Budowa centrów danych jest uważana za jedną z najszybciej rozwijających się branż. Postęp w tej dziedzinie jest ogromny, ale czy na rynku pojawią się wkrótce jakieś przełomowe rozwiązania technologiczne – to duże pytanie. Dziś spróbujemy przyjrzeć się głównym innowacyjnym trendom w rozwoju globalnej budowy centrów danych, aby na nie odpowiedzieć.
Kierunek na hiperskalę
Rozwój technologii informacyjnych doprowadził do potrzeby budowy bardzo dużych centrów danych. Głównie hipermasowalna infrastrukturowa jest potrzebna dostawcom usług chmurowych i sieciom społecznościowym: Amazon, Microsoft, IBM, Google oraz innym dużym graczom. W kwietniu 2017 roku na świecie 320 takich centrów danych, a w grudniu ich liczba wzrosła już do 390. Do 2020 roku liczba hipermasowych centrów danych ma wzrosnąć do 500, jeśli wierzyć prognozom specjalistów z Synergy Research. Większość takich centrów znajduje się w USA i ten trend utrzymuje się, mimo szybkiego tempa budowy w regionie Azji i Pacyfiku, analitycy Cisco Systems.
Wszystkie hipermasowe centra danych są korporacyjne i nie wynajmują miejsc w szafach. Służą do tworzenia publicznych chmur, związanych z internetem rzeczy oraz usługami technologiami sztucznej inteligencji, a także w innych niszach, gdzie wymagane jest przetwarzanie ogromnych ilości danych. Właściciele aktywnie eksperymentują z zwiększeniem gęstości mocy w szafach, serwerami bez obudowy, chłodzeniem cieczą, podnoszeniem temperatury w pomieszczeniach serwerowych oraz różnorodnymi specjalistycznymi rozwiązaniami. W świetle rosnącej popularności usług chmurowych, hiperskalę w przyszłości można oczekiwać jako głównego motoru wzrostu branży: tutaj można spodziewać się pojawienia interesujących rozwiązań technologicznych od wiodących producentów sprzętu IT i systemów inżynieryjnych.
Obliczenia brzegowe
Inny zauważalny trend jest całkowicie przeciwny: w ostatnich latach buduje się ogromną liczbę mikro-centrów danych. Według prognoz Research and Markets ten rynek od 2 miliardów dolarów w 2017 roku do 8 miliardów do 2022 roku. Związane jest to z rozwojem internetu rzeczy i przemysłowego internetu rzeczy. Duże centra danych znajdują się zbyt daleko od systemów automatyzacji procesów produkcyjnych na miejscu. Zajmują się zadaniami, do których nie są potrzebne odczyty każdego z milionów czujników. Wstępną obróbkę danych najlepiej przeprowadzać tam, gdzie są generowane, a następnie wysyłać użyteczne informacje długimi trasami do chmury. Zjawisko to określa się specjalnym terminem – obliczenia brzegowe lub Edge computing. Naszym zdaniem to drugi najważniejszy trend w rozwoju budowy centrów danych, który prowadzi do pojawiania się na rynku innowacyjnych produktów.
Bitwa o PUE
Duże centra danych zużywają ogromne ilości energii elektrycznej i generują ciepło, które trzeba jakoś utylizować. Na tradycyjne systemy chłodzenia przypada do 40% całkowitego zużycia energii obiektu, a w walce o zmniejszenie kosztów energetycznych głównym wrogiem są sprężarki lodówek. Popularność zyskują rozwiązania z tzw. free cooling, które pozwalają całkowicie lub częściowo zrezygnować z ich użycia. W klasycznej schemacie stosowane są systemy chłodzenia z użyciem wody lub roztworów wodnych wielowodorotlenowych alkoholi (glikoli) jako nośnika ciepła. W zimie blok kompresorowo-skalarny chłodziarki nie włącza się, co znacząco redukuje zużycie energii. Bardziej interesujące rozwiązania opierają się na dwukonturowej schemie powietrze-powietrze z wirnikowymi wymiennikami ciepła i sekcją chłodzenia adiabatycznego lub bez niej. Prowadzone są eksperymenty z bezpośrednim chłodzeniem powietrzem zewnętrznym, ale te rozwiązania trudno nazwać innowacyjnymi. Podobnie jak klasyczne systemy zakładają one chłodzenie powietrzem sprzętu IT, a technologiczny limit efektywności takiej schemy już praktycznie osiągnięto.
Dalsze obniżenie PUE (stosunek całkowitego zużycia energii do zużycia energii przez sprzęt IT) będzie odbywać się dzięki coraz popularniejszym schematom chłodzenia cieczą. Tutaj warto przypomnieć o uruchomionym przez firmę Microsoft o tworzeniu modułowych podwodnych centrów danych, a także koncepcji pływających centrów danych Google. Idee technologicznych gigantów wciąż są daleko od przemysłowej realizacji, ale mniej fantastyczne systemy chłodzenia cieczą już działają w różnych obiektach, od superkomputerów z listy Top500 po mikro-centrum danych.
W chłodzeniu kontaktowym w urządzeniach instalowane są specjalne wymienniki ciepła, w których krąży ciecz. Systemy chłodzenia zanurzeniowego wykorzystują dielektryczne medium robocze (zwykle olej mineralny) i mogą być wykonane w postaci ogólnego hermetycznego pojemnika lub indywidualnych obudów dla modułów obliczeniowych. Systemy wrzące (dwufazowe) na pierwszy rzut oka przypominają zanurzeniowe. Również w nich stosuje się dielektryczne ciecze w kontakcie z elektroniką, ale istnieje zasadnicza różnica – medium robocze zaczyna wrzeć w temperaturach około 34 °C (lub nieco wyższych). Z kursu fizyki wiemy, że proces ten odbywa się z pochłanianiem energii, temperatura przestaje rosnąć, a przy dalszym podgrzewaniu ciecz paruje, tj. następuje przejście fazowe. W górnej części hermetycznego pojemnika pary stykają się z radiatorem i kondensują, a krople wracają do ogólnego zbiornika. Systemy chłodzenia cieczą pozwalają osiągnąć fantastyczne wartości PUE (w okolicach 1,03), ale wymagają poważnych modyfikacji sprzętu obliczeniowego oraz współpracy producentów. Dziś uważane są za najbardziej innowacyjne i obiecujące.
Podsumowanie
Aby tworzyć nowoczesne centra danych, wymyślono wiele interesujących podejść technologicznych. Producenci oferują zintegrowane rozwiązania hiper-konwergentne, budowane są programowalne sieci, a nawet same centra danych stają się programowalne. Aby zwiększyć efektywność obiektów, instalowane są nie tylko innowacyjne systemy chłodzenia, ale także rozwiązania sprzętowo-programowe klasy DCIM, które umożliwiają optymalizację pracy infrastruktury inżynieryjnej na podstawie danych z wielu czujników. Niektóre innowacje nie spełniają pokładanych w nich nadziei. Modułowe rozwiązania kontenerowe, na przykład, nie zdołały zastąpić tradycyjnych centrów danych z betonu lub prefabrykowanych konstrukcji stalowych, chociaż są aktywnie wykorzystywane tam, gdzie moc obliczeniowa musi być szybko wdrożona. Tradycyjne centra danych same stają się modułowe, ale na zupełnie innym poziomie. Postęp w branży następuje bardzo szybko, choć bez technologicznych skoków — wspomniane przez nas innowacje po raz pierwszy pojawiły się na rynku kilka lat temu. Rok 2019 w tym sensie nie stanie się wyjątkiem i nie przyniesie wyraźnych przełomów. W erze cyfryzacji nawet najbardziej fantastyczne wynalazki szybko stają się zwykłymi rozwiązaniami technicznymi.
Źródło: habr.com
