ЦОД: что это, для чего нужен, классификация дата-центров | РБК Тренды

Содержание:

В 2024 году рынок дата-центров оценивался в $44,89 млрд, а уже в 2025-м он вырастет до $54,74 млрд. Одним из ключевых драйверов спроса на ЦОДы стало стремительное развитие искусственного интеллекта и машинного обучения. Аналитики McKinsey & Company прогнозируют, что до 2030 года отрасль будет расти на 10% ежегодно. «РБК Тренды» рассказывают, как работают ЦОДы, какими они бывают и какие услуги оказывают.

Что такое ЦОД

ЦОД (Центр обработки данных, или дата-центр) — это помещение, где размещается высокопроизводительная IT-инфраструктура и локальные физические серверы, поддерживающие работу приложений компании и ее рабочие процессы. ЦОД также хранит и управляет данными, связанными с этими приложениями и службами.

Центры обработки данных изначально создавались как частные объекты для нужд одной компании или организации. Однако в наши дни в ЦОДах размещают инфраструктуру поставщиков облачных услуг, которую могут использовать множество компаний одновременно.

Первые дата-центры появились в 1940-х годах в США. В 1945 году в Университете Пенсильвании создали ЦОД, который вмещал электрический числовой интегратор и компьютер (ENIAC). Он весил 27 т и занимал площадь 27 кв. м. ENIAC использовали для оборонных и разведывательных проектов.

К 1960-м центры обработки данных стали появляться в офисных зданиях. С годами компьютеры стали более компактными, в 1990-х годах на рынок вышли микрокомпьютеры, которые можно было сотнями размещать в одном помещении. Эти микрокомпьютеры стали называть серверами. В начале 2000-х годов развитие облачных вычислений значительно изменило традиционный ландшафт центров обработки данных. Так, в 2006 году Google запустила первый гипермасштабный ЦОД в штате Орегон. В настоящее время этот объект занимает площадь 120 тыс. кв. м.

Для чего нужен ЦОД

В наши дни услугами дата-центров пользуются государственные организации, банки, предприятия разных сфер, IT-компании и даже обычные люди, которые работают в интернете.

Какие услуги предлагают ЦОД:

• аренда сервера (Dedicated). Клиент может выбрать нужное ему по характеристикам оборудование и платить за использование серверных мощностей;
• размещение сервера (Colocation). В дата-центре можно разместить один или множество собственных серверов, а специалисты будут заниматься их обслуживанием;
• выделенная зона (Dedicated area). Это услуга, которая предполагает выделение отдельной площади для размещения оборудования тем клиентам, у которых есть повышенные требования к безопасности. Такие зоны обеспечены собственными каналами связи, электроснабжением, системами охлаждения и безопасности;
• виртуальный хостинг (Shared hosting). Клиент может арендовать у ЦОДа процессоры, оперативную память или место на диске для размещения своих проектов в интернете;
• виртуальный сервер. ЦОД может сдавать в аренду часть своего сервера, поделив его на несколько виртуальных независимых серверов (VPS). Клиент может размещать на виртуальном сервере свои проекты или устанавливать любые программы.

Какие преимущества дают современные дата-центры:

• оптимальное использование вычислительных и сетевых ресурсов, а также хранилищ данных. Благодаря виртуализации компании могут обслуживать большее количество пользователей с минимальным количеством оборудования и мощностей;
• быстрое развертывание приложений и сервисов благодаря инструментам автоматизации;
• масштабируемость, которую обеспечивает виртуализированная IT-инфраструктура. Даже компании, использующие локальные центры обработки данных, могут наращивать мощности по требованию, перенося рабочие нагрузки в облако при необходимости;
• разнообразие сервисов и решений, которое включает инфраструктуру как услугу (IaaS), платформу как услугу (PaaS), программное обеспечение как услугу (SaaS) и многое другое;
• разработку в облаке с помощью инструментов контейнеризации и бессерверных вычислений.

Наконец, ЦОДы обеспечивают меры безопасности на случай аварий или иных инцидентов, в том числе подачу резервного питания при отключении электроэнергии, копирование информации для аварийного восстановления, а также управление оборудованием в зависимости от температуры.

Классификация ЦОДов

Выделяют семь основных типов ЦОДов в зависимости от того, как они строятся, кому принадлежат и какие виды услуг оказывают:

• корпоративные — частные ЦОДы, которые поддерживают работу одной организации. Такие дата-центры проектируются на заказ, чтобы быть совместимыми с корпоративными приложениями и процессами;
• многопользовательские, или ЦОДы с размещением (колокационные), — предлагают оборудованные пространства компаниям, которые хотят разместить свои серверы;
• гипермасштабные — предназначены для поддержки очень крупномасштабной инфраструктуры. Подобные ЦОДы для своих нужд строят такие IT-гиганты, как Amazon, Microsoft или Google, в России — «Яндекс», «Газпром» и «Сбер»;
• периферийные, или микроцентры обработки данных, — небольшие ЦОДы, которые расположены рядом с клиентами, чтобы обрабатывать данные в реальном времени, например для задач интернета вещей;
• контейнерные, или модульные центры обработки данных, — мобильные ЦОДы, которые обычно располагают внутри транспортных контейнеров и развертываются на временной основе, например на строительных площадках или в зонах стихийных бедствий. Такие ЦОДы строит «Росатом» на базе автомобилей «КАМАЗ» и автоприцепов;

• управляемые — ЦОДы, которые предлагают услуги, в том числе вычислительные, разным пользователям или предприятиям;
• облачные — это распределенные центры обработки данных, управляемые сторонними поставщиками услуг, которые позволяют арендовать как пространство, так и инфраструктуру через облачные сервисы.

Структура ЦОДа

В здании ЦОДа размещается специальное оборудование, которое обеспечивает не только работу с данными, но и их сохранение в экстренных ситуациях, а также защиту серверов. Это в том числе:

• сетевое оборудование, маршрутизаторы, коммутаторы — обеспечивают связь между различными устройствами в ЦОДе и передачу данных;
• серверы, рабочие станции, хранилища данных — используются для обработки и хранения информации;
• системы электропитания и охлаждения — обеспечивают бесперебойную работу оборудования и поддержание температуры в здании;
• системы контроля доступа, видеонаблюдения, пожарные сигнализации — защищают доступ к данным и предупреждают о возникновении непредвиденных ситуаций.

Серверы

Серверы — это мощные компьютеры, которые обеспечивают работу приложений и доставку данных на устройства конечных пользователей. Они бывают нескольких форм-факторов:

• стойковые — это широкие, плоские, автономные серверы размером с небольшую коробку для пиццы. Они устанавливаются друг на друга в стойке для экономии места. Каждый сервер имеет собственный блок питания, охлаждающие вентиляторы, сетевые коммутаторы и порты, а также процессор, память и хранилище;

• блейд-серверы — еще более компактная версия, которая содержит процессор, сетевые контроллеры, память и иногда хранилище. Такие серверы устанавливаются в шасси;

• мейнфреймы — высокопроизводительные компьютеры с несколькими процессорами, которые могут выполнять работу целой комнаты стоечных или блейд-серверов.

Хранилища данных

Большинство серверов включают хранилища с прямым подключением (DAS) для быстрой передачи данных. Также некоторые из них имеют сетевое хранилище (NAS) и сеть хранения данных (SAN). NAS обеспечивает хранение данных и доступ к ним на нескольких серверах через стандартное соединение Ethernet. SAN использует отдельную сеть для данных и включает в себя более сложную комбинацию из нескольких серверов хранения, приложений и программного обеспечения для управления хранилищем.

Сетевое оборудование

Такое оборудование обеспечивает соединение между серверами и компонентами, а также потоком данных. К нему относятся коммутаторы, маршрутизаторы и оптоволоконные кабели, которые передают сетевой трафик через серверы, а также к ним и от них. Существуют также виртуализированные сетевые сервисы, которые работают поверх физических сетей, чтобы обеспечить работу протоколов безопасности или соглашений об уровне обслуживания (SLA).

Электропитание

Большинство серверов оснащены двумя источниками питания, в том числе от аккумуляторов, которые защищают от скачков напряжения и кратковременных отключений электроэнергии. При более масштабных инцидентах подключаются мощные генераторы.

Аварийное восстановление

Обычно ЦОДы содержат избыточные массивы независимых дисков (RAID) для защиты от потери или повреждения данных в случае отказа серверов. Кроме того, они имеют резервную систему охлаждения, которая активируется, если основная перестала работать.

Уровни ЦОДов

Ассоциация телекоммуникационной промышленности (TIA) установила стандарт TIA-942 для центров обработки данных, который охватывает все аспекты их проектирования, включая архитектуру, безопасность, физическую защиту и многое другое.

TIA-942 предусматривает четыре уровня рейтинга для ЦОДов:

• TIER I (Центр обработки данных уровня 1: Базовая инфраструктура сайта). Такие ЦОДы предлагают базовый уровень поддержки IT-систем. Они поставляются с источником бесперебойного питания, выделенной физической зоной для IT-систем, охлаждающим оборудованием и резервным генератором питания. Однако эти ЦОДы предлагают ограниченную защиту от физических повреждений серверов, не располагают резервным копированием, а за год могут простаивать 28 часов 48 минут.
• TIER II (Центр обработки данных уровня 2: Инфраструктура избыточных компонентов сайта). Эти ЦОДы поставляются с дополнительными охлаждающими компонентами, предлагают лучшее обслуживание и защиту от сбоев, а также замену компонентов без остановки системы. Такие дата-центры могут испытывать простой до 22 часов в год.
• TIER III (Центр обработки данных уровня 3: Одновременно обслуживаемая инфраструктура сайта). Такие ЦОДы предлагают высокий уровень избыточности компонентов и позволяют проводить обслуживание или замену оборудования без отключения системы. Также они имеют резервные системы поддержки, такие как блоки питания и охлаждения, что обеспечивает очень низкое годовое время простоя — около полутора часов. Это наиболее распространенный тип дата-центров на сегодняшний день.
• TIER IV (Центр обработки данных уровня 4: Отказоустойчивая инфраструктура сайта). Такие ЦОДы имеют физически изолированные системы, которые способны противостоять различным сбоям. Они отказоустойчивы, а время простоя составляет всего 26 минут в год.

Важной характеристикой ЦОДов выступает показатель избыточности оборудования, которое обеспечивает резервирование данных. Тип резервирования обозначается формулой N+, где N — это все компоненты системы, а цифры — количество дублирующих компонентов. Например, ЦОДы уровня TIER I имеют тип N, то есть не предлагают резервирование, а дата-центры уровня TIER IV предлагают резервирование 2N+1 (два равнозначных работающих компонента и один промежуточный, который возьмет нагрузку на себя, если первые выйдут из строя одновременно).

Современные ЦОДы

Поскольку дата-центры требуют много энергии для работы системы охлаждения серверов и генерируют большой объем выбросов углерода, компании ищут новые решения. В последние годы многие крупные игроки запустили проекты необычных ЦОДов.

Подводные ЦОДы

Первой компанией, которая построила такой ЦОД, стала Microsoft. В 2018 году в рамках проекта Natick она представила дата-центр на глубине 35,6 м у побережья Оркнейских островов на северо-востоке Шотландии. Дата-центр напоминал контейнер для морских перевозок и вмещал 12 стоек с 864 серверами. Источником его питания была ветряная турбина на суше. Однако в 2024 году корпорация закрыла проект, заявив, что использует наработки в будущих проектах.

Подобные проекты реализует китайская компания Beijing Highlander Digital Technology в прибрежных водах порта Хайнань, дельте Янцзы и экономической зоне Bohai Rim Economic Circle. А компания Subsea Cloud решила затапливать дата-центры на глубине около 3 км, чтобы еще больше снизить стоимость охлаждения серверов.

Плавучие ЦОДы

Подобный проект реализует американская Nautilus Data Technologies. Первый ЦОД с 800 серверными стойками запустили в 2021 году на переделанной барже в 30 км от Сан-Франциско. Также компания проектирует дата-центр в Ирландии.

В России Национальная технологическая инициатива разрабатывает проект плавучих ЦОДов для Арктической зоны, Сибири и Дальнего Востока. Для них планируется использовать баржи и платформы. В будущем такие ЦОДы могут стать частью инфраструктуры Севморпути, выступить в роли майнинг-ферм в регионах с низкой стоимостью электроэнергии, а также работать с парком судовых беспилотников или безэкипажных судов для сбора данных для навигации и поиска людей в воде.

Подземные ЦОДы

Такие дата-центры располагают глубоко под землей, в том числе в бывших шахтах. Так, компания Green Mountain в Норвегии построила подземный ЦОД внутри фьорда на глубине 75 м. А другой ЦОД страны — The Bahnhof Data Center — располагается в бывшем бункере, построенном на случай ядерной войны.

Между тем консорциум итальянских компаний объявил о планах построить центр обработки данных в доломитовой шахте города Сан-Ромедио.

Читайте также:

➤ Подписывайтесь на телеграм-канал «РБК Трендов» — будьте в курсе последних тенденций в науке, бизнесе, обществе и технологиях.