طراحی مرکز داده ماژولار

طراحي مراکز داده ماژولار

مراکز داده ماژولار گردش سریع‌تر داده‌ها و شفاف شدن هزینه‌های پروژه را ممکن می‌کند. آن‌ها مانند مراکز داده پیشین به سیستم‌های خنک‌کننده و الکتریکی با مهندسی دقیق نیازمندند.

 

زماني که افراد در مرکز داده صنعتي اصطلاح «مرکز داده ماژولار» (MDC) را مي‌شنوند هريک تفسير متفاوتي در خصوص ماهيت واقعي MDC دارند. کاربرد MDC ها رو به افزايش است: به گزارش IDC در يک بررسي 74 درصد پاسخ‌دهندگان تجديد ساختارهاي عمده‌اي را متحمل شده بودند، تقريباً 87 درصد آن‌ها در 18 ماه گذشته از اجزاء مرکز داده ماژولار پيش‌ساخته يا محفظه بندي شده استفاده کرده بودند. اما چنين مطلبي بر اين واقعيت که اغلب مراکز داده ماژولار «با تمرکز بر IT يا تأسيسات» هنوز فاقد درک منسجم و از انواع متفاوت مراکز داده ماژولار هستند سرپوش نمي‌گذارد.

نويسندگان ترجيح مي‌دهند تا از اصطلاح «تأسيسات انعطاف‌پذير» استفاده کنند چراکه همه تأسيسات باوجود ارائه امتيازات ماژوله‌کردن هنوز واقعاً ماژولار نيستند. تأسيسات مرکز داده به شکل محفظه‌اي (با قابليت جايگيري در داخل يا خارج)، صنعتي شده، پيش‌ساخته و سازه‌هاي آجر و ملاط وجود دارند. البته که سازه‌هاي آجر و ملاط را در صورت کاربرد مفاهيم شکل‌پذيري و سريع‌الانتقالي که در مرکز داده محفظه بندي شده يا پيش‌ساخته موردتوجه قرار مي‌گيرد مي‌توان جزء تأسيسات انعطاف‌پذير طبقه‌بندي کرد. در اين مقاله ما روي سه نوع تأسيسات انعطاف‌پذير مهم متمرکز خواهيم شد: راهکارهاي محفظه بندي شده، مراکز داده پيش‌ساخته يا صنعتي شده و مرکز داده سنتي آجر و ملاط.

 

  شفاف‌ سازي در خصوص ماژولاريتي، مقياس‌پذيري  و انعطاف‌پذيري

در خصوص MDC ها اصطلاحات صنعتي بسياري وجود دارد و همه آن‌ها تعاريف مبسوطي دارند. اصطلاحاتي مانند ماژولاريتي، مقياس‌پذيري، يکپارچگي عمودي، انعطاف‌پذيري، سريع‌الانتقالي، پيش‌ساخته بودن، کيفيت قابل تکرار و بروشورهاي راه‌اندازي سريع pepper marketing، نشريات صنعتي و ساير خروجي‌هاي صنايع از آن جمله هستند. نمي‌خواهيم بگوييم که استفاده از اين اصطلاحات نادرست است اما اين اصطلاحات بايد به محصولات و رويکردهاي دنياي واقعي و نحوه کمک‌رساني آن‌ها در ارتقاء عملکردهاي مرکز داده و درنهايت کسب‌وکار ضميمه شوند. به‌عنوان نمونه‌اي از نحوه انجام اين کار بهتر است داده IDC زير را که دلايل افزايش روزافزون MDC ها را بيان مي‌کند مشاهده نماييد:

چرخه‌اي سريع از امضاي قرارداد تا نهايي سازي آن‌که به سازمان‌ها امکان مي‌دهد به‌سرعت در زماني که نيازمند راهکارهاي رايانشي هستند خود را با معيارها و مقياس‌هاي آن همسو نمايند.

شفافيت بيشتر هزينه‌هاي پروژه که به سازمان‌ها امکان مي‌دهد کنترل بيشتري بر بودجه و برآورد بازگشت سرمايه داشته باشند.

توانايي به‌کارگيري سريع راهکارها در هر جاي دنيا که شرکت نيازمند ظرفيت مضاعف مرکز داده در ساختمان کنوني يا مکاني دورتر مانند پشتيباني محل ماهواره باشد. در اين شرايط، ايده‌هاي ماژولاريتي، مقياس‌پذيري و انعطاف‌پذيري نمود و صلاحيت بيشتري دارند.

 

  مباني تأسيسات انعطاف‌پذير

درحالي‌که مراکز داده متمرکز کم‌کم موردتوجه بيشتري قرار مي‌گيرند و در اپليکيشن‌هاي کسب‌وکارهاي پررونق استفاده مي‌شوند، پيشرفت‌هاي طراحي و مهندسي امکان يکپارچه‌سازي IT و تأسيسات را براي يک مکان فيزيکي و يک رويکرد عملياتي ممکن مي‌سازند. به‌جاي استفاده از اجزاء ساخته‌شده براي مرکز داده سازمان و متناسب‌سازي آن‌ها با يک فضاي بسيار کوچک‌تر، تأسيسات انعطاف‌پذير کنوني به کمک اجزاء خنک‌کننده، برق و IT که در کارخانه آزمايش و مونتاژ شده‌اند اختصاصاً به نحوي متفاوت براي نوع محصور طراحي‌شده‌اند.

يک باور مهم و بنيادين در خصوص تأسيسات انعطاف‌پذير وجود دارد: تأسيساتي که حول IT ساخته مي‌شوند با طراحي IT حول تأسيسات متفاوت است. عملکردهاي ديناميک IT به تأسيساتي نياز دارند که بتواند بدون تعطيلي و نياز به‌صرف هزينه اضافي به نيازهاي در حال تغيير پاسخگو بوده و با آن همسو شود (تصوير 1). همچنين برخورداري از قابليت افزايش پوياي مقياس و کاهش زمان ورود به بازار يک امتياز مهم براي عملکردهاي IT به‌حساب مي‌آيد. اين افزايش مقياس (يا خروج از مقياس) نه‌تنها به‌واسطه جنبه ماژولار تأسيسات بلکه مهم‌تر از آن به سبب يکپارچه‌سازي تأسيسات IT و طراحي تأسيسات توانمند شده است. در ساير جنبه‌هاي مهم که البته چندان مورد شناسايي قرار نگرفته‌اند، ابعاد مختلف تأسيسات انعطاف‌پذير بايد با روند کار و موقعيت سازه همسو شوند. بهره‌وري اين جريان از کار پايه‌اي و تمرکز روي خانه پيش‌ساخته ماژول‌هاي مکانيکي و الکتريکي به دست مي‌آيد. در اين مدل، مديريت زنجيره تأمين به يکي از اقدامات پايه‌اي براي تضمين برنامه‌ريزي به‌موقع انتقال و نصب تبديل مي‌شود.

 

  آنچه تأسيسات انعطاف‌پذير در خود ندارند

فکر دستيابي به يک مرکز داده در کوتاه‌ترين زمان و با کمترين هزينه ممکن هرگز درست نيست و بيشتر به يک رؤيا شباهت دارد اما تأسيسات انعطاف‌پذير هنوز هم تأسيساتي هستند که از روندهاي معمول پيروي کرده و به قوانين و کدهاي سازه‌هاي محلي وفادار هستند. اين باور که تأسيسات انعطاف‌پذير به‌سادگي در هرجايي تعبيه مي‌شوند، به پريز متصل مي‌گردند و عملکردهاي IT از همان لحظه کار خود را شروع مي‌کنند متأسفانه غيرممکن است. اساساً در اختيار داشتن تأسيسات (يا بخشي از تأسيسات) در يک کارخانه توليدي درزماني که سايت در حال آماده شدن است، ديدار با مقامات محل و دارا بودن اختيار و کار با تجهيزات محلي الکتريکي، برنامه‌ريزي‌ها را ازنظر زماني تا حد زيادي جلو خواهد انداخت.

اما الکترون‌ها و آب صرف‌نظر از نوع مرکز داده، تأسيسات انعطاف‌پذير يا مرکز داده سازماني آجر و ملاط به همان روش قبلي جريان مي‌يابند. همچنين درصورتي‌که تأسيسات انعطاف‌پذير جديد محکم به تأسيسات کنوني متصل نشده باشند به نصب مقدار زيادي سيم راه و لوله آب نياز خواهد بود. دسترسي سايت، جاده‌ها، مناطق پارکينگ، حوضچه‌هاي مصنوعي، لوله‌کشي‌هاي فاضلاب و ساير المان‌ها به‌احتمال‌زياد ضروري است. اساساً هر پروژه نيازمندي‌هاي متفاوتي خواهد داشت اما ايده اصلي اين است که در وراي تأسيسات انعطاف‌پذير اين نيازمندي‌ها بسيار بيشتر است. ازآنجاکه بسياري از اين مراکز داده در مکان‌هاي دور از مقر اصلي بکار بسته مي‌شوند، در اختيار داشتن تيم‌هاي محلي عملياتي و حفظ و نگهداري در اين مکان‌ها به‌منظور فراهم آورندگان عمليات حفظ و نگهداري به‌صورت برنامه‌ريزي‌شده و پاسخگويي سريع به مشکلات ضروري است.

 

  ماژولاريتي و انعطاف‌پذيري سيستم خنک‌کننده

انواع متفاوت تأسيسات انعطاف‌پذير را مي‌توان با انواع مختلف سيستم‌هاي خنک‌کننده در تناسب قرارداد. انتخاب نهايي نوع سيستم برحسب فاکتورهاي زيادي صورت مي‌گيرد که عبارت‌اند از: نوع تأسيسات، شناخت مالک از آن‌ها، مکان، هزينه اوليه، هزينه‌هاي پي آيند مصرف انرژي و تعمير و نگهداري، قابليت اطمينان و قابليت حفظ و نگهداري.

 

  راهکار محفظه بندي

 به‌طور مثال يک مرکز داده محفظه بندي شده مي‌تواند از سيستم خنک‌سازي انبساط مستقيم (DX)، کاهنده هواي بيروني با خنک‌سازي DX، خنک‌سازي تبخيري مستقيم (با يا بدون خنک‌سازي DX)، آب خنک‌کننده براي کامپيوترهاي مجهز به خنک‌کننده آبي و غيره بهره بگيرد. اين راهکارهاي خنک‌سازي، صرف‌نظر از هر منبع آب خنک‌کننده، بخش جدايي‌ناپذيري از ساختار محفظه است. اگر راهکارهايي که از آب خنک استفاده مي‌کنند به کار گرفته شوند تجهيزات اکسترنال بيشتري موردنياز خواهد بود. براي اينکه تأسيسات تا حد ممکن ماژولار باقي بمانند، تجهيزات اکسترنال را مي‌توان با استفاده از رويکردهاي مشابهي مانند مرکز ديتا، طراحي، سرهم‌بندي و نصب کرد. بنابراين به‌منظور شناسايي ساختار نهايي مرکز داده محفظه بندي شده به تصميم‌گيري‌هاي زيادي نياز است. اين نوع تأسيسات برحسب اندازه و سطح اطمينان دامنه‌اي از 400kW تا 2MW را شامل مي‌شوند.

 

   مراکز داده پيش‌ساخته يا صنعتي شده

 اين نوع تأسيسات در انتخاب سيستم خنک‌کننده از آزادي انتخاب بيشتري برخوردارند. معمولاً اين تأسيسات به يونيت‌هاي مديريت هوايي که در خارج تعبيه‌شده‌اند مجهز هستند که از کاهنده هواي بيروني مستقيم، خنک‌کننده تبخيري مستقيم يا تبخيري غيرمستقيم استفاده مي‌کنند. در مکان‌هاي جغرافيايي خاص به سبب استفاده از دماسنج‌هاي تعبيه‌شده در سرور هوايي به خنک‌کننده مکانيکي نيازي نيست. اين نوع تأسيسات تا ميزان زيادي سازه‌هاي سنتي را شبيه‌سازي کرده و فضاي فيزيکي بيشتري براي اتاق‌هايي که محفظه ندارند در نظر مي‌گيرد که از آن جمله مي‌توان به مرکز کنترل و فرمان دهي، ذخيره‌سازي و منطقه بارگذاري تجهيزات اشاره کرد. ماژول‌ها بزرگ‌تر هستند اما در دامنه‌اي مشابه با محفظه مي‌توانند تا جايي که قدرت الکتريکي و منطقه سايت اجازه مي‌دهد بسط پيدا کنند.

 

   مرکز داده آجر و ملاط سازماني

درحالي‌که شايد در قلمرو MDC به نظر بعيد برسد اما مراکز بزرگ‌داده سازماني مي‌توانند انعطاف‌پذيري و قابليت اطمينان مشابهي با ساير انواع تأسيسات انعطاف‌پذير ارائه بدهند. دلايل بسياري وجود دارند که اين نوع تأسيسات بر اساس مرکز داده محفظه بندي يا پيش‌ساخته انتخاب مي‌شوند و اگر طرح و برنامه به‌درستي صورت گرفته باشد تأسيسات اين امکان رادارند تا به‌صورت ديناميک با سيستم‌هاي IT سازگار شده و بسط‌هاي آتي بدون تهديد از سوي عملکردهاي IT انجام گيرد. اين تأسيسات مي‌توانند هر اندازه‌اي داشته باشند و اندازه‌هاي ماژول معمولاً با اندازه تجهيزات برق و خنک‌کننده و نيازهاي کسب‌وکار همخواني دارند. تجهيزات مرکزي کارخانه نيز با استفاده از رويکرد ماژولار طراحي‌شده است تا بسط‌هاي آتي و تجديد ساختار به‌آساني امکان‌پذير باشد.

 

  نحوه کارآمدي تأسيسات انعطاف‌پذير

اين سؤال را مي‌توان به روش‌هاي گوناگوني پاسخ داد. استدلال‌هايي وجود دارند که مي‌گويند ازآنجاکه سخت‌افزار و استراتژي‌هاي IT مدام در حال تغييرند مي‌توان شکل فضا را تغيير داد و يا رويکرد ديگري براي کاربري آن برگزيد. ساير ادعايي که در خصوص کارآمدي روند تدارکات و ساختار وجود دارند از تکنيک‌هاي پيش‌ساخته کردن و نمونه‌سازي استفاده مي‌کنند. اساساً اين دلايل و ساير دلايلي ازاين‌دست گزينه‌هايي را پيش روي مالک مرکز داده براي تضمين اختياري بودن تأسيسات مرکز داده و امکان سازگار پذيري آن قرار مي‌دهند. سيستم يک مرکز داده ماژولار که نمود خوبي از امتيازات تأسيسات انعطاف‌پذير است سيستم خنک‌کننده است. ماهيت سيستم‌هاي خنک‌کننده بزرگ تجاري اين است که آن‌ها اغلب با استفاده از رويکرد ماژولار طراحي و ساخته‌شده‌اند. يکي از چالش‌هاي هميشگي تصميم‌گيري در اين خصوص اين است که ماژول لاجيکال يا بلاک کردن آن مقرون‌به‌صرفه بودن، بهره‌وري انرژي و بسط آسان را با خود دارد يا خير. حرف زدن در اين مورد بسيار آسان‌تر از عمل کردن است. اما اين روند تصميم‌گيري براي مرکز داده بسيار آسان است زيرا تعبيه خنک‌کننده (تجهيزات IT) از پيش تعيين‌شده است و در خصوص نحوه عملکرد تجهيزات و ماهيت تجهيزات خاص خنک‌کننده درک زيادي وجود دارد.

براي روشن کردن اين مثال بايد گفت که درواقع يک الگوي ساده انرژي براي شناسايي انرژي اضافي مورداستفاده موتورهاي فن در يونيت‌هاي هوايي مديريت کننده مراکز داده مورداستفاده قرار مي‌گيرد. اين الگو براي مراکز داده سنتي از يونيت‌هاي هوايي مديريت بزرگ‌تر در ساختار N+1 براي يک مجموعه سه‌تايي استفاده مي‌کنند. الگوي تأسيسات انعطاف‌پذير از همه پارامترهاي مشابه به‌استثناي يونيت‌هاي بسيار ماژولار مديريت هوايي و کوچک که جمعاً 5 عدد در يک ساختار N+1 است استفاده مي‌کند. براي پاسخگويي به نيازمندي‌هاي N+1، يونيت‌هاي مديريت هوايي بزرگ‌تر به فن‌هاي قدرتمندتري نياز دارند چراکه N در آن‌ها از N در نمونه تأسيسات انعطاف‌پذير بزرگ‌تر است. تحليل‌هاي يک دوره 4 ساله، اجراي 25 درصدي در سال نخست، 50 درصدي در سال دوم، 75 درصدي در سال سوم و 100 درصدي در سال چهارم را شبيه‌سازي کرده‌اند.