/ фото Dennis van Zuijlekom CC

Постоянно растущая нагрузка на вычислительные системы вынуждает компании искать новые способы дизайна дата-центров. В данном материале мы подготовили для вас обзор нескольких самых необычных решений для центров обработки данных.

Наши материалы по теме:

• Как выбрать направление для развития ИТ-проекта
• Технологические решения для ЦОД
• Энергоэффективность, хранение данных и «облака»

Дата-центры под землей

Современные дата-центры состоят из многих тысяч серверов, обрабатывающих конфиденциальную информацию пользователей. Чтобы обеспечить безопасность данных, компании идут на неожиданные шаги, например, строят ЦОДы под землей. Плюсами такого решения являются высокая скорость развертывания: строить здание дата-центра не нужно, а монтажные работы можно проводить в любую погоду.

Площадь в 1,5 квадратных километров подготавливается к работе за 60 дней. Дополнительно стоит отметить, что подземные помещения чрезвычайно устойчивы к стихийным бедствиям, а это очень полезное преимущество в торнадоопасных регионах.

В качестве примера подземного ЦОД можно привести детище компании Iron Mountain, располагающееся на глубине 67 метров в заброшенной шахте площадью 145 акров рядом с Питтсбургом. Под землей по большей части прохладно – в Iron Mountain температура в шахте опускается ниже 14 градусов по Цельсию, что позволяет экономить на охлаждении. На каждый 1 кВт мощности серверов приходится 0,56 кВт на охлаждение, в то время как в классических дата-центрах привычным считается соотношение 1:1.

Из-за того, что заброшенная шахта расположена вдали от города, Iron Mountain получила возможность экономить на электроэнергии. Сейчас компания платит 5,5 центов за 1 кВт/ч, тогда как дата-центры в больших городах отдают за тот же объем электричества от 10 до 17 центов. Экономить помогает и тот факт, что ЦОД закупает электроэнергию на высоком напряжении и самостоятельно осуществляет трансформацию. Если классические дата-центры берут 480 В, то Iron Mountain берёт 4160 В.

Похожий подземный дата-центр расположен на норвежском острове Реннесой. Созданный компанией Green Mountain, он занимает 21000 квадратных метров и уходит в глубину на 100 метров. Раньше это помещение использовалась как склады, где хранилось военное оборудование НАТО.

Тренд поддержала и компания LightEdge Solutions, которая занимается облачными вычислениями и колокацией. В 2014 году она инвестировала 58 миллионов долларов в создание крупнейшего в мире подземного комплекса площадью 18 квадратных километров.

Еще одна впечатляющая, по версии Wired, серверная ферма расположена в подземном технологическом центре в Швейцарских Альпах. «Швейцарский Форт-Нокс» – это два отдельных дата-центра, размещенные в бункерах времен холодной войны. Оба центра связаны между собой дублированными оптоволоконными каналами связи.

Многоступенчатые системы защиты в сети и ИТ уменьшают любой возможный риск сбоев до минимума, а системы климатического контроля и энергоснабжения снижают зависимость от внешнего мира: центр способен работать автономно на протяжении многих недель.

Отличительной чертой этого ЦОДа является его «неприступность»: от техногенных катастроф его защищает толстый слой скальной породы и трехтонная дверь, а от террористических угроз – системы безопасности и служба охраны, работающая по военным стандартам.

Стоит отметить, что представленные выше дата-центры пользуются помощью матери-природы. Для охлаждения вычислительных модулей используется вода из подземных источников, а Green Mountain получает воду температурой 8 градусов Цельсия из фьорда.

Рабочее оборудование нагревается до высоких температур, а энергопотребление отдельных стоек достигает 30-35 кВт, поэтому отвод тепла является одной из самых важных проблем.

DCD Intelligence сообщает, что, если собрать тепло, выделяемое дата-центрами всего мира, его хватит, чтобы обогреть Великобританию. Не желая расходовать такое количество энергии понапрасну, российская компания «Янедекс» решила найти применение выделяемому теплу. Не так давно в финском городе Мянтсяля открылась станция донагрева воды, забирающая тепло дата-центра компании.

Сейчас в Мянтсяля работает одна из четырех очередей серверов «Яндекса», мощность каждой из которых составляет 10 МВт. Нагретый серверами воздух гонится вентиляторами к станции донагрева, разогревая воду с 30 до 60 градусов.

Что касается России, то внедрять подобную технологию у нас проблематично из-за высоких потерь энергии в теплосетях, однако такие проекты все же есть. В Иркутской области несколько компаний (En+ Group, Huawei, CDS, «Ланит») и органы местного самоуправления планируют построить дата-центр, тепло от серверов которого будет передаваться местной ТЭЦ.



/ фото Sam Howzit CC

Дата-центры под водой (и на воде)

Проектировщики дата-центров стараются по максимуму использовать возможности, даруемые нам природой. Еще в далеком 2008 году компания Google получила патент на плавучий дата-центр. Проект предусматривает размещение ЦОДа на расстоянии 5 км от берега. Этот подход исключает необходимость в постройке отдельного здания и освобождает от уплаты налогов на имущество.

Однако компания Google не торопится воплощать идею в жизнь. Вместо них первый шаг в этом направлении сделал стартап Nautilus Data Technologies.

Арнольд Магкейл (Arnold Magcale) и Дэниел Кекай (Daniel Kekai), соучредители компании, создают сеть плавучих платформ, чтобы оказывать услуги по размещению оборудования. По их мнению, такая конструкция позволить защитить дата-центры от природных катаклизмов и добавит им мобильности – в случае необходимости платформу можно будет передвинуть с места на место.

Традиционные ЦОДы используют огромное количество воды для охлаждения, например, дата-центр Агентства национальной безопасности США в штате Юта потребляет 1,5 миллиона галлонов воды в день (или 5,6 миллиона литров). Специалисты из Nautilus решили изменить концепцию и принесли дата-центр к воде, разработав оригинальную систему охлаждения, забирающую воду непосредственно из-под баржи и возвращающую её обратно в водоем.

Сейчас первый коммерческий дата-центр Nautilus строится на военно-морской верфи Мар-Айленд. Основатели проекта убеждены, что работа на военной базе поможет им уберечь технологии; последующие дата-центры тоже планируется строить на военных верфях.

Главным плюсом проекта считается его быстрое развертывание. Плавучий ЦОД вмещает в себя 800 серверных стоек, а подготовить его к работе можно за 6 месяцев (в любой точке мира, где есть водоем).

По словам Дэниела, дата-центр на верфи Мар-Айленд лишь прототип. Сейчас в качестве основного источника питания используется электричество, но в планах руководства создание барж следующего поколения с топливными элементами, что позволит сделать ЦОД автономным. Осталось понять, как заинтересовать этой технологией консервативных клиентов, предпочитающих традиционные виды центров обработки данных.

Если Nautilus Data Technologies строит дата-центр на воде, то Microsoft решила погрузиться в тему с головой. Компания работает над проектом, получившим название Natick, и уже разработала прототип капсулы, выдерживающей давление толщи воды в сотни метров.

«Когда я впервые об этом услышал, то подумал: «Вода, электричество, зачем это вообще делать?» – говорит Бен Катлер (Ben Cutler), дизайнер Microsoft, принимающий участие в разработке проекта Natik. – Но чем больше ты об этом думаешь, тем отчетливее видишь смысл».

Команда из Microsoft уверена, что массовое внедрение таких технологий позволит сократить время развертывания новых дата-центров с 2 лет до 90 дней.

Ларри Смарр (Larry Smarr), физик и специалист по обработке данных, уверен, что у такого подхода есть будущее. Он отмечает, что поставщики облачных систем годами искали подходящие места для установки ЦОД в надежде извлечь выгоду из окружающей среды.

Помещение ЦОД под воду решает проблему охлаждения серверов. Более того, такие капсулы можно размещать ближе к городам, стоящим рядом с водными массивами, – это ускорит работу веб-сервисов, уменьшив задержку, доставляющую интернет-пользователям множество неудобств.

Первое экспериментальное судно проекта Natik получило имя «Леона Филпот» в честь популярного игрового персонажа из игры Halo. Тестирование дата-центра проходило в Тихом океане на расстоянии километра от берега с августа по ноябрь 2015 года.

Система была до отказа «набита» различными датчиками давления, влажности, движения и протечки, чтобы лучше понимать возможные причины отказа оборудования. Но за все время испытания не произошло ни одного сбоя, что позволило команде продлить эксперимент и даже успешно развернуть в процессе дальнейшего тестирования некоторые коммерческие проекты с обработкой данных в облачной среде Microsoft Azure.

Во время этого эксперимента специалисты из Microsoft наблюдали не только за состоянием электронных систем, но и за состоянием окружающей подводной среды. С помощью акустических датчиков была произведена оценка шума, исходящего от турбин капсулы, и степень его влияния на обитателей подводного мира. Оказалось, что звук устройства заглушает малейший шум, издаваемый проплывающей мимо рыбой.

Успешно завершив первый этап эксперимента, исследовательская группа планирует разработку очередного варианта капсулы втрое большего размера (диаметр «Леоны Филпот» – 2,5 метра). На этом этапе к участию в проектировании подразделение планирует привлечь группу специалистов по альтернативной энергетике.

В планах компании вырабатывать электричество с помощью подводных течений. Это позволит сократить выброс тепла в морскую воду. На данный момент ученым удалось добиться отсутствия температурного изменения вокруг капсулы на расстоянии уже нескольких дюймов от устройства.

Делать упреждающие выводы о вероятности технической реализации этого смелого проекта, а тем более сроках ввода первых объектов в эксплуатацию, преждевременно. «На данный момент проект Natik находится на стадии исследования, и до конца не ясно, будет ли эта концепция применяться компанией Microsoft и другими провайдерами облачных услуг.

Помимо разработки новых подводных дата-центров Microsoft занимается прокладкой подводных кабелей через Тихий океан между Китаем, Южной Кореей, Тайванем, Японией и Западным побережем США. New Cross Pacific, так назвали эту сеть, позволит увеличить скорость передачи данных.

Еще один трансатлантический кабель – Hibernia Express – был введен в эксплуатацию в сентябре 2015 года и проложен между Канадой, Ирландией и Великобританией. Пока что Microsoft – это единственная компания, которая решилась потратить 300 миллионов долларов на прокладку кабеля AEConnect.

Будущая сеть, протяженностью более 5400 километров, рассчитана на передачу данных со скоростью 100 Гбит/с, поэтому Microsoft будет использовать эту трансатлантическую сеть для удовлетворения растущего спроса на широкополосную связь и поддержку облачных услуг.

Управляющий директор корпорации Microsoft по взаимодействию с операторами глобальной сети Дейв Кроули (Dave Crowley) отметил, что из 230 подводных кабелей в мире, очень немногие способны поддерживать технологию когерентной передачи со скоростью 100 Гбит/с.



/ фото Arthur Caranta CC

Дата-центры будущего

Глядя на подводные/надводные дата-центры и кабели, тянущиеся через Атлантику, кажется, что будущее, описанное во многих киберпанк-романах, уже наступило. Еще одно тому подтверждение – концепт дата-башни, созданный Марко Мерлетти (Marco Merletti) и Валерией Меркури (Valeria Mercuri).

Для разработчиков их проект – это ответ на вопрос, как должен выглядеть экологически чистый дата-центр. Главная задача – исследовать пути выгодного использования естественных природных условий для упрощения и удешевления обслуживания.

Несмотря на кажущуюся футуристичность башни, создать её можно с применением современных технологий. По словам архитекторов, этот проект – гигантская трехмерная материнская плата цилиндрической формы. Все элементы крепятся с внешней стороны, а внутренняя часть остается пустой, формируя воздуховод охладительной системы. С помощью вентиляторов планируется создать эффект естественной тяги, подавая свежий холодный воздух снаружи и выводя теплый через пустоту в центре.

Охлаждению башни также способствует её планируемое географическое расположение. Погодные условия в Исландии идеально подходят для размещения дата-центров, а благодаря дешевому электричеству, вырабатываемому гидростанциями, стоимость обслуживания будет низкой.

Дата-башня состоит из 24 столбов, образующих скелет здания, на которых крепятся блоки с вычислительным оборудованием. Блоки с оборудованием, выступающие из стен, несут в себе от 4 до 8 стандартных серверных стоек, что открывает возможности по масштабированию. По подсчетам Меркури и Мерлетти дата-башня способна уместить до 400 000 серверов.

В заключение хочется отметить, что именно такие амбициозные проекты толкают вперед интенсивно развивающуюся ИТ-индустрию. Возможно, уже в ближайшем будущем во всех пещерах мира будут развернуты машинные залы, на серверном полюсе вырастут башни с серверами, а выражение «глубокий интернет» приобретет буквальное значение.

P.S. Мы стараемся делиться не только собственным опытом работы над сервисом по предоставлению виртуальной инфраструктуры 1cloud, но и рассказывать о смежных областях знаний в нашем блоге на Хабре. Не забывайте подписываться на обновления, друзья!