آماده‌سازی زیرساخت فیزیکی مرکزدادهٔ میزبان، برای اجرای تجمیع [1]

مقدمه

«تجمیع مرکزداده» یعنی تلاش‌هایی که برای یکی‌کردنِ دو یا چند مرکزداده و تبدیل آن‌ها به یک مرکزدادهٔ جدید انجام می‌شود. اغلب گمان می‌کنند نمی‌توان مرکزدادهٔ موجود را با چند مرکزدادهٔ دیگر یکی کرد. زیرا زیرساخت فیزیکی تاسیسات میزبان، با الزامات جدید سازگار نمی‌شود. از سویی در اجرای این کار نمی‌توان خطر ازکارافتادن مرکزدادهٔ موجود را پذیرفت. با این حال اکنون نمونه‌های موفقی در میان تجمیع‌های روزافزون مشاهده می‌شود که از روش‌های موثرِ بیان‌شده در این مقاله بهره گرفته‌اند.

دشواری‌های تجمیع با مرکزدادهٔ موجود عبارت‌اند از:

• هنگام اجرای پروژهٔ تجمیع، می‌باید پیوستگیِ عملیات مرکزدادهٔ موجود حفظ شود.
• بهره‌برداران علاقه‌ای به نصب تجهیزات عمده همچون لوله‌کشی و کابل‌کشی ندارند؛ زیرا عملیات جاری را متوقف می‌کند.
• معمولا ظرفیت زیرساخت موجود، ۳ کیلووات در رک است (۱۰۷۶٫۴ وات بر متر مربع) و نیاز تاسیسات جدید را برآورده نمی‌کند. نیاز ظرفیت تجهیزات جدید در بهینه‌ترین حالت ۸ تا ۱۶ کیلووات در رک است.
• هنگامی که دستگاه‌های سرمایش فعلی برای پشتیبانی‌کردن از ظرفیت بیشترِ تجهیزات جدید با فشار کار می‌کنند، نقاط داغ یا سرمایش بیش از حد پدید می‌آید. این مسئله هدررفت هنگفتی در پی دارد (PUE برابر ۲٫۲ یا بیشتر).
• کف کاذبِ تاسیسات موجود معمولا عمق بسیار کمی دارد که یا کابل و لوله پر شده است. چنین این مسیری فضای لازم را برای جریان هوا فراهم نمی‌کند.

تجمیع برنامه‌ریزی‌نشده و تدریجی وقتی پیش می‌آید که تلاش می‌کنند به‌مرور تجهیزات بیشتری را در مرکزدادهٔ موجود بگنجانند. این وضعیت اغلب مشکل اطمینان‌پذیری (Reliability) و نقاط داغ و ناکارآمدی (Inefficiency) را پیچیده‌تر می‌کند. ولی باید دانست که بسیاری از بهره‌برداران مرکزداده با پیروی از روش «غنی‌سازی با PoD پرظرفیت» که این مقاله بیان می‌کند، همگی این مشکلات را برطرف ساخته‌اند.

روش غنی‌سازی با PoD پرظرفیت

در کار به‌روزرسانی مرکزداده، روش غنی‌سازی با استفاده از PoD پرظرفیت در اصل بر پایهٔ مفهوم «PoD مستقل یا واحدهای جداگانهٔ زیرساخت» است. منطقه یا PoD مجموعه‌ای از رک‌های فاوا است. این مجموعه از پیش طراحی‌شده است و توزیع برق و هوارسانیِ جداگانهٔ خودش را دارد که در یک قالب اجرا می‌شود. چنان‌که در شکل ۱ مشاهده می‌کنید، PoD تقریبا همواره از یک یا چند جفت ردیف رک تشکیل می‌شود.

شکل ۱: نصب PoD پرظرفیت در US Army Fort Bliss

در این روش، منطقه‌های پرظرفیت را به‌تدریج به مرکزدادهٔ موجود می‌افزایند تا بهره‌وری و ظرفیت و چگالی افزایش یابد. این PoDها رفته‌رفته جایگزین زیرساخت‌های فعلی می‌شوند تا سرانجام کل مرکزداده از چندین PoD تشکیل شود. عملکرد چنین مرکزداده‌ای کمابیش به‌خوبی مرکزدادهٔ تازه‌ساز است. هر منطقه همچون مرکزداده‌ای مستقل، توزیع برق و سیستم سرمایشِ دارای فناوری هوای بستهٔ خودش را دارد. به همین دلیل نیز بر برق و سرمایشِ محیط اطراف خود کمترین تاثیر را می‌گذارد. برای نمونه PoD جدید به جریان هوای رفتِ کف کاذب هیچ نیازی ندارد؛ زیرا خنک‌کننده‌های جداگانه دارد. همهٔ گرمایی که PoD تولید می‌کند، درون محیط خودش مهار شده و در همان جا نیز خنک می‌شود. بدین ترتیب نقاط داغ بیشتری به وجود نمی‌آید و به دستگاه تهویهٔ مطبوع بیشتر نیازی نخواهد بود.

شکل ۲: اجرای منطقهٔ پرظرفیت در Sun Microsystems در بخشی از پروژهٔ تجمیع (ارائه‌شده توسط SUN در دینامیک مرکزداده، ژوئیهٔ ۲۰۰۸)

نمونهٔ شکل ۲ نشان می‌دهد چگونه روش منطقهٔ پرظرفیت را در مرکزداده‌ای جدید به نام «پروژهٔ عظیم تجمیع ۱۵۲ مرکزداده در ۱۴ مرکزداده» به کار برده‌اند. این پروژه PUE کمتر از ۱٫۳ به دست آورده است. همچنین کار طراحی آن با روش PoD آسان شده و برنامهٔ زمانی پروژه به ۱۲ ماه کاهش یافته است.

روش غنی‌سازی منطقهٔ پرظرفیت به‌ویژه در پروژه‌های تجمیع، شیوه‌ای عملی و موثر است. مشتریان دریافته‌اند که از نظر اشغال سطح، افزودن هر منطقهٔ جدید معمولا ۵ تا ۱۰ برابر بهینه‌تر از تجمیع تجهیزات مرکزداده در PoD جدید است. ازاین‌رو برپاکردن PoDها روشی است که به‌سرعت فضای آزاد و خالی کف را افزایش می‌دهد که می‌توان از آن برای افزودن PoDهای جدید استفاده کرد. این فضای آزادشده پس از راه‌اندازی چند PoD، اجرای PoDهای بعدی را آسان‌تر می‌سازد. بدین ترتیب هنگامی که فرایند تبدیل مرکزداده به مجموعه‌ای از PoDهای مستقل به سرانجام می‌رسد، می‌بینیم که فضاهایی که به‌تدریج آزاد شده‌اند در افزایش ظرفیت به کار رفته‌اند یا در کاربردهای دیگر استفاده شده‌اند. در نمونهٔ تجمیع شکل ۲، اجرای این پروژه برابر ۱۶۷٬۲۲۵٫۵ متر مربع سطح اشغالِ خالص آزاد کرده است.

بزرگ‌ترین برتری روش غنی‌سازی با PoD پرظرفیت آن است که چون منطقه‌ها مستقل هستند، طراحی‌ها نیز ازپیش‌آماده است و به مهندسی سفارشیِ سازگار با محدودیت‌های خاص هر ساختمان یا مرکزداده (محل نصب PoD) نیاز ندارد.

با اینکه PoDهای پرظرفیت طراحی استاندارد دارند، می‌باید به‌روش زیر هریک را با کاربرد تعریف‌شده سازگار ساخت:

• تعداد رک‌های فاوای داخل PoD را می‌توان چنان ترتیب دارد که در شکل هندسیِ سالن فاوا به‌خوبی جا گیرند.
• با اینکه معمولا تجهیزات فاوا قابلیت نصب در رک‌های استاندارد را دارند، برخی از دستگاه‌های ذخیره‌ساز را همراه با رک‌های ویژهٔ خودشان می‌فروشند.
• در طراحی معمول PoDها، مقدار مبنا برابر ۸ کیلووات در رکِ استاندارد است؛ ولی مقدار ۳۰ کیلووات در رک نیز دست‌یافتنی است.
• در PoDها اغلب برای توان از افزونگی دو مسیره و برای سرمایش از افزونگی N+1 بهره می‌گیرند. ولی گزینه‌های دیگر نیز انجام‌پذیر هستند.
• در اجرای هر تجمیع، PoDهایی با ظرفیت و تراکم و افزونگی گوناگون با یکدیگر ترکیب می‌شوند.

برآورده‌ساختن الزامات ظرفیت

افزایش‌دادن ظرفیتِ نهایی فاوا با استفاده از زیرساخت‌های مرکزدادهٔ میزبان، هدف مطلوب بسیاری از پروژه‌های تجمیع است. برای نمونه امکان دارد مرکزدادهٔ میزبان در آغاز اجرای تجمیع، برای توان کنونیِ ۱ مگاواتی برنامه‌ریزی‌شده باشد. سپس ظرفیت توسعه یابد و هنگامی که توان ۲ مگاواتی محقق شد، تمام تجمیع پیش‌بینی‌شده قابل اجرا شود. افزون بر این ممکن است پیش‌بینیِ نیاز واقعی به ظرفیت ۱ مگاوات یا ۲ مگاوات یا بیشتر، به‌دلیل عدم قطعیت ناشی از مجازی‌سازی و دیگر عوامل دشوار باشد. در چنین حالتی این امکان که هرگاه لازم بشود بتوان مرکزداده را توسعه داد، ویژگی ضروری به شمار می‌رود. پیش‌تر گفتیم که در پروژه‌های تجمیع واقعی، افزایش ظرفیت فاوا بسیار بیشتر از آزاد شدن مقدار سطح اشغال طبقه، یعنی افزایش ظرفیت فضا است. بدین ترتیب مرکزدادهٔ میزبان تقریبا هرگز با محدودیت جا روبه‌رو نمی‌شود؛ بلکه کمبود همواره در ظرفیت برق و سرمایش پیش می‌آید.

شکل ۳: ماژول‌های ۵۰۰ کیلوواتی برق و سرمایش که برای توسعهٔ ظرفیت به مرکزدادهٔ موجود افزوده می‌شوند

توسعهٔ ظرفیت با روش غنی‌سازی PoD پرظرفیت، از راه‌های زیر ممکن می‌شود:

1. می‌توان PoDهای جدید را با دستگاه‌های چیلر موجود، همچنین برق ورودی و ظرفیت تابلو برق‌ها پشتیبانی کرد تا ظرفیت استفاده‌نشدهٔ آن‌ها مصرف و تمام شود.
2. پس از آنکه همهٔ ظرفیت موجود استفاده شد، پشتیبانی PoDهای جدید با دستگاه‌های ماژولار برق و سرمایش جدید انجام شود که می‌توان نصب آن‌ها را بدون متوقف‌ساختن یا عوض‌کردنِ دستگاه‌های موجود اجرا کرد و به تاسیسات افزود.

شکل ۳ نمونه‌ای از دستگاه‌های برق و سرمایش را نمایش می‌دهد که قابلیت افزودن به مرکزدادهٔ موجود را دارند (ماژول‌های تاسیساتی). در مقالهٔ «ماژول‌های بستهٔ برق و سرمایش مرکزداده» [2] این دستگاه‌ها بیشتر معرفی شده‌اند.

آماده‌سازی برای تجمیع

برای تجمیع با استفاده از روش غنی‌سازی با PoD پرظرفیت، هنگام آماده‌سازیِ تاسیسات موجود باید بدین ترتیب عمل کرد:

• مرکزدادهٔ میزبان را برای تعیین‌کردن ظرفیت و قابلیت‌های زیرساخت فیزیکیِ موجود بررسی کنید. نگاه کنید به مقالهٔ «تعیین ظرفیت برق و سرمایش و فضا، برای تجمیع مراکزداده» [3].
• برای مشخص‌کردن ظرفیت توسعه‌پذیرِ نهایی مرکزداده، برنامهٔ توسعه تدوین کنید.
• برای فاوا برنامهٔ رشد و توسعه داشته باشید و آن را با برنامهٔ توسعهٔ فعلی سازگار کنید. نگاه کنید به مقالهٔ «پروژه‌های مرکزداده: مدل رشد» [4].
• برای PoD پرظرفیت طراحی مناسب انتخاب کنید.
• برای نصب اولین PoD، بخشی از فضای کلی مرکزدادهٔ موجود را تعیین و جداسازی کنید.
• مصارف فعلی را در منطقهٔ پرظرفیت جمع کنید تا هرگاه نیاز شد، فضای اضافی آزاد باشد.
• PoDهای مستقل و آماده را به‌مرور به محیط تاسیسات بیاورید و مصارف موجود را همراه با مصارف دیگر مرکزداده در آن‌ها تجمیع کنید.
• اگر نیاز بود، ظرفیت دستگاه برق و سرمایش را نیز افزایش بدهید تا از برنامهٔ رشد و توسعه پشتیبانی کند.

در شکل ۴ نمونه‌ای از ناحیهٔ جداسازی‌شدهٔ مرکزدادهٔ واقعی را می‌بینید که برای جادادن به اولین PoD پرظرفیت استفاده شده است.

شکل ۴: ناحیهٔ جداسازی‌شده در مرکزدادهٔ موجود برای اجرای اولین PoD پرظرفیت

نتیجه‌گیری

می‌توان از مراکزدادهٔ عملیاتی موجود، به‌خوبی برای میزبانیِ پروژه‌های تجمیع استفاده کرد. روش رایج «تلاش برای جادادن تجهیزات بیشتر»، اغلب باعث نقاط داغ می‌شود و برای اطمینان‌پذیری (Reliability)، کارآمدی، همچنین فراهم‌بودن فضای کافی مشکلاتی پدید می‌آورد. به‌جای این روش می‌توان از روش «غنی‌سازی با PoD پرظرفیت» استفاده کرد. مرکزدادهٔ سنتی با به‌کار گرفتن این روش می‌تواند در قالب پروژهٔ تجمیع، به مرکزدادهٔ پرظرفیت و پربازده تبدیل شود.

انتظار می‌رود PUE سالیانهٔ مرکزداده‌ای که از روش غنی‌سازیِ منطقهٔ پرظرفیت استفاده می‌کند، در بارگذاری کامل حدود ۱٫۳۵ باشد. هرچند این مقدار به‌خوبیِ PUE معادل ۱٫۲ نیست که از ساختن مرکزدادهٔ جدید به دست می‌آید؛ ولی از مقدار PUE معمول روش‌های دیگرِ تجمیع که برابر ۲٫۰ باشد، بسیار بهتر است.

ویژگی مستقل‌بودن PoDها موجب می‌شود برای برپاکردن آن‌ها در محیط‌های گوناگون، به برنامه‌ریزی و طراحی و مهندسی کمی نیاز باشد. همچنین می‌توان به کیفیت استانداردِ بسیار بهتر و زمان چرخهٔ کوتاه‌تر دست یافت.

روش غنی‌سازی با PoD پرظرفیت، با موفقیت در بسیاری از پروژه‌های تجاریِ تجمیع به کار رفته است. این روش هم برای به‌کاربردن در تاسیسات جدید و هم برای تبدیل‌کردنِ مرکزدادهٔ سنتی موجود به مرکزدادهٔ مناسب برای میزبانیِ تجمیع، روش موثری است؛ حتی با حفظ پیوستگیِ عملیات جاری در هنگام اجرای پروژه.

پانویس

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

APC White Paper 175: “Preparing the Physical Infrastructure of Receiving Data Centers for Consolidation” (Revision 1)

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

[2] White paper 163: Containerized Power and Cooling Modules for Data Centers

[3] APC White Paper 177: Determining Power, Cooling, and Space Capacities when Consolidating Data Centers

[4] APC White Paper 143: Data Center Projects: Growth Model