7U при температуре воздуха на входе 22 °C вернет его разогретым более чем на 15° (в отличие от 10 °С у классического одиночного устройства), т. е. на уровне 38–42 °C. Таким образом, в числе современных тенденций наблюдается высокая динамика роста не только суммарной мощности, но и плотности мощности оборудования, размещаемого в стойке: при установке в ней 14 blade-серверов приходится оперировать со значениями, еще пару лет назад казавшимися фантастическими – до 20 кВт.

Интересно, что при этом средняя мощность энергопотребления центра может составить всего 1,5 кВт на стойку. Значит, усреднение по мощности при расчетах чревато принятием ошибочных решений, так как либо не будет обеспечена работа компактного штатного оборудования, либо в системах, созданных с большим запасом по холодопроизводительности, расходование средств на нужды IT, и без того постоянно урезаемых, окажется неэффективным. Поэтому, по мнению специалистов APC, при расчете системы кондиционирования нельзя оперировать лишь одним балансом мощности оборудование/охладитель, нужно обращать внимание и на неравномерность потребления мощности в пространстве и времени. Необходимо также учитывать, что энергопотребление сервера (и соответственно выделяемого им тепла) в зависимости от загрузки может колебаться в пределах 200%. В результате тест-проверка эффективности охлаждения аппаратуры на «холостых оборотах» сразу после сборки не до конца продуманной системы не выявит недостатков, но послужит предпосылкой к возникновению сложностей с идентификацией места сбоя при дальнейшей эксплуатации.

Следовательно, основных направлений борьбы за исключение перегрева в процессе проектирования или при решении возникших проблем отвода тепла в уже действующих системах два: на локальном уровне (на уровне стойки) и в масштабе всего ЦОД. В последнем случае его успешность в значительной степени зависит от опыта проектанта.

Рис 2. Попарная ориентация стоек в помещении позволяет избежать смешивания холодного и «отработанного» горячего потоков воздуха, повышая эффективность системы охлаждения

Поясним это на элементарном примере. Известно, что одна из причин снижения эффективности систем теплоотведения связана с циркуляцией воздушных потоков. Если стойки в ЦОД направлены в одну сторону, то горячий воздух неминуемо перемешивается с холодным. Если же они установлены рядами и ориентированы попарно, одноименными сторонами навстречу, можно добиться снижения температуры на их входе, уменьшения процессов перемешивания, и как следствие – увеличения эффективности работы стоечных кондиционеров из-за более низкой температуры воздуха, поступающего им на вход (рис. 2).

В роли последних могут выступить InfraStruXure InRow RC от APC, представляющие собой шкаф половинной (300 мм) глубины, где в качестве хладагента используется холодная вода. Забор горячего воздуха производится сзади, выдув холодного – вперед. Данное решение предназначено для применения в рядах со стойками различной плотности и позволяет обеспечить резервирование по схеме «N+1». При одинарной установке отводится до 15 кВт/шкаф («N») или 10–12 кВт/шкаф («N+1») тепла, при попарной – до 30 кВт/шкаф («N») или 20–25 кВт/шкаф («N+1»). Подвод хладагента (воды) может осуществляться как сверху, так и снизу.

Конструктивно подобна моделям InRow RC линейка для модульной архитектуры системы охлаждения серверных помещений InRow SC, в основе которой – фреоновый холодильник. Она предполагает подключение к системе общей вентиляции ЦОД и обеспечивает охлаждение от 5 кВт/стойку.

В ближайших перспективах APC – выпуск на рынок модульной архитектуры системы охлаждения серверных помещений InRow RP по воздушной, гликолевой или чиллерной схемам, используя которую можно отводить до 70 кВт.

Вычислительная среда: видение FSC

Именно концепция динамических центров обработки данных, по мнению специалистов Fujitsu Siemens Computers, позволяет создать гибкую IT-инфраструктуру, обеспечивающую максимальную эффективность при минимальных затратах.

Говоря о видении FSC путей усовершенствования вычислительных сред, уместно начать с новой стратегии компании TRIOLE. Она основывается на трех технологиях – виртуализации, автоматизации и интеграции. В соответствии с ней первым шагом для создания динамического ЦОД является устранение жесткой привязки сервисов к конкретным аппаратным платформам. Все ресурсы (серверы и системы хранения данных) группируются в единый пул, из которого они могут по мере необходимости гибко выделяться. Таким образом, функционирование виртуальных и физических ресурсов практически полностью автоматизировано. В случае отказа какого-либо устройства или недостаточности вычислительной мощности корректирующие действия инициируются автоматически. В этом – суть второго компонента стратегии. Ресурсы автоматически распределяются между сервисами на основании правил, базирующихся на конкретных бизнес-процессах и соглашениях об уровнях приоритетности сервисов.

Интеграция позволяет сделать процесс нововведений в общую IT-инфраструктуру «бесшовным». Программные средства среднего уровня, играющие роль посредника между прикладными приложениями и вычислительными ресурсами, дают возможность внедрять одиночные продукты компании и обеспечить их интеграцию по мере роста масштабов решаемых задач, в том числе совместно с оборудованием других производителей.

Второй акцент, сделанный представителями Fujitsu Siemens Computers, касается упрощения управления вычислительными ресурсами, что повышает его оперативность, а также уменьшает физическую сложность IT-инфраструктуры. Предлагаемое решение призвано снизить остроту проблем, являющихся главной «головной болью» при организации центров обработки данных: оно должно облегчить как консолидацию сотен серверов на виртуальных модулях, так и развертывание наиболее важных приложений на физических модульных серверах. Речь идет о пакете vBlade, ставшем расширением для системы PRIMERGY BladeFrame. Он позволяет реализовать новые способы управления и физическими серверами, и виртуальными машинами, а также предоставляет единую среду для конфигурирования, выделения и перераспределения ресурсов обоих типов и управления ими. Помимо этого, с помощью данного ПО можно упростить эксплуатацию виртуальных вычислительных сред.

Особенность концепции PRIMERGY BladeFrame, рассчитанной на специфику центров обработки данных нового поколения, заключается в том, что они построены в соответствии с архитектурой Processor Area Network (PAN). На уровне аппаратной реализации ее основу составляют «очищенные» от LAN-адаптеров, локальных CD-драйвов, дисков и KVM модули pBlade, выступающие в роли процессорных, соединенных посредством высокоскоростной сети друг с другом внутренним коммутационным центром sBlade. В свою очередь модули типа cBlade выполняют функцию центра управления и являются как бы средой обитания «мозга» данного решения – ПО Processor Area Network Manager. Таким образом, PAN-архитектура, по мнению специалистов компании, делает решение PRIMERGY BladeFrame оптимальным с точки зрении эффективности использования ресурсов большим количеством приложений. Оно также обеспечивает достаточный уровень масштабируемости, необходимый в современных ЦОД.

EMC: хранение данных – это не архивация чего-либо как-нибудь

При модернизации существующих и построении новых ЦОД следует исходить из того, что информация неравноценна. Поэтому управление ее жизненным циклом (Information Lifecycle Management, ILM), включающее этапы ее создания, применения и уничтожения, а также понимание того, что различная информация имеет различную степень важности для бизнеса, а значит, и требует различного уровня обслуживания – непреложные правила для построения оптимальной IT-инфраструктуры. Сложность автоматизации ILM связана с тем, что ценность информации является переменной величиной, может возрастать и уменьшаться в ходе ее жизненного цикла, и для каждого этапа нужно обеспечить соответствующие скорости доступа и восстановления. В решениях EMC уровень обслуживания информационного ресурса задается наборами типовых правил, позволяя обогащать и рационализировать бизнес-процессы и сохранять конкурентоспособность в IT-структурах разного масштаба.

И в заключение пара комментариев организационно-методического характера. Исходными данными для статьи послужили материалы однодневного семинара, проведенного совместно APC, Fujitsu Siemens Computers и EMC. Причем прозвучавшие на нем общие рекомендации и некоторые специфические «тонкости» практического плана сделали это мероприятие настолько интересным и полезным, что его никак нельзя отнести к категории «предпродажной обработки» потенциальных клиентов. Посему тот факт, что количество подобных подготовленных на высоком техническом уровне семинаров, проводимых в столице, продолжает расти, не может не радовать.