تجزیه و تحلیل مرکزداده پیش ساخته در مقابل مرکز داده های سنتی

مرکز داده ماژولار برابر قابلیت تغییر و جابجایی، افزایش ضریب پیش بینی (یا محاسبه)، سرعت بیشتر در نصب و به کارگیری نسبت به مرکز داده سنتی است.با این وجود، هزینه راه اندازی مراکز داده ماژولار یکی از موانع به کارگیری این طراحی است.

در این مقاله ما به بررسی کمی دو مرکز داده ماژولار (پیش ساخته) و سنتی 440KW  را که هر دو از طراحی یکسانی در سیستم تامین برق (Power) و سیستم خنک کننده برخودار هستند، می پردازیم. و با مشخص کردن هزینه ها، ثابت خواهیم کرد که سیستم از پیش ساخته هزینه بیشتری نخواهد داشت.

امکان نصب سریعتر، یکی از دلایل برتری مرکز داده پیش ساخته نسبت به سیستم سنتی است،

و بزرگترین مزیت مرکز داده ماژولار افزایش ضریب پیش بینی است.

وقتی تفاوت این دو سیستم را از نظر هزینه مورد بررسی قرار می دهیم با دو دیدگاه متفاوت روبرو می شویم، برخی بر این باورند  که سیستم پیش ساخته مقرون به صرفه است و برخی سیستم سنتی را مناسب تر می دانند، و این دو نظر متفاوت ما را در مقایسه هزینه ای این دو مرکز داده دچار سردرگمی می کنند.

از آنجائیکه بسیاری از موارد متغییر و فرض و گمانه زنی ها بر روی بررسی تفاوت این دو سیستم از نظر هزینه ای تاثیر گذار بوده، این جمع بندی بیش از آنکه قابل درک باشد، پیچیده و گنگ شده.

در این مقاله ما هر دو مرکز داده را با قابلیت های یکسان از  نظر کمیت مورد بررسی قرار می دهیم تا تفاوت هزینه ها را مشخص کنیم، قابلیت های چون : ظرفیت، ساختارهای سیستم تهویه ( خنک کننده) ، سیستم تامین برق ، هم سطحی افزایشی ، چگالی و تعداد قفسه ( رک ) های یکسان. با این روش و با تفکیک هزینه های این دو نوع مرکز داده می توانیم به مقایسه آنها از نظر مقرون به صرفه بودن بپردازیم. این تجزیه و تحلیل بر اساس منبع طراحی مرکز داده شماره 26 شرکت اشنایدر الکتریک (schneider electric) صورت گرفته که در بخش های بعدی با ذکر جزئیات توضیح داده خواهد شد.

در این تحلیل و بررسی هزینه های اصلی شامل: مواد، طراحی، آماده سازی سایت، نصب و حق الزحمه راه اندازی می باشند. با این طراحی خاص، هزینه اصلی که در سیستم پیش ساخته صرفه جویی شده بالغ بر 2% بوده که چیزی نزدیک به هزینه سیستم سنتی است. شکل زیر ریز اقلام را بر مبنای هزینه به تصویر می کشد.

همانگونه که در شکل نمایش داده شده، یکی از پرهزینه ترین موارد در مراکز داده های پیش ساخته، “قطعات” آن هستند. هر چند که این مشکل با پائین آوردن هزینه جا ( فضای بیرونی در مقابل ساختمان) و هزینه نیروی کار کمتر ( در محل کار) به طرز چشمگیری جبران می شود.

ما به تجزیه و تحلیل دو مرکز داده های 440kW پرداخته ایم، یک مرکزداده ی پیش ساخته شامل سیستم تامین برق، سیستم خنک کننده و ماژول های IT و یک مرکز داده های سنتی متشکل از بنای ساخته شده با آجر و ملاط و تجهزاتی که همگی در داخل ساختمان جای گرفته اند.

در این شکل طرح نظری هردو رویکرد به تصویر کشیده شده. شکل بالا یک مرکزداده ی پیش ساخته  را نشان می دهد که در این طراحی سیستم تامین برق، هیدرونیکس ( خنک کننده) و ماژول هایIT همگی  در بیرون ساختمان و به موازات دیگر تجهیزاتی قرار می گیرند که  غالباً در بیرون ساختمان تعبیه می شوند ( تجهیزاتی مانند ژنراتورها و چیلرها).در شکل پایین ساختمان یک مرکز داده سنتی به تصویر کشیده شده که در این ساختمان اتاق هایی به مرکز IT ، تجهیزات مکانیکی و الکترونیکی اختصاص داده شده، تجهیزاتی چون چیلرها و ژنراتورها در قسمت بیرونی ساختمان و در محوطه جای گرفته اند.

جدول شماره 1  نتیجه بررسی دو مرکز داده را به طور خلاصه نشان می دهد که شامل : رده بندی سطح، سیستم تامین برق، تجهیزات تهویه ( خنک کننده) و جزئیات طراحی رک ها (Rack)  می باشد.

جدول 1 مقایسه از نظر معماری و ساختار
*در این تجزیه و تحلیل متراژ محوطه بیرونی اطراف ساختمان منظور نگردیده.

ویژگی	پیش ساخته	سنتی
طراحی (بارالکتریکی/عملکرد) دستگاه	440kW	440kW
در دسترس بودن هدف	3 ردیفه	3 ردیفه
طراحی پاور	پاور2N ، 2 ماژول به قدرت 500kW با 5 دقیقه ذخیره زمانی و2N ژنراتور پشتیبانی	پاور2N ، 2 سیستم پاور 500kW با 5 دقیقه ذخیره زمانی و2N ژنراتور پشتیبانی
ساختار خنک کننده ( تهویه)	N+1 پکیج چیلر، که با قرار گرفتن کنار آب موجب صرفه جویی در مصرف انرژی می شود، ماژول هیدرونیک، N+1ردیف بر اساس CRAH	N+1 پکیج چیلر، که با قرار گرفتن کنار آب موجب صرفه جویی در مصرف انرژی می شود، اتاق مکانیکی، N+1ردیف بر اساس CRAH
پیکر بندی IT	44racks ، با میانگین 10kW– 2ماژول دارای دو محفظه	44racks ، با میانگین 10kW– اتاق IT
ساختار	ساخت هدفمند، با زیربنای ساختمانی پیش ساخته که در مقابل تغییرات آب و هوا عایق بندی شده	ساختمان سنتی، یک اتاق IT پیش ساخته که در داخل سایت نصب شده
ابعاد و سایز	910 متر مربع فضای باز	725 متر مربع زیربنای ساختمان *

مجموعه راه و روش های بررسی

ما برای مقایسه هزینه های اصلی دو نوع مرکز داده، از نرم افزار شبیه ساز رومونت (Romonet)  استفاده کرده ایم.

 شکل بالا طرحی منطقی را بعنوان نمونه مرکز داده ها نشان می دهد. در این نمونه روند جریان انرژی در زیرساخت پاور و سیستم خنک کننده ( تهویه) مرکز داده شرح داده شده. فلش های آبی نشان دهنده پاور و فلش های قرمز سیستم خنک کننده ( تهویه) را مشخص می کند. نرم افزار شبیه سازی توانایی تجزیه و تحلیل هزینه های انرژی را دارا می باشد. اما برای این بررسی، از(ساب سیستم های) یکسان برای هردو مرکز داده ها استفاده کرده ایم ( به همین دلیل تفاوت هزینه های انرژی بسیار ناچیز است) ما فقط برروی بخش خاصی از ابزار متمرکز شده ایم.

هر بخش نمایانگر زیر سیستم یک مرکز داده است. هزینه های در نظر گرفته شده برای هریک از این بخش ها شامل هزینه اصلی قطعات و هزینه نصب آنها است. همانطوریکه در بالا توضیح داده شده، هر بخش طوری پیکر بندی شده که قسمت های افزودنی ( پشتیبان ها / ریدون دانس ها) در نظر گرفته شود.قسمت های سایه دار داخل بلوک ، اتاق ها و ماژول هایی زیر سیستم مرکز داده را نمایش  می دهند. و اجزاء بیرون بلوک در محوطه بیرون ساختمان قرار دارند.

متخصصین نرم افزار ( رومونت) صحت تجزیه تحلیل را تائید و آن را معتبر اعلام کرده اند.

 

فرض ها:

فرض های اصلی و اساسی که ما در تجزیه و تحلیل مالی مد نظر قرار داده ایم به شرح ذیل می باشد:

• تجهیزات مرکز داده ها 440kW  که در طی یک روز نصب شده اند، به شرح نمودار بالا
• مرکز داده ها در آمریکا نصب شده اند و میانگین نرخ نیروی کار، بر اساس دستمزد آمریکا منظور گردیده
•  قیمت هر متر مربع زمین 269 دلار آمریکا است
• هزینه تمام شده ساخت ساختمان برای هر متر مربع مبلغ 615/1 دلار آمریکا است
•  فضای در نظر گرفته شده محوطه مرکز داده های پیش ساخته 865 متر مربع است که فضای آزاد اطراف ماژول ها نیز منظور گردیده
•  تمامی ماژول های پیش ساخته در محوطه بیرونی قرار گرفته اند
•  ابعاد ساختمان مرکز داده های سنتی 727 متر مربع است

منابع داده ها:

منابع اولیه ما در محاسبات هزینه ها ابزار محاسبه هزینه مرکز داده، شرکت اشنایدر الکتریک است که به عنوان ابزار اصلی محاسبه هزینه قطعات و نصب آنها در زیر سیستم ها بوده است . این ابزار بر اساس هزینه های واقعی پروژه ها در مراکز داده با ابعاد گوناگون طراحی شده. شکل زیر تصویری از ابزار شرکت اشنایدر الکتریک را نشان می دهد.

از این ابزار برای محاسبه هزینه های نصب سه مرکزداده ماژولاری که اخیرا انجام شده، استفاده کردیم و مطابقت آن با اطلاعات ارائه شده در نرم افزار رومونت نشان دهنده اعتبار آن است.

در اولین تصویر بطور خلاصه نشان دادیم که اختلاف صرفه جویی در دو نوع طراحی سطح بالا، برای مرکز داده پیش ساخته و سنتی، بسیار ناچیز بوده و تفاوتی حدود 2% را نشان می دهد. در شکل زیر ما نشان می دهیم که چگونه می توان از طریق نوع هزینه و نوع زیر سیستم ها ، هزینه ها را تقلیل داد.

در چارت از وقتی که ماژول های پیش ساخته بوسیله محفظه هایی ( مانند کانتینرها) حمل می شوند نشان داده شده است. حق الزحمه نصب قطعات در مرکز داده های پیش ساخته بیشتر از مرکز داده های سنتی است. همچنین افزودن هزینه کارهای انجام شده در کارخانه. بیشترین هزینه قطعات در مرکز داده های پیش ساخته مربوط به طراحی و راه اندازی اتاق IT و سیستم تهویه ( خنک کننده ) است. به دلیل آن که استقرار هر دو حالت ( الکتریکی و مکانیکی) در محیط کار مرکز داده های پیش ساخته در کارخانه صورت گرفته ، هزینه نصب در محل، از نظر کار و هزینه نصب کاهش می یابد.

هزینه فضا ( شامل نرخ زمین، هزینه ساخت بنا و کارهای مقدماتی سایت) در این تجزیه و تحلیل نشان می دهد که این شاخص بیشترین زمینه صرفه جویی در هزینه ها می باشد.

نتیجه این بررسی در بخش فرضیه و بر مبنای نرخ زمین و هزینه های ساخت و ساز عنوان گردیده. موشکافی و دقت به کار رفته در این تجزیه و تحلیل به ما نشان داد که دو پارامتر زیر کلیدهای اصلی متغیر هزینه ها در زمینه تقلیل هزینه ها بین دو مرکز داده های سنتی و پیش ساخته می باشد.

• هزینه  ساختمان
• متوسط تراکم قدرت و رک

ما در تجزیه و تحلیل خود نرخ یک ساختمان معمولی را در نظر گرفته ایم. اما باید در نظر داشت که این نرخ در کشورهای گوناگون به طور چشمگیری متغیر است، همانگونه که این تفاوت قیمت در بین سایت های گوناگون متغیر است. علاوه بر این باید هزینه ساخت و ساز بنا را در هزینه های مربوط منظور کنیم. به طور کلی وقتی هزینه های زمین و ساخت و ساز را در نظر بگیریم و مقایسه کنیم به این نتیجه خواهیم رسید که مرکز داده های پیش ساخته مقرون به صرفه تر از مرکز داده های سنتی است. به این ترتیب فقط زمانی مرکز داده های سنتی از نظر مالی مقرون به صرفه خواهد بود که امکان دسترسی به فضا با نرخ ارزانتر را داشته باشیم.

استفاده از چگالی متوسط پاور باعث کاهش تراکم جا شده و به این ترتیب بر هزینه ساخت اتاق IT تاثیر می گذارد. همانگونه که با افزایش چگالی تعداد رک rack ها و PDU ها (Rack Power Distribution Units) افزایش می یابد، در حالیکه می دانیم مهم ترین نکته در افزایش هزینه ها، ابعاد ساختمان و یا کانتینرها می باشد.تجزیه و تحلیلی موشکافانه صورت گرفت تا این موضوع را به شرح زیر به تصویر کشید.

تجزیه تحلیل فوق بر مبنای این فرض صورت گرفته که به طور متوسط یک رک rack 10 kW در فضای IT در نظر گرفته شده و یا 44 IT racks. با این حال انتخاب چگالی متوسط اتاق IT در مرکز پیش ساخته ما را به سمت یک انتخاب مقرون به صرفه مالی هدایت می کند.

در حالت چگالی بالاتر، میزان صرفه جویی در هزینه بیشتر است، تا زمانی که بتوان بار چگالی را با همان ماژول هایی که در داخل ساختمان نصب شده اند انجام داد برای کاهش چگالی، ماژول ها ( یا کانتینرهای) بیشتری نیاز است تا برای بار الکتریکی IT جا داده شود. علاوه براین تمام این تجزیه و تحلیل نشان دهنده این است که قطعات نقش مهمی در کاهش و در نتیجه پس انداز هزینه ها دارند، این امر نتیجه را به نفع مرکز داده های سنتی سوق داده و همچنین ادامه کاهش چگالی. در شکل زیر: نشان داده شده که چگالی IT چگونه می تواند بر روی هزینه ماژول های اتاق IT پیش ساخته تاثیر گذارباشد.

نمودار نشان می دهد که با کاهش چگالی، چگونه هزینه ها افزایش می یابد. حالا اگر چگالی را به rack 5 kW تقلیل دهیم، تعداد رک rackها به دو برابر، و در نتیجه تعداد پوسته ها ( shell ) نیز به دو برابر افزایش می یابد، به خاطر داشته باشید که در طراحی مرکز داده های سنتی، رک rack ها و تجهیزات مرتبط نیز دو برابر می باشند.

برای کسب اطلاعات بیشتر می توانید صفحه 156 مقاله شرکت اشنایدر الکتریک (Choosing the Optimal Power Density) که جزئیات بیشتری از تاثیر چگالی های متفاوت را نشان می دهد را مطالعه کنید . با تجزیه و تحلیل این جزئیات و بر اساس بررسی نرخ ها به این نتیجه می رسیم که، نقاط انفصال رک rack های PDU ، روند جاری در زمینه فن آوری IT و پیچیدگی های موجود در طراحی،  کـه بـرای جلوگیری از افـراط در چگـالی وجـود دارد، مـا را بـه این نتیجه می رساند کـه اکثر مراکز داده ها بایـد برای 11-11.5kW/rack طراحی شوند.

وقتی با چالش یافتن محلی جدید و مناسب برای ساختن یک بنای تازه روبرو هستیم و یا این که قصد داریم یک مرکز داده ی موجود را توسعه دهیم، واضح است که بهترین گزینه انتخاب مرکز داده های پیش ساخته است.

ما هر دو مرکز داده ی سنتی و پیش ساخته را با شرایطی یکسان بررسی کردیم، شرایط یکسانی چون: ساخت و ساز، زیر بنا، اجزاء فیزیکی نظیر ( یوپی اس ها، پکیج های تهویه ( خنک کننده) ،   PDUs،رک rackها و سایر تجهیزات). نتیجه بررسی ها و محاسبات هزینه ای دو مرکز، ما را به یک نرخ نزدیک به هم رسانده است.در پایان این که دلیل محکمی وجود ندارد تا برای کاهش هزینه، کاربری خود را به یک مرکز داده ی پیش ساخته تغییر دهیم.

در این تجزیه و تحلیل ما به دو عامل کلیدی تاثیر گذار بر روی هزینه ها دست یافته ایم، هزینه (فضا/محوطه) – میانگین چگالی قدرت ( پاور).

هزینه زیاد آجر و ملاط و نیاز به بیشترین میانگین چگالی، به احتمال زیاد بهترین دلایلی هستند که از نظر مالی ما را به مرکز داده های پیش ساخته نزدیک تر می کنند که از نظر مالی مقرون به صرفه تر است.

دقیقاً بر خلاف زمانی که شما ساختمانی با فضاهای خالی در اختیار دارید( هزینه ساختمان جدیدی را نباید بپردازید)، در این حالت تجزیه تحلیل هزینه ها به وضوح نشان می دهد که در این شرایط رویکرد به مرکز داده های سنتی مقرون به صرفه است.

بررسی هزینه های مالی بین دو مرکز داده های سنتی و پیش ساخته منحصر به کاهش هزینه های ساختمانی نمی باشد بلکه باید دیگر جنبه های تاثیر گذار مالی بر روی یک سایت را نیز در ارزیابی در نظر گرفت، به طور مثال: بررسی و ارزیابی مخارج لازم برای توسعه و گسترش مرکز داده های موجود در یک بیمارستان، دانشگاه و یا کارخانه در قبال هزینه های ناشی از در آمد این مراکز.

در این صورت ممکن است ساختن محوطه بیرونی از توسعه ساختمان موجود منطقی تر به نظر برسد. از آنجایی که تمامی مرکز داده ها از نظر ابعاد ، ساختمان ، محل، یا نوع تجارت محلی که مرکز داده در آن قرار دارد ،به صورت یکسان ساخته نمی شوند، می توان آنها را عواملی دانست که تاثیر مطلوبی بر روی یافتن بهترین راه حل خواهند داشت. بهترین نمونه در این گزارش بر اساس ظرفیت 440kW با میانگین 10kW برای هر رک rackدر نظر گرفته شده بدون در نظر گرفتن نوع ساختمان و یا حمایت مالی که ممکن است برای ایجاد مرکز داده ها صورت بگیرد.

اگر بخواهیم مثالی در مورد یک سرویس دهی بزرگتر را مطرح کنیم ( مثال: به اشتراک در آوردن مرکز داده ها از نظر مکانی) جایی که 100% عملیات اجرایی و بازرگانی را یک مرکز داده انجام می دهد، به طور قطع توجه ما معطوف می شود به بهینه سازی هزینه اصلی، که این کار از طریق بررسی بر روی هر رک rackو یا kW و به حداقل رساندن هزینه های اجرایی امکان پذیر است.

به عبارت دیگر، در یک کارخانه اتومبیل سازی جایی که اضافه کردن مرکز داده با کمترین میزان ظرفیت و سرعت و سهولت نصب در محل، ممکن است مورد توجه باشد، کلید حل مشکلات در معیارهایی است که برای تصمیم گیری مد نظر قرار می دهیم.

صرفا بررسی و مقایسه تفاوت قیمت نصب و اجرای دو نوع مرکز داده نمی تواند دلیلی موجه جهت تصمیم گیری برای انتخاب مرکز داده های پیش ساخته باشد. پارامترهای دیگری چون، زمان، مکان و امکان توسعه مرکز داده ها، مجموعه عواملی هستند که به طور قابل ملاحظه ای بر روی نتیجه گیری های  هزینه ای و مالی مرکز داده ها تاثیر گذارند.

بسیاری از مشتریان که مرکز داده های پیش ساخته را برگزیده اند، از این گزینش خود بسیار خرسند هستند، چرا که چالش هایی را که امروزه ممکن است با آن مواجه گردند، در آینده به یمن انعطاف پذیری این نوع مرکز داده ، می توانند بر مشکلات فائق آیند.