Строительство центров обработки данных считается одной из наиболее динамично развивающихся отраслей. Прогресс в этой области колоссален, но появятся ли в ближайшее время на рынке какие-то прорывные технологические решения – большой вопрос. Сегодня мы попробуем рассмотреть главные инновационные тенденции развития мирового ЦОДостроения, чтобы на него ответить.

Курс на Hyperscale

Развитие информационных технологий привело к необходимости строить очень большие центры обработки данных. В основном гипермасштабируемая инфраструктура нужна поставщикам облачных услуг и социальным сетям: Amazon, Microsoft, IBM, Google и другим крупным игрокам. В апреле 2017 года в мире насчитывалось 320 таких ЦОД, а в декабре их стало уже 390. К 2020 году количество гипермасштабируемых дата-центров должно вырасти до 500, если верить прогнозам специалистов Synergy Research. Большая часть таких ЦОД расположена в США, и эта тенденция пока сохраняется, несмотря на быстрый темп строительства в Азиатско-Тихоокеанском регионе, отмеченный аналитиками Cisco Systems.

Все гипермасштабируемые дата-центры относятся к корпоративным и места в стойках не сдают. Их используют для создания публичных облаков, связанных с интернетом вещей и технологиями искусственного интеллекта сервисов, а также в других нишах, где требуется обработка огромных объемов данных. Владельцы активно экспериментируют с увеличением плотности мощности на стойку, бескорпусными серверами, жидкостным охлаждением, повышением температуры в машинных залах и разнообразными специализированными решениями. С учетом увеличения популярности облачных услуг, Hyperscale в обозримом будущем станет основным драйвером роста отрасли: здесь можно ожидать появления интересных технологических решений от ведущих производителей ИТ-оборудования и инженерных систем.

Граничные вычисления

Другая заметная тенденция прямо противоположна: в последние годы строится огромное количество микро-ЦОД. По прогнозам Research and Markets этот рынок вырастет с 2 миллиардов долларов в 2017 году до 8 миллиардов к 2022 году. Связывают это с развитием интернета вещей и промышленного интернета вещей. Большие дата-центры расположены слишком далеко от систем автоматизации производственных процессов на местах. Они занимаются задачами, для которых не требуются показания каждого из миллионов датчиков. Первичную обработку данных лучше всего проводить там, где они генерируются, а уже потом отправлять полезную информацию по длинным маршрутам в облако. Для обозначения этого явления придумали специальный термин – граничные вычисления или Edge computing. На наш взгляд, это второй по важности тренд развития ЦОДостроения, который приводит к появлению на рынке инновационных продуктов.

Битва за PUE

Большие центры обработки данных потребляют огромное количество электроэнергии и выделяют тепло, которое необходимо как-то утилизировать. На долю традиционных систем охлаждения приходится до 40 % энергопотребления объекта, и в борьбе за снижение энергозатрат главным врагом считаются компрессоры холодильных машин. Набирают популярность позволяющие полностью или частично отказаться от их использования решения с т. н. фрикулингом. В классической схеме применяются чиллерные системы с водой или водными растворами многоатомных спиртов (гликолей) в качестве теплоносителя. В холодное время года компрессорно-конденсаторный блок чиллера не включается, что существенно снижает энергозатраты. Более интересные решения основаны на двухконтурной схеме воздух-воздух с роторными теплообменниками и секцией адиабатического охлаждения или без нее. Ведутся эксперименты и с прямым охлаждением наружным воздухом, но эти решения трудно назвать инновационными. Как и классические системы, они предполагают воздушное охлаждение ИТ-оборудования, и технологический предел эффективности такой схемы уже практически достигнут.

Дальнейшее снижение PUE (соотношения общего энергопотребления к энергопотреблению ИТ-оборудования) будет идти за счет набирающих популярность схем жидкостного охлаждения. Здесь стоит вспомнить запущенный корпорацией Microsoft проект по созданию модульных подводных ЦОД, а также концепцию плавучих ЦОД Google. Идеям технологических гигантов пока далеко до промышленного воплощения, но менее фантастические системы жидкостного охлаждения уже работают на различных объектах от суперкомпьютеров из Top500 до микро-ЦОД.

При контактном охлаждении в оборудование устанавливают специальные теплосъемники, внутри которых циркулирует жидкость. Системы погружного охлаждения используют диэлектрическое рабочее тело (обычно минеральное масло) и могут быть выполнены либо в виде общего герметичного контейнера, либо в виде индивидуальных корпусов для вычислительных модулей. Кипящие (двухфазные) системы на первый взгляд похожи на погружные. В них также применяют контактирующие с электроникой диэлектрические жидкости, но есть и принципиальное отличие – рабочее тело начинает кипеть при температурах около 34 °C (или чуть выше). Из курса физики мы знаем, что процесс идет с поглощением энергии, температура перестает расти и при дальнейшем нагреве жидкость испаряется, т. е. происходит фазовый переход. В верхней части герметичного контейнера пары соприкасаются с радиатором и конденсируются, а капли возвращаются в общий резервуар. Системы жидкостного охлаждения позволяют достичь фантастических значений PUE (в районе 1,03), но требуют серьезных модификаций вычислительного оборудования и кооперации производителей. Сегодня они считаются наиболее инновационными и перспективными.

Итоги

Для создания современных дата-центров придумали множество интересных технологических подходов. Производители предлагают интегрированные гиперконвергентные решения, строятся программно-определяемые сети, и даже сами ЦОД становятся программно-определяемыми. Для повышения эффективности объектов устанавливают не только инновационные системы охлаждения, но и аппаратно-программные решения класса DCIM, которые позволяют оптимизировать работу инженерной инфраструктуры на основе данных со множества датчиков. Некоторые инновации не оправдывают возложенных на них надежд. Модульные контейнерные решения, к примеру, не смогли заменить традиционные дата-центры из бетона или быстровозводимых металлоконструкций, хотя активно используются там, где вычислительные мощности нужно развернуть оперативно. При этом традиционные ЦОД сами становятся модульными, но на совершенно другом уровне. Прогресс в отрасли идет очень быстро, хоть и без технологических скачков – упомянутые нами инновации впервые появились на рынке несколько лет назад. 2019 год в этом смысле не станет исключением и явных прорывов не принесет. В эпоху цифры даже самое фантастическое изобретение быстро становится обычным техническим решением.

Актуальные инновации: чего ждать от рынка ЦОД в 2019 году?