Эволюция дата-центров Microsoft

Как полагают эксперты, в ближайшем времени закон Сарбейнcа-Оксли (обязывающий компании, акции которых котируются на фондовых биржах, регулируемых Комиссией по ценным бумагам и биржам, вести финансовую отчетность в соответствии с общими принципами бухгалтерского учета), закон об учете и безопасности медицинского страхования HIPAA (Health Insurance Portability and Accountability Act), другие обязательные требования и, разумеется, конкурентные преимущества будут диктовать, какие приложения станут критически важными и бизнес-важными для дата-центров. При этом отмечается, что эксплуатационные расходы на технические средства в центрах обработки данных (ЦОД) могут быть сокращены до 70% и даже больше. В настоящее время капитальные и эксплуатационные расходы на содержание технических средств и обеспечения их электроснабжением и охлаждением на всем протяжении жизненного цикла сервера превышают стоимость самого сервера в четыре раза, причем эта несоразмерность продолжает расти. Более того, капитальные и эксплуатационные расходы на технические средства не слишком зависят от того, используется ли сервер на 100% или не задействован совсем. При увеличении загрузки серверов с 5 до 75% себестоимость вычислительного цикла сокращается до 15 раз; увеличить их загрузку можно, в частности, при помощи технологий виртуализации.

В последнее время даже такие гиганты, как корпорация Microsoft, изменили свою бизнес-стратегию по отношению к дата-центрам (хотя из-за рецессии расширение корпоративных ЦОД замедлилось).

Первое поколение (Generation 1) ЦОД Microsoft было организовано по классическим канонам, заложенным еще в момент появления первой компьютерной комнаты корпорации IBM. При выборе оборудование все было сфокусировано на обеспечении длительного времени безотказной работы, надежности и избыточности. Инфраструктура по классической схеме и сегодня реализована в большинстве дата-центров отрасли, но в Microsoft быстро поняли, что традиционный подход быстро устаревает. А самое главное – он не может идти в ногу с современными технологическими запросами и требованиями защиты окружающей среды.

Во втором поколении (Generation 2) дата-центров основное внимание стали уделять энергоэффективности, учитывая общую стоимость электроэнергии и операций. Примерами реализации концепции Generation 2 стали ЦОД в Квинсе (шт. Вашингтон) и Сан-Антонио (шт. Техас), где впервые были опробованы новые подходы, уменьшающие вредное воздействие на окружающую среду. Крупнейшая серверная ферма в Квинсе, занимающая по размеру площадь в семь футбольных полей, рассчитана на потребление до 48 МВт электроэнергии, причем там задействованы возможности гидроэнергетики. Новый дата-центр в Сан-Антонио, площадь которого превышает 46 тыс. кв. м обошелся софтверному гиганту в 550 млн долл. В этом ЦОД используются современные «зеленые» технологии (в частности, предусматривается преобразование солнечной энергии в электрическую, а также охлаждение сточными водами, прошедшими техническую переработку). Новая политика Microsoft на рынке дата-центров, сопряженная с крупными расходами, была связана с упрочением корпорации в бизнесе Web-сервисов. Конкуренцию ей стали создавать Google, Yahoo и другие компании, активно предлагающие ПО в формате «ПО как услуга».

Ключевыми признаками дата-центров третьего поколения (Generation 3) стали модульный подход и концентрация усилий на энергоэффективности и масштабировании. Типичным представителем Generation 3 можно считать ЦОД в Чикаго (шт. Иллинойс), открытие которого в феврале этого года (равно как и дата-центра в Дублине) по понятным причинам было перенесено на более поздний срок. Серверный ангар (англ. hanger – «подвеска») в Чикаго не имеет практически ничего общего с привычным ЦОД с традиционным фальшполом. Предполагается, что там разместятся примерно 400–500 тыс. серверов. Не забыты и основные требования к защите окружающей среды.

Хотя в октябре 2008 г. Microsoft объявила о сокращении затрат на строительство ЦОД на 300 млн долл., уже в декабре была предложена концепция ЦОД четвертого поколения (Generation 4). В своем блоге ее основные моменты изложил генеральный менеджер подразделения Microsoft Data Center Services Майкл Манос, выразив при этом благодарность своим коллегам Дэну Костелло и Кристиану Белади. Разработчики концепции подчеркивают, что Generation 4 станет основной инфраструктуры «облачных» дата-центров в ближайшие пять лет, а предлагаемые изменения можно считать самыми значительными за последние 30 лет. Суммируя все особенности нового поколения ЦОД, авторы говорят о модульном, масштабируемом и эффективном дата-центре, который может быть быстро и недорого доставлен в любую точку мира. Строительным «кирпичиком» перспективного ЦОД становится транспортируемый контейнер. При этом модульность касается размещения не только ИТ-аппаратуры (как, например, на серверной ферме в Чикаго, где в одном 40-футовом контейнере размещается до 2 тыс. серверов), но и механического и электрического оборудования. Это значит, что отдельные части ЦОД можно изготавливать в различных местах и поставлять для сборки в готовом виде (с учетом надежности и избыточности), как на автомобильный конвейер. Иными словами, данный подход к дата-центрам можно сравнить с тем, что привнес Генри Форд в сборку своих автомобилей модели T.

Главная идея заключается в снижении капитальных затрат на количество энергии в зависимости от класса дата-центра. Не секрет, что одни приложения требуют N-кратного уровня избыточности, другим же необходима лишь малая часть инфраструктуры (напомним, что стандарт TIA-942 подразделяет все дата-центры по надежности на четыре класса: от Tier 1 до Tier 4). Таким образом, первичными становятся классы инфраструктуры, которые позволяют оптимизировать затраты при работе различных приложений. Например, некритичные приложения могут функционировать в неуправляемом температурном диапазоне 10–35°С при относительной влажности 20–80%. В этом классе исключаются генераторы, источники бесперебойного питания, охладители и т. п., что существенно удешевляет традиционную архитектуру. Интересно, что в прошлом году двое сотрудников Microsoft провели эксперимент по размещению дата-центра в палатке. Пять серверов HP DL585 безотказно проработали на улице с ноября 2007 г. по июнь 2008 г.

Для приложений, требующих более высокого уровня избыточности и управления температурой, можно выбрать другой класс дата-центра четвертого поколения (см. таблицу). Все это, по замыслу разработчиков, позволит максимизировать возврат инвестиций и экономить на капитальных затратах. В каждый момент времени используется только то количество модулей, которое необходимо для решения конкретных задач. Таким образом, достигается очень высокая масштабируемость проекта. Модульная структура не только обеспечивает быстрое развертывание, но и очень удобна для проведения обслуживания и ремонта, так как нет необходимости приостанавливать работу всего дата-центра, когда требуется, например, провести регламентные работы на одном модуле. Все модули должны иметь общие интерфейсы, описанные в соответствующих спецификациях, что позволило бы производителям серверов, ИБП, генераторов и т.п. готовить оборудование для инфраструктуры по принципу «включи и работай».

Классы модульных дата-центров Microsoft

Класс	Оборудование	Значения PUE
		средние	максимальные
A	Нет ИБП, нет генератора	1,08–1,14	1,08–1,14
B	ИБП, генератор (опционально)	1,14–1,19	1,14–1,20
C	ИБП, генератор, обслуживающий генератор	1,18–1,23	1,22–1,28
D	ИБП + резервный ИБП, генератор + резервный генератор	1,27–1,33	1,66–1,73

Одной из ключевых целей проекта стало достижение к 2012 г. среднего значения коэффициента PUE (Power Usage Effectiveness), равного 1,125. Попутно стоит упомянуть, что в дата-центрах Generation 4 собирались исключить использование воды. Заметим, что это неотъемлемое экологическое требование ближайшего будущего, которое усложняет технические решения.

В апреле этого года Майкл Манос перешел в компанию Digital Realty Trust, занимающуюся проектированием и строительством ЦОД, а также сдачей в аренду мощностей собственных дата-центров. Эта компания настолько отработала все производственные процессы, что для введения в строй ЦОД с коэффициентом PUE, равным 1,35, ей требуется не более 26 недель, тогда как у других на это уходит год и больше. Манос – уже второй крупный специалист в области ЦОД, расставшийся с командой Microsoft; еще раньше корпорацию покинул Джеймс Гамильтон, которого называли архитектором будущих дата-центров. Теперь он работает в Amazon Web Services. Но в Microsoft не теряют оптимизма. Судя по опубликованной информации, в фокусе корпорации находятся online-, cloud- и live-сервисы, а ее руководство по-прежнему привержено модели контейнерного дата-центра.