Новый подход к построению инфраструктуры центров обработки данных

Пытаясь предсказать устойчивость оборудования к отказам, руководители центров данных и инженерных служб часто склонны переоценивать опасность и закладывать в расчет слишком большой запас надежности, что влечет за собой излишние расходы, а то и превышение бюджета. Если же неверно оценить потребности систем в развитии, то это грозит неудовлетворенностью пользователей, простоями оборудования и снижением роста доходности. Впрочем, сегодня из этой противоречивой ситуации есть выход — его дает архитектура APC PowerStruXure, новый подход к развертыванию центров данных, как в случае переоснащения существующей инфраструктуры, так и при создании ее с нуля.

В условиях жесткой конкуренции современного бизнеса, когда простой оборудования грозит обернуться огромными убытками, компания American Power Conversion (APC, http://www.apc.com) предложила системный подход к построению инфраструктуры центров обработки данных — PowerStruXure, в котором реализован сценарий «оплаты по мере роста». По словам руководителей компании, этот новый способ технической поддержки компьютерных центров упрощает планирование, построение и администрирование инфраструктуры любого центра обработки данных, предлагая заказчику профессионально спроектированную и уже протестированную систему. Архитектура PowerStruXure позволяет приобретать и устанавливать элементы расширения по мере необходимости, по принципу детского конструктора, что сокращает бремя капитальных вложений, необходимых для любого информационно-технологического проекта.

Особенности новой архитектуры

По мнению разработчиков, PowerStruXure — масштабируемая архитектура центра данных для инфраструктуры по требованию (Infrastructure On Demand) — позволяет инвестировать средства по мере роста, экономя до 50% капитальных затрат и до 20% на текущих расходах.

Так, PowerStruXure позволяет успешно решать проблемы роста плотности оборудования не только на текущий момент, но и в будущем. При использовании этой архитектуры обеспечение готовности к росту требований к плотности в будущем не заставляет отказываться от сделанных ранее инвестиций, благодаря способности PowerStruXure полностью интегрироваться в существующую среду центра данных.

Одно из основных преимуществ новой архитектуры — существенная экономия занимаемого пространства. Дело в том, что из-за низкой эффективности дизайна традиционных компонентов инфраструктуры они занимают много места и ограничивают пространство, доступное для ИТ-оборудования. Набор решений, объединенных единым товарным знаком PowerStruXure, позволяет администраторам компьютерных центров использовать технологию построения инфраструктуры, эффективно поддерживающую любые изменения корпоративной среды. Технология конструирования, основанная на использовании стандартных стоек, позволяет сэкономить место, которое ранее требовалось для оборудования поддержки инфраструктуры. Дизайн на основе PowerStruXure оптимизирует использование пространства центра данных, высвобождая для ИТ-инфраструктуры порядка 20% доступных площадей.

Как известно, немалое внимание уделяется степени готовности центра данных. В этом случае речь обычно идет о таких основных проблемах, как снижение влияния неисправностей, уменьшение времени восстановления и ограничение распространения последствий неисправности. Традиционные системы электропитания, как правило, обеспечивают высокие уровни избыточности, вплоть до ИБП, но не охватывают некоторых конкретных точек возможного отказа, расположенных между ИБП и критичной нагрузкой. Причиной же отказа часто становится ошибка оператора, вызванная сложностью системы. PowerStruXure повышает готовность системы электропитания путем уменьшения числа точек отказа между ИБП и критичной нагрузкой (в частности, благодаря обособлению потенциальных отказов).

Компоненты, используемые в PowerStruXure, состоят из интеллектуальных, управляемых модулей, обеспечивающих быстрое восстановление после сбоя. Данная архитектура значительно снижает возможность ошибок обслуживающего персонала за счет применения модульных компонентов, прогностического анализа отказов и защиты от ошибок.

При традиционном подходе к архитектуре системы электропитания компании вынуждены с самого первого дня разворачивать полномасштабную инфраструктуру. Отсюда вытекают и важные недостатки традиционного подхода — длительный срок подготовки и низкий коэффициент использования. Чтобы не натолкнуться на ограничения в будущем, системы обычно строят с большим запасом, что и приводит к низкой начальной загрузке мощностей, а это, в свою очередь, ведет к повышению текущих расходов.

PowerStruXure — это масштабируемое решение, позволяющее затрачивать средства по мере реальной необходимости, что значительно сокращает сроки развертывания, позволяя начать бизнес раньше и с меньшими затратами. В частности, стоечная конструкция дает возможность приобретать оборудование, полностью соответствующее текущим потребностям компьютерного центра, что приводит к сокращению капитальных вложений. Последующее расширение системы при изменении потребностей происходит быстро, удобно и по доступной цене. Поскольку емкость наращивается по мере реальной надобности, коэффициент использования намного выше, чем в случае традиционных систем.

Хотя современные технологии накладывают все меньше ограничений на занимаемую оборудованием площадь, количество потребляемой энергии осталось тем же, а если и уменьшилось, то весьма незначительно. Это, в свою очередь, приводит к росту «плотности мощности» в пределах центров данных, к чему традиционный подход адаптируется не столь эффективно.

Все чаще появляются «горячие» точки, вызванные тем, что одна или несколько секций центра данных требуют намного большей плотности мощности по сравнению с другими. В зависимости от текущей производительности и компоновки системы может оказаться сложно, если вообще возможно, справиться с этими «горячими» точками в рамках традиционной архитектуры организации электропитания.

PowerStruXure позволяет легко адаптироваться к растущим нагрузкам. Кроме того, новое решение может интегрироваться с действующими компьютерными центрами, что позволяет избежать потери инвестиций в предыдущую инфраструктуру в результате обновления оборудования.

Особо стоит отметить улучшенное администрирование вспомогательного оборудования. В PowerStruXure используется информационный контроллер, создающий в рамках корпоративной инфраструктуры внутреннюю частную сеть, которая позволяет собирать и обобщать информацию, поступающую от всех элементов системы, в одном центральном узле. В результате администратор компьютерного центра может управлять всей системой PowerStruXure через единый интерфейс, совместимый с большинством известных систем администрирования энергосистем зданий и сетей (Building and Network Management Systems, BNMS).

Защита центра данных

До недавнего времени существовали два доминирующих метода развертывания защиты питания центров данных: на месте использования (в пределах стойки) и централизованный (на уровне помещения). В первом случае однофазный ИБП защищает одно устройство или стойку с оборудованием. Во втором случае один ИБП снабжает питанием весь центр данных. Он может располагаться в пределах центра или чаще всего в ином, выделенном месте.

PowerStruXure не только переопределяет существующие методы защиты, но и предлагает свое решение, называемое зонной защитой. В этом случае ИБП обеспечивает питание одного или нескольких рядов стоек или группы оборудования, расположенного вне стойки. Обеспечивая высокую степень гибкости, новая архитектура позволяет выбрать любой из трех методов защиты или их комбинацию (если в центре данных применяется более одного метода защиты, то такое решение называют гибридным).

PowerStruXure легко адаптируется к разнообразным условиям и требованиям центров данных по уровню готовности. Например, конфигурация класса 1 (резервирование N+1) обеспечивает статистическую готовность более 99,99% и строится на основе единого силового ввода. Избыточность N+1 достигается за счет построения внутреннего массива на основе ИБП APC. Питание от одного источника подается в каждую отдельную стойку.

Конфигурация класса 2 (резервирование N+1 с внешней избыточностью) гарантирует статистическую готовность более 99,999%. В этой конфигурации используются два силовых ввода (A + B), причем ввод A обеспечивает питание для резервируемого ИБП (N + 1), а ввод B обеспечивает кондиционирование питания на стороне B. Энергия от обоих источников подается в каждую стойку. Если в стойке расположены устройства с одним шнуром питания, то специальный переключатель (уровня стойки) выберет наилучший из источников.

В конфигурации класса 3 (резервирование N+1 с матрицированной избыточностью) обеспечивается невиданное значение статистической готовности более 99,99999%. Здесь также используются два силовых ввода (A + B). Матрицированная избыточность достигается за счет подачи питания от двух источников (A + B) на два ИБП с резервированием N+1. В этом случае на каждую стойку питание подается от двух отдельных источников. Если в стойке расположены устройства с одним шнуром питания, то переключатель выберет наилучший из источников.

Компоненты PowerStruXure

Технология PowerStruXure изначально включает три ключевых решения: модульный масштабируемый ИБП с резервированием N+1; интеллектуальные зонные распределительные панели питания PDU (Power Distribution Unit) и монтажный шкаф нового поколения NetShelter VX. Способность архитектуры к адаптации подчеркивается выбором между распределенной и централизованной топологиями, в зависимости от назначения проекта.

Общие для всех типов компоненты базового блока — это стойка для ИТ-оборудования, зонные распределительные панели питания PDU, монтируемые в стойке; средства мониторинга среды, средства для прокладки кабелей питания и данных.

К специфическим компонентам относятся ПО для управления питанием, масштабируемый (N+1) модульный ИБП, адаптируемое устройство распределения питания (PDU).

Дополнительное оборудование включает переключатель питания и выпрямитель.

Выбор типа архитектуры

Вообще говоря, PowerStruXure позволяет создавать инфраструктуру центра данных, которая начинается на уровне силового ввода и заканчивается на разъеме питания защищаемого оборудования. Чтобы удовлетворить потребности среды конкретного центра данных и приложений, компания APC разработала три типа архитектуры, в каждую из которых конструктивно заложена высокая масштабируемость, поэтому установка системы проходит быстро и просто, требуя от заказчика знания только двух показателей: реальных размеров и мощности нагрузки компьютерного центра.

Архитектура PowerStruXure типа A предназначена для серверных помещений, главных и промежуточных распределительных узлов, а также коммутационных узлов общей площадью менее 45 кв. м. Это простой и удобный способ установки полноценного решения бесперебойного электропитания. Данный подход минимизирует вероятность вынужденного простоя благодаря хорошо администрируемой и полностью интегрированной инфраструктуре, элементы которой монтируются в стойках. В центре архитектуры PowerStruXure типа А находится массив электропитания Symmetra RM, либо в версии на 2—6 кВ.А с резервированием N+1 (занимает в стойке всего 8U), либо в версии на 8—12 кВ.А с резервированием N+1 (до 16 кВ.А без резервирования), высотой 15U. Дополнительно предлагается комплект параллельного расширения (Row Expander), позволяющий подключить до 12 аппаратурных стоек без изменения компоновки. Вся система монтируется в стойке нового поколения NetShelter VX.

Для средних и крупных компьютерных центров (площадью от 45 до 450 кв. м) предназначена архитектура PowerStruXure типа B. Она разработана специально для среды компьютерных центров и представляет собой простую в установке инфраструктуру с монтируемыми в стойках элементами, легко адаптируется к изменениям конфигурации центра. Комплект PowerStruXure типа B состоит из нескольких современных разработок APC. Модульный масштабируемый трехфазный ИБП Symmetra мощностью 10—40 кВт с резервированием N+1 обеспечивает наивысшую энергетическую плотность из всех продуктов, предлагаемых сегодня на рынке. Монтируемый в стойке блок распределения электропитания (PDU) с системным "байпасом" изолирует ИБП от ответственной нагрузки. Кроме того, в комплект входят системы распределения электропитания для монтажных шкафов (PDU), информационные контроллеры и стойки NetShelter VX.

Для крупных компьютерных центров (площадью более 450 кв. м) предназначена архитектура PowerStruXure типа C, в которой используется проверенная практикой технология онлайнового дельта-преобразования. Это решение идеально соответствует потребностям предприятий с потребляемой мощностью не менее 1 МВт и с установленными ИБП APC Symmetra на 1 МВт (возможен вариант с трехфазным ИБП Silcon). PowerStruXure типа C — это масштабируемое и модульное решение, позволяющее по мере необходимости увеличивать мощность «порциями» по 200 кВт, что существенно сокращает исходные капиталовложения,поскольку не требуется приобретать электроэнергию и оборудование, ненужные на момент установки. В комплект PowerStruXure типа C входят также аксессуары распределения электропитания и информационный контроллер (они предлагаются и для типа B) и стойка для батарей аккумуляторов (XR Battery Rack). Последнее устройство содержит модули батарей с горячей заменой, которые обеспечивают дополнительное время работы при отключении электропитания.

При выборе типа архитектуры APC рекомендует выполнить несколько шагов. На первом шаге центр данных следует разбить на секции (участки). На этом этапе выделяется оборудование со сходными требованиями к электропитанию (не забывайте о резерве на расширение). Чаще всего весь центр данных представляет собой один-единственный участок, поскольку все оборудование в нем имеет сходные требования к питанию, резервированию систем питания и к избыточности.

Второй шаг предполагает фазу развертывания центра данных. Иными словами, выделив специфические группы оборудования со сходными требованиями к питанию, надо определить первоочередные задачи. Например, на выделенном участке центра в будущем будет размещаться 90 стоек с оборудованием, однако в настоящее время потребуется только 40 таких шкафов.

Третий шаг — это собственно выбор типа PowerStruXure. Как уже отмечалось, решение зависит от размеров центра и требований к питанию. Стоит обратить внимание, что на различных участках центра данных могут потребоваться различные типы структур PowerStruXure.

На четвертом шаге не обойтись без программного инструмента PowerStruXure BuildOut Tool, который поможет в интерактивном режиме сконфигурировать тип PowerStruXure, выбранный для каждого участка центра данных.