Модернизация классики ЦОДостроения. Модульные дата-центры

По мере развития новых требований и подходов к проектированию и эксплуатации технологических площадок всё заметнее становится интерес к модульным дата-центрам. И здесь у России есть шанс успешно конкурировать с западными разработками.

Новые запросы нового века

В начале 2000-х стало очевидно, что классическая концепция дата-центра перестала соответствовать реалиям рынка и ей необходимо найти более жизнеспособную альтернативу. Сначала на Западе, а потом и в России задачи бизнеса и условия конкуренции начали требовать от компаний развертывать дата-центры более оперативно, чем позволяли традиционные технологии. Иногда это была временная мера, которая давала возможность выдержать темп развития бизнеса в ожидании ввода в действие строящейся площадки либо обеспечить решение краткосрочных бизнес-задач с заданным качеством и к нужному сроку. В других случаях компании были заинтересованы в быстром создании постоянного дата-центра, пусть даже ценой более высоких затрат на строительство. В ответ на эту потребность в 2005–2007 гг. в США (эта страна – безусловный лидер на международном рынке дата-центров), а затем и в Западной Европе сформировались два типа услуг: «дата-центр напрокат» и «дата-центр в контейнере». Первую модель с успехом начала практиковать SunGuard – она вот уже более двух лет предлагает своим заказчикам полную линию разных по масштабам законченных решений: от одного фургона (SunGard Mobile Data Center), готового к размещению 25 рабочих мест, до целого автопарка, предназначенного для развертывания полноценного мобильного офиса (SunGard Mobile Metro Center), в котором достаточно комфортно могут разместиться 175 рабочих групп. Со второй пионером была компания APC (автор концепции InfraStruXure Express Medium Density On-demand Mobile Data Center), конкуренцию которой вскоре составил инфраструктурный комплекс ISE Cube, а также решения мировых ИТ-грандов – Sun Microsystems (ныне подразделение Oracle), IBM, HP, Microsoft.

В России на тот момент рынок услуг дата-центров как самостоятельное направление ИТ-бизнеса только начал зарождаться. Произошло это на фоне активного насыщения разных секторов экономики вычислительными системами и «железом» новых поколений. Большинство корпоративных площадок с морально устаревшей инфраструктурой не соответствовало требованиям к эксплуатации этих систем. И хотя поначалу вал проектов строительства коммерческих дата-центров был остановлен несоответствием предложения требованиям клиентов, все же дело сдвинулось с мeртвой точки. Сегодня Россия уже является активным участником дискуссий и изысканий на тему модульных дата-центров (МДЦ).

Еще одной, не менее важной предпосылкой появления МДЦ стал активный рост потребления ИТ-продуктов разных поколений. В разных дата-центрах мира рядом с морально устаревающим «юнитовым железом» появились «лезвия» и программно-аппаратные комплексы с высокой вычислительной плотностью. Этот тренд особенно четко прослеживался в крупных коммерческих дата-центрах, а также в высокотехнологичных сегментах экономики, где в 2007–2010 гг. активно шла консолидация ИТ-активов. По мере увеличения числа стоек с блейд-системами и их аналогов в классических серверных залах, рассчитанных на стойки с энергопотреблением 3–5 кВт, становилась очевидной необходимость новых подходов к ЦОДостроению. Рынок сегодня демонстрирует заинтересованность в компактных площадках, пригодных для размещения стоек и оборудования с высоким энергопотреблением и при этом оснащенных энергоэффективными и экологичными инженерными системами, способными отводить большое количество выделяемого тепла.

Три типа модульных решений

На сегодняшний день термин «модульный дата-центр» применяют к технологическим площадкам трех типов. Это:

• комплексные решения на основе «дата-центров в коробке» – они имеются у Microsoft, HP, Rittal, Google;

• модульные здания ЦОДов со стандартизованной инфраструктурой, современные аналоги классических стационарных площадок с зональным распределением вычислительных ресурсов и единым инженерным ядром – примером такого дата-центра является «бабочка» HP;

• «легоподобные» энергоэффективные комплексные решения из модулей заводского изготовления – за рубежом такие решения выпускаются под брендами BladeRoom, Colt, AST SSD, HP EcoPOD, I/O Anywhere, в России о завершении собственной разработки этого класса заявила в 2010 г. компания Stack Labs.

О достоинствах и специфике использования контейнерных решений в свое время говорилось и писалось довольно много. С технической точки зрения эти решения довольно привлекательны — в момент поставки заказчик получает почти готовое к эксплуатации решение, который может функционировать и как самостоятельная единица, и как квант крупного дата-центра. Но не стоит упускать из виду, что за этим «почти» стоит необходимость подготовки ровной площадки, подключения электроэнергии, каналов связи, воды, канализации, наличия свободных мощностей на холодильной машине (а если мобильный ЦОД должен быть отказоустойчивым, то на двух холодильных машинах). К тому же, если такой квант рассчитан на напряжение 110 В, как в случае Sun Blackbox, то еще придется поставить трансформаторы. И хорошо, если обо всех этих нюансах вендор известит заказчика заранее.

Существенным фактором, сдерживающим использование контейнерных решений, является их высокая себестоимость. Но несмотря на это, решения данного класса пользуются заслуженным успехом у крупных ИТ-компаний и операторов связи, а также в тех отраслях, специфика которых требует регулярно оперативно развертывать территориально удаленные узлы корпоративной инфраструктуры. Наглядный пример тому – признание российской версии контейнерного МЦОД Daterium, разработанного компанией «Ситроникс».

Опыт, полученный ИТ-рынком на этапе создания модульных дата-центров контейнерного типа, позволил двигаться дальше в поисках решения, отвечающего ожиданиям рынка. Ключевыми ориентирами в этом поиске стали доступная стоимость владения дата-центром, универсальность по отношению к системам с разной вычислительной плотностью, а также снижение коэффициента PUE.

В этом плане обращает на себя внимание HP POD 240a (EcoPOD), представляющий собой сборку из двух 40-футовых модулей для размещения ИТ-оборудования, которая выполняется по конвейерному принципу на специальной площадке в Хьюстоне. Отличие EcoPOD от более старших моделей – использование не водяного, а воздушного охлаждения. Благодаря этому удалось существенно повысить энергоэффективность дата-центра и обеспечить отвод до 44 кВт тепла от каждой из 44 50-юнитовых стоек. Именно на блейды и аналогичные им решения с высокой вычислительной плотностью была сделана ставка при разработке HP POD 240a – размещение в нем стоек со стандартным оборудованием экономически невыгодно.

Что касается модульных решений принципиально нового типа, аналогия с конструкторами «Лего» неслучайна: такие решения позволяют в короткие сроки создавать из типовых стандартных элементов дата-центры с технологическими параметрами по «лекалам» заказчика. Начнем обзор с разработки британской компании BladeRoom, которая в течение 20 лет специализируется на предоставлении технически сложных модульных установок заводского производства заказчикам, работающим в сфере здравоохранения, в оборонной и государственной отраслях и т. д. Энергоэффективное решение (PUE 1,13), созданное этой компанией, позволяет реализовать дата-центр любого масштаба — от 10 до 240 и более стоек. Допустимая нагрузка на стойку – от 1 до 24 кВт, причем никаких ограничений на размещение по соседству решений с разной вычислительной плотностью нет. Мощности такого дата-центра вводятся в эксплуатацию не единовременно, а по мере необходимости; в случае готовности площадки новый модуль может быть развернут в течение 12 недель. Дизайн дата-центра BladeRoom сертифицирован Uptime Institute на соответствие Tier III. Компания позиционирует свою разработку как оптимальное start-up решение для малого и среднего бизнеса либо как инфраструктуру для организации удаленного резервного узла поставщиков услуг colocation.

Аналогичные параметры заявлены и для дата-центра IO Anywhere, созданного в США в 2007–2010 гг. Его коэффициент PUE составляет 1,17, что достигается во многом за счет использования высокоэффективных систем для отвода тепла от модулей, заполненных вычислительными системами.

Модули IO Anywhere представляют собой сборные стальные конструкции заводского производства. Они сейсмически устойчивы, что позволяет разворачивать дата-центры даже в регионах, подверженных землетрясениям. Внутри каждого модуля имеется фальшпол, способный выдержать физическую нагрузку до 700 фунтов на квадратный фут.

Первый проект с использованием этого решения был реализован в прошлом году в Нью-Джерси (США), где всего за 90 дней был развернут дата-центр с общим энергопотреблением 3,6 МВт. Комплекс модулей IO Anywhere был произведен и укомплектован на фабрике IO в Финиксе (шт. Аризона), а затем доставлен на трейлерах в модульный центр IO в Эдисоне (шт. Нью-Джерси).

Еще один красивый проект ввода в эксплуатацию модульного дата-центра был закончен в начале нынешнего года в Исландии. Речь идет о технологической площадке Verne Global площадью 500 кв. м, для размещения которой была выбрана территория бывшего командного центра НАТО площадью 18 га. Весь цикл строительства объекта, собранного из 37 модулей Colt Data Center Services, занял четыре месяца. Особенность этого дата-центра – 100%-ное потребление энергии от возобновляемых источников кампуса Кефлавик. Новый форм-фактор модулей Colt (представленный в 2011 г.) позволяет создавать гермозоны площадью 125, 250 и 375 кв. м и впоследствии постепенно наращивать их дополнительными модулями, а также регулировать диапазон плотности электропитания – от 750 Вт до 3 кВт на квадратный метр. На конференции DataCentres Europe 2011 компания отчиталась о результатах глобальной модернизации действующих дата-центров, позволившей сократить величину PUE на 10%, за что ей была присуждена премия за энергоэффективность ЦОДов – The European Award for Energy Efficiency in Data Centres.

Экологичность и энергоэффективность

Тема экологичных и энергоэффективных решений все явственнее переходит из разряда поисков и дискуссий в сферу практической реализации – равно как и проблема оптимизации инфраструктурного базиса дата-центров, возможность его использования при развертывании облачных сред. К примеру, компания Huawei заявила в конце прошлого года о создании серии интеллектуальных ЦОДов нового поколения (Intelligent Data center Solution – IDS), включающей мобильные ЦОДы (IDS1000) и дата-центры модульного типа (IDS2000). В числе достоинств IDS1000 – возможность использования вне помещений и снижение потребляемой энергии вдвое по сравнению с классическими дата-центрами, а также способность работать в условиях стихийных бедствий, масштабных мероприятий или военных операций. В IDS2000 интересны современные технологии охлаждения, в том числе принцип разделения потоков холодного и горячего воздуха, точная подача воздуха и наружное охлаждение, что обеспечивает коэффициент энергопотребления PUE менее 1,2. Интеллектуальная система управления Huawei iFOS динамически регулирует энергоснабжение и охлаждение в соответствии с нагрузкой платформы облачных вычислений.

Впрочем, вопрос о необходимости эффективного управления воздушными потоками в дата-центре занимает не только западные компании: в России свое решение этой проблемы предложили сразу два игрока ИТ-рынка. В 2011 г. компания «Аякс-Инжиниринг» завершила проект строительства дата-центра для «Яндекса» с мощностью ИТ-нагрузки 2,2 МВт. В проекте была использована запатентованная система охлаждения ЦОДа Full freecooling (FFC), которую специалисты компании создали на базе промышленного образца теплообменника Kyoto Cooling. Использование восьми таких установок на 280 кВт (по две FFC на каждый из четырех машинных залов) позволило разместить в дата-центре 96 средненагруженных стоек по 12 кВт и 72 высоконагруженные стойки по 15,5 кВт. Расчетный PUE нового дата-центра «Яндекса» составляет 1,11–1,49, среднегодовой PUE равен 1,17.

Не исключено, что подход к организации охлаждения в высоконагруженных дата-центрах «Аякс-Инжиниринг» составит достойную альтернативу решению, задействованному в комплексной разработке модульного дата-центра другой российской компании – Stack Labs. Летом 2010 г. она объявила об успешном тестировании прототипа модульного энергоэффективного дата-центра со среднегодовым значением PUE 1,2 и ниже (вплоть до 1,02). Базовыми элементами этого МДЦ служат стандартизованные модули заводского производства. Как следует из отчета по результатам апробации решения, его ключевое достоинство – комплекс интегрированных систем мониторинга и управления эксплуатационными параметрами дата-центра. Они позволяют в режиме реального времени выстраивать оптимальный алгоритм межсистемного взаимодействия на уровне ключевых для дата-центра элементов инженерной инфраструктуры.

Интеллектуальная система диспетчеризации, предусмотренная в таком МДЦ, позволяет консолидировать поступающую информацию и автоматически «выдавать системам указания» о порядке необходимых операций. Скажем, при изменении характера нагрузки на стойки в серверных залах система кондиционирования, основанная на принципе фрикулинга, автоматически адаптирует режим воздухообмена в ЦОДе. В дата-центрах, которые, как ожидается, уже в 2012 г. пополнят ресурсы сети Stack Data Network, можно будет размещать стойки любой энергонагруженности — от стандартных 5–6 кВт на стойку до 40 кВт; есть и возможность повышения уровня отказоустойчивости площадки без перерыва в предоставлении сервисов. Впрочем, насколько все эти параметры будут выдерживаться на практике, реально можно будет судить только после запуска площадок.

Хорошие перспективы?

Даже беглый обзор форм-факторов МДЦ, доступных сегодня на международном рынке, не оставляет сомнений в том, что классические дата-центры, которые на протяжении многих лет успешно выполняли возложенные на них функции, будут все более активно вытесняться принципиально новыми решениями. Даже убежденные приверженцы «классики» вынуждены отдавать предпочтение более современным проектным решениям – как на этапе начала строительства, так и в процессе эксплуатации площадки.

Столь обширный спектр концепций создания ЦОДов: решения на базе классического подхода, контейнерные решения, адаптивные модульные конфигурации – по большому счету свидетельствует о высоком уровне зрелости международного рынка дата-центров. Потенциальный владелец площадки имеет достаточную свободу выбора, чтобы найти оптимальное для себя решение. Но наиболее перспективным на сегодняшний день, по мнению аналитиков, является все же модульный подход. Он позволяет в будущем существенно сократить затраты на развертывание дата-центра и наиболее близок по своим функциональным характеристикам к требованиям облачных сред. Не случайно на предстоящем аналитическом симпозиуме Uptime Institute в качестве best practice анонсированы именно модульные дата-центры.

Пусть пока проекты, демонстрирующие на практике преимущества модульных подходов, единичны. Но они, во-первых, уже есть. И это свидетельствует о том, что ИТ-рынок постепенно готовится отвечать на новые – как правило, неожиданные – вызовы технического прогресса.

Во-вторых, впервые за многие годы география смелых ИТ-инноваций охватывает не только США и Западную Европу, но и Россию. Как тут не вспомнить годы, когда отечественные НИОКР успешно конкурировали с изысканиями западных научных лабораторий. И это вселяет оптимизм. Похоже, у России действительно есть серьезные шансы вернуть себе утраченные позиции достойного интеллектуально-технического оппонента Запада.