تعیین بهای تمام‌شده برای زیرساخت فیزیکی مرکزداده [1]

مقدمه

پیش‌بینی و اندازه‌گیری بهای تمام‌شدهٔ (TCO) ـ[2] زیرساخت فیزیکی مرکزداده (DCPI) [مطالعهٔ بیشتر] ضروری است؛ زیرا برای تحلیل بازگشت سرمایه و دیگر فرایندهای تصمیم‌گیری کسب‌وکارها به کار می‌رود. این کار افزون بر درک مواردی که بر قیمت تمام‌شده اثر می‌گذارند، ما را صاحب بینشی می‌کند که با آن می‌توانیم از فرصت‌ها برای مهار هزینه بهره بگیریم. بی‌شک بسیار شگفت‌زده خواهید شد اگر بدانید بهای تمام‌شدهٔ زیرساخت فیزیکی ممکن است از بهای تمام‌شدهٔ تجهیزات پشتیبانی فاوا بیشتر باشد.

در این مقاله به روش محاسبهٔ بهای تمام‌شدهٔ زیرساخت فیزیکی در مرکزداده می‌پردازیم. منظور از «زیرساخت فیزیکی» در اینجا همهٔ تجهیزاتی است که برای فراهم‌کردن برق و سرمایش و حفاظت فیزیکی تجهیزات فاوا به‌کار می‌روند، ولی خود تجهیزات فاوا در این مفهوم نمی‌گنجند.

برای محاسبهٔ بهای تمام‌شدهٔ زیرساخت فیزیکی مرکزداده هیچ روش تعریف‌شده و شناخته‌شده‌ای وجود ندارد. البته روش ساده‌ای هست که در آن همهٔ موارد گوناگون هزینه‌ای و مخارج عملیاتی را جمع می‌بندند. این روش دیدگاهی کلی از مجموع مبالغ سرمایه‌گذاری‌شده را نشان می‌دهد. ولی این نتیجه ناکافی است و هزینهٔ استفاده از تجهیزات را در محاسبه نمی‌بیند.

اکنون دو مرکزداده را در نظر بگیرید که همانند و یکسان ساخته شده‌اند و ظرفیت هر دو نیز ۱۰۰ کیلووات است. با این تفاوت که در یکی از آن‌ها تجهیزات فاوا به‌اندازه‌ای است که از ۱۰۰ درصد توان الکتریکی و گنجایش فضای موجود استفاده می‌کند، ولی در دیگری تنها یک رک وجود دارد که با ۲ کیلووات از تجهیزات فاوا کار می‌کند. هزینهٔ جاری بهره‌برداری در طول عمر این دو سری از تجهیزات کمابیش برابر است، ولی بازده سرمایهٔ هرکدام به‌کلی فرق دارد. بهای تمام‌شده در مرکزدادهٔ اول که از همهٔ ظرفیت خود استفاده کرده دربرگیرندهٔ تجهیزات فاوای بسیاری است که کار کرده‌اند و خدمات داده‌اند. در مرکزداده دیگر که با تجهیزات کمتر از ظرفیت زیرساخت کار کرده است، بیشتر هزینه ناشی از زیرساخت فیزیکی است که صرف تنها یک رک شده است. هنگامی که بهای تمام‌شدهٔ زیرساخت فیزیکی مرکزداده از نظر عملکرد مفید محاسبه می‌شود، از جمله آنکه چه‌حجم از تجهیزات فاوا با چه‌مقدار از زیرساخت پشتیبانی شده‌اند، هزینهٔ تجهیزات غیرفعالی که بی‌استفاده مانده‌اند عدد بهای تمام‌شده را به‌مقدار زیادی افزایش می‌دهد.

این مقاله نشان می‌دهد بزرگ‌ترین عامل افزایندهٔ بهای تمام‌شده، در نگرش عملکرد مفید همان هزینهٔ منابع استفاده‌نشده است. در واقع مراکزدادهٔ با اندازهٔ متوسط می‌توانند بیشترین بازگشت سرمایه را با برآورد درست از زیرساخت فیزیکی به‌دست آورند. در چنین تاسیساتی بهترین نرخ بازگشت سرمایه (ROI) از راهبرد طراحی سنجیده به‌دست می‌آید.

ارتباط بین بهای تمام‌شده و عملکرد مفید

بیشتر تلاش‌ها برای کاستن از بهای تمام‌شده در مراکزداده سرانجام به عددی می‌رسد که بهای تمام‌شده را به‌ازای «هر متر مربع از سطح مرکزداده» یا «هر کیلووات مصرف‌شده از برق» نشان می‌دهد. این معیارها در بررسی عملکرد مفید سودمند نیستند و کمکی به تعیین بازگشت سرمایهٔ پروژه نمی‌کنند. همچنین برای محاسبهٔ بهای تمام‌شدهٔ ساخت نرم‌افزار جدید فاوا نیز هیچ فایده‌ای ندارند.

کارکنان هر دو بخش فاوا و تاسیسات در حوزهٔ زیرساخت فیزیکی درک یکسانی از واحد اندازه‌گیری «رک» دارند. مهندسان در این دو حوزه ملزومات برق و سرمایش و مقدار جایی را که هر رک اشغال می‌کند به‌خوبی استانداردسازی کرده‌اند. همچنین از دید فاوا مقدار کارکرد و تجهیزاتی که در رک گنجانده می‌شود نیز به‌خوبی درک شده است. بدین ترتیب زیرساخت‌های تجهیزات با عناوینی مانند «رک‌ها» (Rack) یا «واحد رک» (Rack Unit) بیان می‌شوند. این اصطلاحات امروزه پذیرفته‌شده‌تر است و بیشتر استفاده می‌شود.[3] دلیلش این است که پیش از این همان طور که به رک‌های باز یا بسته «رک» می‌گفتند، به کابینت‌های اختصاصی مانند کامپیوترهای بزرگ مین‌فریم و ذخیره‌سازهای نواری نیز «رک» می‌گفتند.

شکل ۱: نمودار تغییرات استفاده از امکانات زیرساخت برق مرکزداده در عمر مفید آن

پژوهش‌ها نشان می‌دهند که بیشتر مراکزداده تنها ۳۰ درصد از امکانات بالقوهٔ خود را به‌کار می‌گیرند. البته بعضی از مراکزداده هستند که تا ۹۰ درصد یا بیشتر از امکانات خود استفاده می‌کنند و بعضی دیگر هم تنها با ۱۰ درصد کار می‌کنند. از سوی دیگر میزان بهره‌گیری از مراکزداده در طی عمر مفیدشان ثابت نیست و از الگوی نسبتا مشخصی پیروی می‌کند. مقدار به‌کارگیری تجهیزات مرکزداده و تغییرات آن در طول زمان برای مدل محاسبهٔ بهای تمام‌شده، ورودی بسیار مهمی است. در این مقاله از مدل رایجی که در شکل ۱ می‌بینید استفاده می‌شود. برای مطالعهٔ بررسی کامل‌تر دربارهٔ این موضوع می‌توانید به مقالهٔ «جلوگیری از هزینه‌های ناشی از برآورد نادرست در زیرساخت‌های مرکزداده» [4] مراجعه کنید.

در روش محاسبهٔ بهای تمام‌شده در واحد رک، کل بهای تمام‌شده بر تعداد رک‌های فعال تقسیم می‌شود. بدین ترتیب هیچ هزینه سربار ایجاد نمی‌شود و هزینهٔ زیرساخت‌های فیزیکی درست متناسب با گسترش زیرساخت فاوا افزایش می‌یابد.

نمونه‌ای از بهای تمام‌شدهٔ معمول

برای محاسبهٔ «بهای تمام‌شده به‌ازای هر رک» به انواع گوناگون بسیاری از داده (Data) در حوزهٔ سرمایه، مهندسی، نصب، همچنین عملیات برای اجزای مختلف زیرساخت نیاز هست. همچنین فراهم‌بودن مواردی از جمله پارامترهای طراحی همچون متر مربع به‌ازای هر رک، وات به‌ازای هر رک، برنامهٔ بهره‌برداری، پیش‌بینی طول عمر مرکز، گزینه‌های افزونگی و مانند آن ضروری است.

در اینجا برای محاسبهٔ بهای تمام‌شده از نرم‌افزار محاسبه‌گر بهای تمام‌شدهٔ مرکزداده بهره گرفته‌ایم که در مرکزدادهٔ مرکز علم اشنایدر الکتریک ساخته شده و توسعه یافته است. برای این کار مقادیر زیر را به آن داده‌ایم. این نرم‌افزار چنان تنظیم شده که از مقادیر متوسط موارد هزینه‌ای از جمله سرمایه، تجهیزات، نصب، مهندسی، همچنین عملیات استفاده کند. کشور یا منطقهٔ جغرافیایی که مرکزداده در آن است و نوع صنعت بر نتایج ارائه‌شده تاثیرگذار هستند. فرض بر این است که دادهٔ مربوط به مقادیر استفاده از تجهیزات در قالبی همانند آنچه در شکل ۱ می‌بینید توصیف می‌شود.

برای تعیین دادهٔ بهای تمام‌شده ابتدا مرکزداده‌ای معمول با استفاده از ویژگی‌های زیر تعریف می‌شود:

• میزان مصرف برق: ۱۰۰ کیلووات
• ظرفیت توان: ۵۰ وات بر فوت مربع (W/sq ft)
• طول عمر: ۱۰ سال
• توان متوسط رک: ۱٬۵۰۰ وات
• افزونگی (Redundancy)ـ: 2N

آزمایش‌ها نشان می‌دهند تغییر این پارامترها در بازهٔ معمول بر نتایج یافته‌های این تحقیق تاثیر آشکاری نمی‌گذارد.

یافته‌ها

شکل ۲: جزئیات بهای تمام‌شده برای رک معمول در مرکزدادهٔ 2N با پایایی خوب

بهای تمام‌شده به‌ازای هر رک در طول عمر مرکزداده کمابیش برابر با ۱۲۰ هزار دلار است. این هزینه در بسیاری از موارد با هزینهٔ بقیهٔ تجهیزات فاوایی که در طول عمر مرکزداده به‌تدریج درون رک نصب می‌شوند برابری می‌کند. از مجموع بهای تمام‌شده به‌ازای هر رک در طول عمر مرکزداده (۱۲۰ هزار دلار) تقریبا نیمی از آن هزینهٔ سرمایه‌ای و نیم دیگر هزینهٔ عملیاتی است. ریز این هزینه‌ها را در شکل ۲ می‌بینید. از بررسی این جزئیات بینشی به‌دست می‌آید که با آن می‌توان از فرصت‌ها برای مهار و کاهش هزینه در مناطق مختلف استفاده کرد.

فرصت‌ها برای مهار بهای تمام‌شده

برای کاستن از بهای تمام‌شده در طول عمر مرکزداده راهبردهای گوناگونی وجود دارد. این راهبردها مواردی همچون بهبود کارایی (Efficiency)، برنامه‌ریزی بهینه، برآورد درست (Rightsizing) برای سیستم، هزینهٔ مذاکرات، همچنین سایر مخارج سربار را در بر می‌گیرد. محاسبه‌گر بهای تمام‌شده امکان بررسی تاثیر سناریوهای مختلف بر بهای تمام‌شده را فراهم کرده است. بدین وسیله می‌توان سرفصل‌های موثر در تحقیق و در نهایت سرمایه‌گذاری را شناسایی کرد. در جدول شماره ۱ ریز صرفه‌جویی به‌دست‌آمده از سناریوهای گوناگون بهای تمام‌شده به‌ازای هر رک در تاسیسات معمولی که افزونگی 2N دارند به‌طور خلاصه بیان شده است.

جدول ۱: سناریوهای کاهش بهای تمام‌شده در زیرساخت فیزیکی مرکزداده

سناریو	بهای تمام‌شده صرفه‌جویی به‌ازای هر رک	درصد صرفه‌جویی از بهای تمام‌شده
خرید تجهیزات برق با ۲ درصد کارایی الکتریکی بالاتر	۱٬۴۷۲ دلار	۱٫۱ درصد
کاهش هزینهٔ برق تا ۱ سنت به‌ازای کیلووات ساعت	۳٬۱۰۰ دلار	۲٫۴ درصد
حذف کف کاذب	۴٬۲۰۰ دلار	۳٫۳ درصد
افزایش ضریب عملکرد سرمایش تا ۱۰۰ درصد	۵٬۵۰۰ دلار	۴٫۳ درصد
فراهم‌کردن فضا بدون هزینه	۱۲٬۰۰۰ دلار	۹٫۴ درصد
فراهم‌کردن تجهیزات و ماشین‌آلات اصلی با قیمت ۵۰ درصد زیر قیمت معمول	۱۵٬۷۰۰ دلار	۱۲٫۳ درصد
تنظیم ابعاد و اندازهٔ صحیح برای سیستم، مطابق الزامات واقعی در طول زمان	۷۶٬۴۰۰ دلار	۶۰٫۱ درصد

اعداد صرفه‌جویی که در جدول می‌بینید به‌ازای هر رک محاسبه شده است. بنابراین برای به‌دست‌آوردن مقدار صرفه‌جویی در کل یک مرکزداده می‌توانید آن‌ها را در تعداد رک‌هایی که دارید ضرب کنید. نکتهٔ مهم این است که ممکن است تصور کنید با اجرای این سناریوها می‌توانید ارقام صرفه‌جویی بیشتری در مقایسه با طراحی‌های معمول قدیمی به‌دست آورید، اما در عمل معلوم نیست که چنین باشد.

از میان سناریوهایی که بیان می‌شود بیشترین منافع را می‌توان با برآورد درست سیستم به‌دست آورد. مهم‌ترین دلیل آن توسعهٔ نابهنجار [5] سیستم است که پیش‌تر گفته‌ایم و آن را در شکل ۱ دیدید. صرفه‌جویی چشمگیری که از برآورد درست به‌دست می‌آید ناشی از دو دلیل زیر است:

۱ـ زیرساختی را که هیچ‌گاه به آن نیاز نمی‌شود، هرگز در مرکزداده به‌کار نمی‌گیرند.
۲ـ زیرساختی را که مرکزداده به آن نیاز دارد، تنها در هنگام استفاده به‌کار می‌گیرند.

مزایای کاربردی برآورد درست

پیش‌تر دیدید که با به‌کارگیری راهبرد اجرایی برای پیش‌گیری از توسعهٔ نابهنجار می‌توان هزینه‌های احتمالی زیرساخت‌ها را تا ۶۰ درصد کاهش داد. طراحی مطلوب که اندازه‌های درستی دارد از بزرگ‌شدن نابهنجار مرکزداده جلوگیری می‌کند. هزینه‌ها در آن تنها هنگامی که ضروری هستند مصرف می‌شوند. در چنین طراحی برای رسیدن به صرفه‌جویی‌هایی که روی کاغذ امکان‌پذیر هستند فقط آن فضای ضروری و برق و سرمایشی را که همین اکنون نیاز هست فراهم می‌سازند و هزینه‌های خدماتی زیرساخت اصلی را فقط به‌اندازهٔ نیاز کنونی صرف می‌کنند. این طراحی از نظر اندازه نیز به‌خوبی امکان توسعه دارد. اگرچه هم‌اکنون این مطلوب در واقعیت ممکن نیست ولی در کار برپاکردن مرکزداده اجرای روش‌های توسعه‌پذیر و ماژولار (Modular) [مطالعهٔ بیشتر] عملی و مقرون‌به‌صرفه هستند. همچنین بخش مهمی از موارد صرفه‌جویی که از درست‌بودن اندازهٔ مرکزداده محقق می‌شوند برای دست یافتن به این هدف موثر هستند.

شکل ۳: هزینهٔ کامل طول عمر به‌ازای رک برای سه مدل زیرساخت در مرکزداده

امروزه با کمک فناوری‌هایی که در دسترس است می‌توان بسیاری از اجزای مرکزداده را (مانند منبع تغذیه اضطراری (UPS)ـ[6]، توزیع برق، تهویهٔ مطبوع) با روش ماژولار و توسعه‌پذیر (Scalable) اجرا کرد. نمونهٔ چنین طراحی توسعه‌پذیری InfraStruXure شرکت اشنایدر الکتریک  است. هرگاه اجزا به‌مرور زمان و مطابق الزامات واقعی اجرا بشوند، صرفه‌جویی هزینه هم در بخش تجهیزات هم در بخش قراردادهای خدماتی و برق حاصل‌شدنی است. با این‌همه در بخش هزینه‌های کلی مرکزداده بسیاری از موارد هستند که به‌آسانی با مرور زمان سازگار نمی‌شوند و معمولا باید پیشاپیش پرداخت بشوند. مانند هزینهٔ بهبود فضای تجهیزات یا تجهیزات تابلوی برق و خدمات مهندسی. اگر فناوری ماژولار و توسعه‌پذیر تا همان اندازه‌ای که ممکن و عملی است به‌کار برود، محاسبه‌گر بهای تمام‌شده می‌تواند صرفه‌جویی‌های نظری حاصل از برآورد درست را تا حدود ۵۰ درصد تخمین بزند. این محاسبات را در شکل ۳ مشاهده می‌کنید.

 موارد صرفه‌جویی در نمونهٔ عملی و توسعه‌پذیر شکل ۳ به آن اندازه نمی‌رسد که در توسعه‌پذیری مطلوب روی کاغذ پیش‌بینی می‌شود. زیرا هنوز هیچ فناوری عملی وجود ندارد که با آن بتوان برخی از اجزای مرکزداده (مانند اطفای حریق، کف کاذب، تابلوی برق، فضای تجهیزات) را به‌شکل ماژولار و توسعه‌پذیر اجرا کرد. افزون بر این تجهیزاتی همچون UPS را نمی‌شود درست هماهنگ با مقدار مصرف تجهیزات اجرا کرد، بلکه برای حفظ ضرورت حاشیهٔ ایمنی همواره باید بیشتر از مقدار نیاز به‌کار گرفته شوند. با این‌همه، کاهش چشمگیر بهای تمام‌شده در طول عمر مرکزداده از طریق صرفه‌جویی در موارد بسیاری ممکن و عملی می‌شود.

چنان‌که در نمونهٔ کاربردی و توسعه‌پذیر شکل ۳ می‌بینیم، ۶۵ درصد از صرفه‌جویی با کاهش هزینهٔ سرمایه‌ای و ۳۵ درصد دیگر با کاهش هزینهٔ عملیاتی به‌دست آمده است. نقدینگی ضروری با استفاده از روش توسعه‌پذیر به‌شکل سالیانه کاهش یافته و بیشترین صرفه‌جویی نیز در سال اول محقق شده است. اغلب در حدود ۹۰ درصد از سرمایه در سال اول و با استفاده از روش‌های طراحی قدیمی خرج می‌شود؛ درحالی‌که میزان تجهیزات نصب‌شده در سال اول از سال‌های دیگر کمتر است و دربارهٔ نیازهای آینده آگاهی اندکی وجود دارد. این وضعیت توجیه سرمایه را براساس بازگشت سرمایه بسیار دشوار می‌سازد.

صرفه‌جویی به‌دست‌آمده از شرایط خاص ممکن است بسته به پیش‌فرض‌ها و محدودیت‌های هر پروژه‌ای متفاوت باشد. در چنین حالتی محاسبه‌گر بهای تمام‌شده برای برآورد دقیق‌تر باید اطلاعات ویژهٔ مکان جغرافیایی پروژه را نیز داشته باشد.

نتیجه‌گیری:

همان طور که پیش‌تر گفتیم با بیان بهای تمام‌شدهٔ زیرساخت فیزیکی مرکزداده به‌واحد «رک» می‌توان یکای اندازه‌گیری استانداردی داشت. به‌کمک این شاخص می‌توان از یک سو مراکزداده را و از سوی دیگر روش‌های مختلف طراحی را با یکدیگر مقایسه کرد.

در این مقاله به استفاده از ابزار و روش محاسبهٔ بهای تمام‌شده پرداختیم. این ابزار به ارزیابی راهبردهای کاهش هزینه کمک می‌کند و بهای تمام‌شده را متناسب با روش‌های مشخص هر نصب تخمین می‌زند.

برآورد بهای تمام‌شده به‌ازای هر رک در طول عمر مرکزدادهٔ با پایایی خوب تقریبا ۱۲۰ هزار دلار است. نسبت نابهنجار و بیشتر از نیاز بودن زیرساخت فیزیکی مهم‌ترین عامل افزایش هزینه به‌شمار می‌رود. تنها هنگامی می‌توانید تا متوسط ۳۰ درصد در هزینهٔ مرکزدادهٔ خود صرفه‌جویی کنید که در طراحی با روش‌هایی عملی از زیرساخت فیزیکی توسعه‌پذیر ماژولار بهره ببرید.

پانویس

[1] این مطلب بخشی از کتاب «آئین‌نامهٔ مهندسی مرکزداده» و ترجمهٔ فارسی مقالهٔ زیر است:

APC White Paper 6: “Determining Total Cost of Ownership for Data Center and Network Room Infrastructure” (Revision 4)

نویسنده نیل راسموسن (Neil Rasmussen) [آشنایی با نویسنده و مطالعهٔ مقالات فارسی او]، مترجم نازلی مجیدی، بازنویسی و ویراستاری پرهام غدیری‌پور، به‌کوشش دکتر بابک نیکفام، تهیه‌شده در باشگاه مراکزداده

[2] TCO: Total Cost of Ownership

[3] Snevely, R., Enterprise Data Center Design and Methodology, Palo Alto: Prentice Hall PTR, 2002, p.35

[4] APC White Paper 37: Avoiding Costs from Oversizing Data Center and Network Room Infrastructure

[5] توسعهٔ نابهنجار یا به‌اصطلاح «عدم تناسب ضرایب طراحی مهندسی» در مراکزداده در رشته‌‌های گوناگون (همچون برق، تاسیسات، شبکه، فاوا، منابع انسانی) باعث از دست رفتن بالانس سرمایه به کارکرد می‌شود. به‌عبارت دیگر گاهی در مراکزدادهٔ نابهنجار چنین مشاهده می‌شود که میزان سرمایه‌گذاری در یک یا چند مورد از حوزه‌هایی که نام بردیم، متناسب با ماموریت مرکزداده یا با سایر حوزه‌ها نیست. این وضعیت به‌اصطلاح مفهومی چنین توصیف می‌شود: «پیکرهٔ مرکزداده بدقواره شده است.» (باشگاه مراکزداده)

[6] Uninterruptible Power Supply