کارمراکز داده
کارمراکز داده اما از زمان سحر اینترنت، پهنای باند پهنای باند بالا، گوشی های هوشمند و دیگر فناوری های جدید، ما دائما در اینترنت و دائما خواستار انتقال اطلاعات به رایانه ها، سیستم های بازی، تلویزیون و تلفن های ما هستیم
. در حالیکه اسناد کاغذ هنوز هم وجود دارد، ما تعداد زیادی از مواردی را که به صورت الکترونیکی، صفحات وب، فایلهای PDF و دیگر فایلهای دیجیتالی تولید شده توسط نرم افزار تولید شده و روی صفحه نمایش کامپیوتر نمایش داده می شود، مورد استفاده قرار می دهیم. حتی کتاب ها از خمیر کاغذ به تصاویر در کامپیوتر ما، دستگاه های تلفن همراه و خوانندگان الکترونیکی می روند.
تبادل الکترونیکی داده ها فقط برای هر نوع معامله تجاری ضروری است و برای بسیاری از تعاملات شخصی ما عادی می شود. حتی مواردی که برای آنالوگ مانند پخش تلویزیونی و تماس تلفنی استفاده می شوند، به شکل دیجیتال بیش از سیم ها و امواج رادیویی تحویل داده می شوند. و در یک حجم بسیار بیشتر از همیشه قبل از. این که آیا دولت دستورالعمل هایی برای پختن یک کاسه تون و یا یک نمایش تلویزیونی را دارد، می خواهیم بتوانیم آن را به صورت آنلاین بفرستیم، و ما هم اکنون می خواهیم.
با این تقاضای عظیم برای تحویل اطلاعات دیجیتال تقریبا لحظه ای نیاز به غلظت کامپیوتر و تجهیزات شبکه ای بود که می توانست درخواست ها را انجام دهد و کالا را تحویل دهد. بنابراین، مرکز داده های مدرن متولد شد.
مرکز داده چیست؟
مراکز داده به سادگی متمرکز هستند که در آن محاسبات و تجهیزات شبکه برای جمع آوری، ذخیره، پردازش، توزیع یا دسترسی به مقدار زیادی داده متمرکز شده است. آنها از زمان ظهور رایانه ها به یک شکل یا دیگر وجود داشته اند.
در روزهای بی نظیر اتاق که کامپیوترهای اولیه ما بودند، یک مرکز داده ممکن است یک سوپر کامپیوتر داشته باشد. به عنوان تجهیزات کوچک تر و ارزان تر، و نیازهای پردازش داده ها شروع به افزایش – و آنها به طور نمادین افزایش یافته است – ما شروع به شبکه های چند سرور (همتای صنعتی خود را به کامپیوتر های خانگی) با هم برای افزایش قدرت پردازش. ما آنها را به شبکه های ارتباطی متصل می کنیم تا مردم بتوانند از راه دور به آنها دسترسی داشته باشند یا اطلاعات مربوط به آنها. تعداد زیادی از این سرورهای خوشه ای و تجهیزات مربوطه را می توان در یک اتاق، یک کل ساختمان یا گروه های ساختمان قرار داد. مرکز داده های امروز احتمالا هزاران سرور بسیار قدرتمند و بسیار کوچک را در ۲۴ ساعت شبانه روز اجرا می کند.
با توجه به غلظت بالای سرورها، اغلب در قفسه هایی که در ردیف قرار می گیرند، مراکز داده گاهی به ماموریت های سرور مراجعه می کنند. آنها خدمات مهم مانند ذخیره سازی داده ها، پشتیبان گیری و بازیابی، مدیریت داده ها و شبکه را ارائه می دهند. این مراکز می توانند وب سایت ها را ذخیره و خدمت کنند، ایمیل ها و خدمات پیام رسانی فوری را مدیریت کنند، ذخیره سازی ابر و برنامه های کاربردی را فعال کنند، معاملات تجارت الکترونیک را فعال کنند، جوامع آنلاین بازی های قدرتمند آنلاین، و بسیاری از چیزهای دیگر که نیازمند خرابی عمده فروشی باشند از صفر و یک.
فقط در مورد هر کسب و کار و نهاد دولتی به مرکز داده خود نیاز دارد یا نیاز به دسترسی به شخص دیگری دارد. بعضی از آنها ساخت و نگهداری آنها در داخل، برخی از سرورهای اجاره در امکانات مشترک (همچنین به نام colos) و برخی از خدمات عمومی مبتنی بر ابر در میزبان مانند آمازون، مایکروسافت، سونی و گوگل استفاده می کنند.
کولوس و دیگر مراکز داده های بزرگ در اواخر دهه ۱۹۹۰ و اوایل دهه ۲۰۰۰ آغاز شد، بعضی اوقات پس از استفاده از اینترنت جریان اصلی. مراکز داده های برخی از شرکت های بزرگ در سراسر این سیاره قرار دارند تا به نیاز مداوم برای دسترسی به اطلاعات عظیم دست یابند. گزارش شده است که بیش از ۳ میلیون مرکز داده ای از اشکال و اندازه های مختلف در جهان امروز [منبع: Glanz].
چرا ما به مراکز داده نیاز داریم؟
با وجود این واقعیت که سخت افزار دائما کوچکتر، سریعتر و قدرتمندتر می شود، ما به طور فزاینده ای اطلاعات گرسنه هستیم و تقاضا برای پردازش قدرت، فضای ذخیره سازی و اطلاعات به طور کلی در حال رشد است و به طور مداوم تهدید می کند که از توانایی های شرکت ها برای تحویل خارج شود.
هر سازمانی که داده ها را تولید می کند یا از آنها استفاده می کند، نیاز به مراکز داده ای در برخی سطوح دارد، از جمله آژانس های دولتی، موسسات آموزشی، شرکت های مخابراتی، موسسات مالی، خرده فروشان هر اندازه، و ارائه دهندگان خدمات اطلاعات آنلاین و شبکه های اجتماعی مانند Google و Facebook . عدم دسترسی سریع و قابل اعتماد به داده ها می تواند به معنای عدم توانایی ارائه خدمات حیاتی یا از دست دادن رضایت مشتری و درآمد باشد.
مطالعه ای توسط شرکت بین المللی داده برای EMC تخمین زده است که در سال ۲۰۱۱ [منابع: Glanz، EMC، Fneah] 1.8 تریلیون گیگابایت (GB) یا حدود ۱٫۸ zettabytes (ZB) از اطلاعات دیجیتال ایجاد شده است. مقدار داده ها در سال ۲۰۱۲ تقریبا ۲٫۸ ZB بود و انتظار می رود تا سال ۲۰۲۰ به ۴۰ ZB برسد. [منابع: کورتنی، سری علوم دیجیتال، EMC].
همه این رسانه ها باید جایی ذخیره شوند. و این روزها، چیزهای بیشتر و بیشتر نیز به ابر منتقل می شوند، به این معنی که به جای اینکه آنها را در رایانه های خانه یا کامپیوتر ما اجرا یا ذخیره کنیم، به آنها از طریق میزبان های سرویس دهنده ابر دسترسی پیدا می کنیم. بسیاری از شرکت ها نیز برنامه های حرفه ای خود را به سرویس های ابری منتقل می کنند تا هزینه های اجرای شبکه های کامپیوتری متمرکز و سرورها را کاهش دهند.
ابر به این معنا نیست که برنامه ها و داده ها بر روی سخت افزار محاسبات ذخیره نمی شوند. این بدان معنی است که شخص دیگری سخت افزار و نرم افزار را در مکان های دور نگه می دارد که مشتریان و مشتریان آنها می توانند از طریق اینترنت به آنها دسترسی پیدا کنند. و این مکان ها مراکز داده هستند.
مقیاس و طراحی مرکز داده
هنگامی که ما در مورد مراکز داده فکر می کنیم، بسیاری از ما انبارهای بزرگ را پر از قفسه سرور ها، چشمک زدن و متمایل کردن، سیم ها در حال اجرا به جلو و عقب وجود دارد. و در بعضی موارد ما حق داریم. اما آنها در تمام اشکال، اندازه ها و تنظیمات آمده اند. آنها از چند سرور در یک اتاق تا سازه های مستقل بزرگ که صدها هزار فوت مربع را با ده ها هزار سرور و سایر سخت افزار های همراه ترکیب می کنند، متغیرند. اندازه آنها و انواع تجهیزات موجود در آنها بستگی به نیازهای موجودیت یا اشخاصی است که آنها حمایت می کنند.
انواع مختلفی از جمله ارائه دهندگان خدمات ابر خصوصی مثل کولوس، ارائه دهندگان ابرهای عمومی مانند آمازون و گوگل، مراکز داده خصوصی شرکت ها و مراکز داده دولتی مانند NSA یا سایر امکانات تحقیقاتی علمی وجود دارد.
آنها مانند ادارات با یک نفر در هر کامپیوتر کار نمی کنند، اما تعداد کمی از مردم نظارت بر تعداد زیادی از رایانه ها و دستگاه های شبکه، و همچنین قدرت، خنک کننده و سایر امکانات ساختمان ضروری است. بعضی ها خیلی بزرگ هستند که کارکنان روی اسکوتر یا دوچرخه سواری می روند. طبقه ها باید وزن بیشتری نسبت به یک ساختمان اداری معمول داشته باشند زیرا تجهیزات می توانند سنگین باشند. آنها همچنین باید سقف های بالا را در اختیار داشته باشند تا مواردی مانند قفسه های بلند، طبقه های بلند و کابینت سقف کاذب، و غیره.
بسیاری از شرکت هایی با حضور آنلاین سنگین، مراکز داده بزرگ در سراسر جهان، از جمله گوگل، فیس بوک، مایکروسافت، AOL و آمازون قرار دارند. به گزارش مایکروسافت، ۲۰۰۰۰ سرور ماهانه [منبع: Uddin] را اضافه می کند، و گوگل حدود ۵۰ هزار سرور را فقط در یکی از سایت های خود دارد [منبع: Levy].
گوگل دارای سیزده مرکز داده بزرگ، از جمله مکان های شهرستان داگلاس، Ga. Lenoir، N.C .؛ Berkeley County، S.C .؛ شورای Bluffs، آیووا؛ شهرستان میس، اوکلای. Dalles، سنگ معدن. Quilicura، شیلی؛ هامینا، فنلاند؛ سنت Ghislain، بلژیک؛ دوبلین، ایرلند؛ هنگ کنگ، سنگاپور و تایوان؛ و همچنین تعداد زیادی از مراکز داده کوچک، برخی حتی در سایت های محل همکاری. غول تکنولوژی نیز مستعد آزمایش با طراحی است. به عنوان مثال، در حدود سال ۲۰۰۵، گوگل از کانتینرهای حمل و نقل در سرورهای داده خود استفاده کرده و از آن زمان به سایر طرح های سفارشی منتقل شده است.
پیکربندی سرورها، توپولوژی شبکه و تجهیزات پشتیبانی می تواند بسته به شرکت، هدف، مکان، سرعت رشد و مفهوم طراحی اولیه مرکز داده متفاوت باشد. طرح بندی آن تا حد زیادی می تواند بر کارایی جریان داده ها و شرایط محیطی در مرکز تأثیر بگذارد. بعضی از سایت ها می توانند سرویس های خود را به صورت گروهی از قبیل جدا کردن سرورهای وب، سرورهای کاربردی و سرورهای پایگاه داده تقسیم کنند، و برخی ممکن است هر یک از سرورهای خود را چندین وظیفه انجام دهد. قوانینی سخت و سریع وجود ندارد و استانداردهای رسمی زیادی وجود ندارد.
یا البته برخی گروه ها در حال تلاش برای ایجاد دستورالعمل هستند. انجمن صنعت ارتباطات در سال ۲۰۰۵ یک استاندارد طبقه بندی استاندارد داده ها را به نام پروژه TIA-942 نامگذاری کرد که چهار دسته از مرکز داده را شناسایی کرد، که توسط معیارهای بارگیری و سطح تحمل خطا شناخته شده است. این شامل:
سطح ۱ – زیرساخت پایگاه اصلی با یک مسیر توزیع تک و بدون افزونگی ساخته شده است.
ردیف ۲ – زیرساخت های مجتمع شده با یک مسیر توزیع مجزا که شامل اجزای اضافی است.
ردیف ۳ – زیرساخت های سایت قابل نگهداری همزمان که دارای مسیرهای متعدد است و فقط یک بار در آن فعال است.
سطح چهارم – زیرساخت های سایت متساوی با خطا که دارای مسیرهای توزیع چندگانه برای تعداد زیادی از افزونگی است.
در تئوری، سایت هایی که به رده های رده ۱ و ۲ قرار می گیرند باید گاهی اوقات برای تعمیر و نگهداری تعطیل شوند، در حالی که سطح ۳ و ۴ باید در حین تعمیر و نگهداری و سایر وقفه ها بایستی ماند. تعداد بیشتری به یک سطح بالاتری از قابلیت اطمینان (به معنی صرفه جویی در زمان بالقوه) و هزینه بالاتر است.
استاندارد همچنین توصیه های مربوط به کابل کشی، زیرساخت های تاسیسات (مانند کنترل محیط زیست و قدرت) و سایر نگرانی های طراحی را بیان می کند. اینها در صنعت ارتباطات راه دور مورد هدف قرار می گیرند، اما می توانند به مراکز داده دیگر اعمال شوند. این یکی از چند راه برای ارزیابی و مقایسه ی مراکز داده با طراحی و عملکرد کلی است.
همه مراکز داده ها از این استانداردها پیروی نمی کنند. و مرکز داده های امروز پدیده جدیدی است که در اکثر مناطق در حال حاضر کد های ساختمان خاصی برای آنها وجود ندارد. آنها معمولا به نوع دیگری از نوع عمومی متصل می شوند.
طرح ها، تجهیزات و نیازهای آنها به طور مداوم در حال تکامل هستند، اما عناصر رایج در بسیاری از مراکز داده وجود دارد. برای کسب اطلاعات بیشتر به ادامه مطلب مراجعه کنید.
سخت افزار رایانه
یک مشترک فیزیکی مراکز داده خوشه ای از سرورهای متصل است. ممکن است همه آنها بسیار شبیه باشند، به طور منظم در قفسه های باز یا کابینت های بسته با ارتفاع، عرض و عمق مساوی انباشته می شوند، یا می تواند دسته ای از انواع مختلف، اندازه ها و سنین ماشین آلات همکاری وجود داشته باشد، مانند سرورهای مدرن تخت کوچک در کنار بزرگ جعبه یونیکس و رایانه های غول پیکر (یک نسل سریع ناپدید شده، اما نه یکی که هنوز به پایان رسیده است).
هر سرور یک کامپیوتر با کارایی بالا با حافظه، فضای ذخیره سازی، پردازنده یا پردازنده ها و قابلیت ورودی / خروجی است، نوعی مانند یک نسخه ی سوپاپ از یک رایانه شخصی، اما با یک پردازنده سریع تر و قدرتمند و حافظه بسیار بیشتری ، و معمولا بدون مانیتور، صفحه کلید یا لوازم جانبی دیگر که شما در خانه استفاده می کنید. مانیتورها ممکن است در یک مکان متمرکز، در نزدیکی یا در یک اتاق کنترل جداگانه وجود داشته باشند، برای نظارت بر گروه های سرورها و تجهیزات مربوطه.
یک سرور یا سرور خاص ممکن است به یک کار اختصاص داده شود و یا بسیاری از برنامه های مختلف را اجرا کند. بعضی از سرورها در مراکز داده همکاری محلی به مشتریان خاص اختصاص داده می شوند. بعضی از آنها حتی به جای فیزیکی مجازی هستند (روند جدیدی که تعداد مورد نیاز سرورهای فیزیکی را کاهش می دهد). این نیز احتمالا زمانی است که شما از طریق اینترنت درخواست می کنید که تعدادی از سرورها با یکدیگر همکاری می کنند تا محتوا را به شما تحویل دهند.
شبکه، نرم افزار و کنترل محیط زیست
تجهیزات شبکه و ارتباطات در یک مرکز داده ضروری هستند تا یک شبکه با برد بالا برای برقراری ارتباط با دنیای خارج و بین سرورها و سایر تجهیزات درون مرکز داده حفظ شود. این شامل اجزای مانند روترها، سوئیچ ها، کنترل کننده های رابط شبکه سرور (NIC ها) و احتمالا مایل و مایل از کابل کشی می باشد. سیم کشی در قالب های مختلف از جمله جفت پیچ خورده (مس)، کواکسیال (همچنین مس) و فیبر نوری (شیشه ای یا پلاستیک) می آید. انواع کابل ها و زیرمجموعه های آنها بر سرعت انتقال اطلاعات از طریق مرکز داده تاثیر می گذارد.
همه این سیم کشی باید سازماندهی شود. این یا سربار بر روی سینی که از سقف آویزان شده یا به بالای قفسه ها متصل شده است، اجرا می شود و یا در زیر طبقه بلند، گاهی در زیر سینی های زیر طبقه اجرا می شود. کدگذاری رنگ و برچسب زدن دقیق برای شناسایی خطوط مختلف سیم کشی استفاده می شود. سطوح بالایی مراکز داده به طور کلی پانل یا کاشی هایی دارند که می توانند برای دسترسی به کابل کشی و سایر تجهیزات برداشته شوند. واحد های خنک کننده و تجهیزات برق گاهی اوقات نیز در زیر کف قرار دارند.
سایر تجهیزات مهم در مرکز داده شامل دستگاه های ذخیره سازی (مانند درایوهای هارد دیسک، درایوهای حالت جامد و درایوهای نوار روباتیک)، منابع برق اضطراری (یو پی اس)، باتری های پشتیبان، ژنراتورهای پشتیبان و دیگر تجهیزات مربوط به برق است.
مراکز داده ها دارای تجهیزات زیادی برای کنترل درجه حرارت و کیفیت هوا هستند، هرچند روش ها و انواع تجهیزات از سایت به سایت متفاوت است. آنها می توانند عبارتند از طرفداران، تهویه هوا، فیلترها، سنسورها، تهویه مطبوع اتاق کامپیوتر (CRACs)، چیلرها، لوله های آب و مخازن آب. بعضی از سایت ها نیز موانع پلاستیکی یا فلزی را برپا می کنند و یا از مواردی مانند کابینت های دودکش استفاده می کنند تا جریان هوای گرم و سرد را کنترل کنند تا تجهیزات رایانه ای از گرمای بیش از حد حفظ شود.
و البته، نرم افزار برای اجرای تمام این سخت افزارها، از جمله سیستم عامل های مختلف و برنامه های کاربردی در حال اجرا بر روی سرورها، خوشه بندی نرم افزار چارچوب مانند MapReduce گوگل یا Hadoop مورد نیاز است که اجازه می دهد که کار در صدها و یا بیشتر ماشین توزیع، برنامه های سوکت اینترنت شبکه های کنترل، برنامه های نظارت بر سیستم و نرم افزار مجازی سازی مانند VMware برای کاهش تعداد سرورهای فیزیکی.
برخی از مسائل مربوط به مراکز داده
مراکز ATA در تلاش برای ارائه خدمات سریع و بدون وقفه هستند. شکست تجهیزات، ارتباطات یا قطع برق، تراکم شبکه و سایر مشکلات که مردم را از دسترسی به داده ها و برنامه های خود محروم می کند باید فورا مورد رسیدگی قرار گیرد. با توجه به تقاضای دائمی برای دسترسی سریع، مرکز داده ها انتظار می رود که ۲۴/۷ اجرا شود، که باعث ایجاد یک مساله می شود.
نیازهای شبکه مرکز داده بسیار متفاوت از مواردی است که، مثلا، یک ساختمان اداری پر از کارگران. شبکه های مرکز داده قدرت هستند. شبکه های فیبر نوری Google بیش از ۲۰۰،۰۰۰ بار سریعتر از سرویس اینترنت خانگی شما ارسال می کنند. اما پس از آن، گوگل باید روزانه بیش از ۳ میلیارد موتور جستجوگر را اداره کند، میلیاردها صفحه وب را فهرست می کند، میلیون ها ویدیو YouTube را آپلود می کند و ایمیل ها را برای صدها میلیون کاربر در میان بسیاری از سرویس های دیگر ذخیره می کند. منبع: Levy ]
به سختی کسی ترافیک زیادی با گوگل دارد، اما همه مراکز داده احتمالا بیشتر و بیشتر استفاده خواهند کرد. آنها نیاز به توانایی افزایش شبکه خود را برای افزایش پهنای باند و حفظ قابلیت اطمینان دارند. همین امر برای سرورها نیز می باشد، که می تواند برای افزایش ظرفیت مرکز داده بزرگ شود. شبکه موجود باید بتواند با استفاده از کنترل جریان به درستی کار کند. و هر چیزی که نگه داشتن جریان باید ریشه کن شود. یک شبکه تنها به همان اندازه سریعترین جزء آن است. موافقت نامه های سطح خدمات با مشتریان نیز باید انجام شود، و اغلب شامل مواردی مانند بازده و زمان پاسخ است.
تعدادی از نقص احتمالی وجود دارد. سرورها یا تجهیزات شبکه می توانند بیرون بیایند، کابلها می توانند بدرفتاری کنند یا خدمات از خارج از قبیل قدرت و ارتباطات را مختل کنند. سیستم های لازم برای نظارت بر، پاسخ دادن و اطلاع رسانی به کارکنان از هر گونه مسائل که در آن وجود دارد. برنامه ریزی بازیابی دیاساستر در صورت شکست های بزرگی اهمیت حیاتی دارد، اما مشکلات جزئی نیز باید مورد استفاده قرار گیرد.
برنامه ریزی برای اورژانسی و حفظ امنیت
سیستم را می توان برای ترافیک مجدد تنظیم کرد در صورتی که سرور یا تجهیزات شبکه در یک ناحیه خراب می شوند. ترافیک را می توان با توزیع کار به طور مساوی بر روی شبکه و سرور ها برای جلوگیری از احتقان و تنگناها متعادل نمود. چیزهایی مانند پشتیبان گیری داده ها، اضافه کاری سیستم و پشتیبان گیری باطری کافی می توانند زندگی را نیز آسانتر کنند. گوگل هر تکه ای از داده ها را در دو یا چند سرور ذخیره می کند و اطلاعات واقعا مهم به نوار دیجیتال پشتیبانی می شود. مراکز داده ها اغلب از ارائه دهندگان خدمات چندین سرویس دهنده (ISP) برای بار اضافی و اضافه بار استفاده می کنند. اگر یک شرکت دارای مراکز داده ای متعدد باشد، ترافیک را می توان به طور کامل در صورت وقوع فاجعه کامل به یک مرکز دیگر انتقال داد.
برای نگه داشتن همه چیز با هم و با استفاده از تکنولوژی فعلی، تجهیزات و نرم افزار باید مرتبا به روز رسانی و جایگزین شوند. سیستم های قدیمی تر نیز باید تا زمانی که جایگزین شوند پشتیبانی می شود، که امیدواریم پیش از آنکه منسوخ شوند، پیش می آید. مرکز داده نیاز به یک زیرساخت دارد که جایگزین تجهیزات قدیمی و اتخاذ تکنولوژی جدید تا حد امکان آسان می شود.
مراکز داده اغلب با تعداد زیادی اطلاعات حساس یا اختصاصی مقابله می کنند، بنابراین سایت ها باید از لحاظ جسمی و دیجیتالی امن باشند. آنها ممکن است دروازه، درهای امنیتی، آلارم و کارمندان امنیتی داشته باشند. بعضی از شرکت ها حتی ناخوشایند مکان هایی از مراکز داده خود را، و همچنین هر گونه تجهیزات و ویژگی های طراحی که ممکن است اسرار تجاری باشند، افشا کنند. هنگامی که هارد دیسک ها خراب می شوند و باید از بین بروند، ممکن است هر دو آنها پاک شوند و از بین بروند به طوری که داده ها به دست اشتباه سقوط نکنند. شبکه ها برای جلوگیری از مزاحمان الکترونیکی / هکرها از شبکه به امنیت نیاز دارند مانند فایروال ها و روش های دیگر.
مراکز داده ها همچنین به تجهیزات اضطراری مانند آلارم آتش، آبپاش یا دیگر سیستم های آتش سوزی نیاز دارند تا از مردم و تجهیزات محافظت کنند. سرورها، فن ها و سایر دستگاه ها سر و صدای زیادی تولید می کنند، نیاز به حفاظت از گوش و گرمای زیادی دارند، که نیاز به سایر اقدامات ایمنی کارکنان و تجهیزات دارد.
خنک کننده و نگرانی های برق
مراکز آتا باید کنترل محیط زیستی تنگ داشته باشند و مقدار زیادی از قدرت را برای نگه داشتن همه چیز در نظر بگیرند یا تولید کنند. و اینها پر هزینه هستند
از آنجایی که سرورها و تجهیزات دیگر در دماهای شدید بسیار خوب عمل نمی کنند، اکثر مراکز داده دارای سیستم های خنک کننده و جریان هوا هستند که مقدار زیادی انرژی و گاهی آب را مصرف می کنند. سنسورها باید برای نظارت بر شرایط محیطی در نظر گرفته شوند تا تنظیمات انجام شوند.
این فقط دما نیست که یک مشکل است عوامل مانند رطوبت باید در چک نگه داشته شوند. در سال ۲۰۱۱، فیس بوک یک ابر واقعی، نه یک نوع دیجیتال، در یکی از مراکز داده خود شکل می دهد، در نتیجه برخی از سرورها به دلیل بارگذاری در داخل ساختمان، از راه اندازی مجدد سیستم و تأمین منابع برق کوتاه می شوند. در نتیجه، آنها سیستم مدیریت ساختمان خود را تغییر دادند و سرورها را مقاومتر از آبوهوایی کردند.
مخازن سرورها اغلب در ردیف هایی قرار می گیرند که ایجاد می کند که سرورها همگی با یکدیگر روبرو هستند و یا همه با هم از یکدیگر فاصله دارند تا جریان هوا و درجه حرارت را به طور موثر کنترل کنند. راهرویی که در آن مواجه هستند، یک راهروی سرد است و هوا بر روی محوطه ی گرم به ترتیب به سمت پایین حرکت می کند.
مصرف برق یکی دیگر از نگرانی های مهم است. این کاملا ضروری است که این امکانات دسترسی مداوم به قدرت کافی داشته باشند – برخی حتی دارای پستهای برق خود هستند. متریک مورد استفاده برای قضاوت در مورد بهره وری انرژی مرکز داده، اثربخشی مصرف انرژی (PUE) است. این محاسبه استفاده از انرژی کل تقسیم بر مصرف انرژی صرفا برای اهداف محاسباتی است. نمرات PUE یاهو، گوگل و فیس بوک برای بعضی از مراکز داده بزرگ آنها حدود ۱٫۱ یا ۱٫۲ است، اگرچه ۲٫۰ معمول تر از صنعت است. این بدان معنی است که نیمی از انرژی برای پردازش و نیمی دیگر برای کارهای دیگر یا زباله است [منابع: Mone، Levy]. شرکت مشاوره McKinsey & Company دریافت که مرکز داده به طور واقعی تنها از ۶ تا ۱۲ درصد توان خود برای انجام محاسبات استفاده می کند و بقیه در حالت انتظار برای افزایش بعدی ترافیک، احتمالا از طریق تأمین بیش از حد منابع از ترس از تاخیر و خرابی [منبع: گلنز].
برای کاهش توان و نیازهای منابع دیگر مراکز داده، کارهای زیادی انجام می شود. سرورهای مورد استفاده در حدود ۶۰ درجه فارنهایت (۱۵٫۶ درجه سانتیگراد) نگهداری می شوند، اما روند مراکز داده های کارآمدتری برای نگهداری آنها در حدود ۸۰ درجه فارنهایت (۲۶٫۷ درجه سانتیگراد) است، حداقل در راهروی سرد، اگرچه همه اینها را پذیرفته اند تمرین [منابع: Mone، Levy]. سرورها ظاهرا در این دما خوب هستند و نیاز به قدرت خنک کننده کمتر دارند.
روند رو به رشدی برای استفاده از خنک کننده هوای آزاد وجود دارد، از هوای خارج از هوا خارج می شود و نه تعداد بسیار زیادی از دستگاه های تهویه مطبوع و خنک کننده قدرتمند گرسنه. یکی دیگر از روند یافتن مراکز داده در نزدیکی منابع آب آماده است که می تواند برای استفاده از خنک کننده بازیافت شود، مانند مرکز داده گوگل در فنلاند، که از آب دریا استفاده می کند. دیگر این است که مراکز داده را در هوای سرد قرار دهید.
تغییرات در ابزار دقیق محاسباتی نیز میتواند کمک کند. بسیاری از اجزای سازنده در مراکز داده ها انرژی را از بین می برند، به این معنی که برخی از قدرت هایی که آنها استفاده می کنند هرگز باعث نمی شود پردازش واقعی انجام شود – هدر می رود. جایگزینی سرورهای قدیمی با جدیدتر، مدل های کارآمد تر انرژی، به وضوح کمک می کند. اما تجهیزات نیز می توانند دوباره طراحی شوند تا نیاز به قدرت کمتری داشته باشند. اکثر مراکز داده ها از سرورهای سنتی خالی و سایر تجهیزات استفاده می کنند، اما گوگل و فیس بوک هر دو از سرورهای سفارشی استفاده می کنند. گوگل به منظور اجتناب از اجزای غیر ضروری مانند کارت گرافیک طراحی شده و برای کاهش قدرت در تامین برق و تنظیم کننده ولتاژ کاهش می یابد. پانل هایی که حاوی آرم سازنده هستند حذف می شوند تا جریان هوا بهتری را از اجزای سازنده به دست آورند و شرکت برخی از تجهیزات شبکه خود را تولید می کند.
علاوه بر این، پردازنده ها و طرفداران همچنین می توانند زمانی که مورد نیاز نیستند، کاهش یابد. سرورهای کارآمد تر نیز تمایل به گرما کمتری دارند، به طوری که مصرف انرژی مورد نیاز برای خنک سازی کاهش می یابد. سرورهای ARM کم قدرت، که در ابتدا برای دستگاه های تلفن همراه طراحی شده اند، اما برای استفاده از سرور مجددا طراحی شده اند، همچنین راه خود را به مراکز داده نیز می رسانند.
استفاده از برنامه های کاربردی متنوع است بسته به آنچه که در حال انجام در نرم افزار های مختلف و برنامه های کاربردی وب است، که هر کدام دارای نیازهای مختلف منابع هستند. مدیریت منابع برنامه برای افزایش بهره وری و کاهش مصرف مهم است. نرم افزار می تواند به صورت سفارشی نوشته شود تا کارآمدتر با معماری سیستم کار کند. مجازی سازی سرور همچنین می تواند با کاهش تعداد سرورهای در حال اجرا مصرف برق را کاهش دهد.
تاثیرات محیطی و آینده مراکز داده
این مسائل فقط مشکلی از شرکت هایی نیستند که مرکز داده ها را ایجاد و اجرا می کنند، بلکه از جوامع اطراف و سیاره به طور کلی.
تخمین زده می شود که مراکز داده در ایالات متحده در سال ۲۰۰۶، ۶۱ میلیارد کیلووات ساعت برق مصرف کردند که حدود ۴٫۵ میلیارد دلار [Uddin] و ۷۶ میلیارد کیلووات ساعت در سال ۲۰۱۰ [منبع: Glanz] هزینه می کنند. آنها گزارش دادند که ۱ تا ۲ درصد برق مصرفی در سراسر جهان [منابع: Levy، Masanet]. با برخی از حساب های، برخی از مراکز داده ها به علت کارکرد ۲۴/۷ در ظرفیت کامل [منبع: گاننز]، ۹۰ درصد از قدرت مصرف می کنند. این مصرف عظیم ضروری است که بر محیط زیست تأثیر بگذارد.
یک شرکت تحقیقاتی دریافت که صنعت فناوری اطلاعات و ارتباطات حدود ۲ درصد از انتشار گازهای گلخانه ای را در سراسر جهان به خود اختصاص داده است. منبع: Uddin. و برخی از ژنراتورهای مرکز داده، اگزوز آلودگی هوا را منتشر می کنند که اغلب به اندازه کافی برای مقابله با مقررات هوا تمیز نیست.
تغییرات در این صنعت آسان نیست، زیرا یک سازمان دولتی به طور خاص در ردیابی مراکز داده وجود ندارد. اما بسیاری از بازیکنان بزرگ از جمله گوگل، فیس بوک، مایکروسافت، اپل، یاهو و eBay گام های بزرگی برای کاهش مصرف منابع مراکز خود، از جمله ایجاد طرح های کارآمد انرژی، استفاده از منابع محلی عاقلانه، تلاش برای نگرانی های کربن و در بعضی موارد تولید انرژی با استفاده از منابع گیاهی مانند گاز طبیعی، انرژی خورشیدی و یا انرژی آبی.
نوآوری دائمی درمورد بازدهی، محیط زیست، بهره وری هزینه و سهولت استقرار وجود دارد. و این روزها، با باز بودن تازه کشف شده گوگل در طرح های خود مرکز داده ها و پروژه های شبیه Open Compute را فیس بوک، که از طریق آنها طرح سخت افزار اشتراک گذاشتن با مردم، ابرقدرت مرکز داده برملا برخی از نوآوری های خود را به طوری که مراکز داده کوچکتر (و بقیه ما) ممکن است از مزایای استفاده کنید.
دشوار است برآورد تاثیر کامل موجودیت آنلاین ما، از آنجا که رایانه های شخصی ما و شبکه های دیگر که اطلاعات ما را از مراکز داده می گیرند و از مراکز داده باید به معادله اضافه شوند، دشوار است. اما بدون توجه به بهره وری انرژی و پایداری بزرگترین و واضح ترین مجرمان، ابر ممکن است در تولید ابرهای آلاینده ها و گازهای گلخانه ای ادامه دهد.
با وجود هرگونه مشکل، مراکز داده هر جا نرفتند. تمایل ما برای دسترسی مداوم و سریع به اطلاعات و محتوای رسانه ای، برای به اشتراک گذاری مقدار زیادی از اطلاعات، برای حرکت چیزهایی از دستگاه های خود و به ابر برای دسترسی از دستگاه های متعدد، و برای ذخیره سازی به طور دائم ایمیل، عکس ها و دیگر اطلاعات دیجیتال آنها را در اطراف نگه می دارد. و آنها احتمالا راه را به یک آینده حتی بیشتر سیمی راه می اندازند.
یاداشت نویسنده: چگونه مراکز داده کار می کنند
من از ابعاد و گستره وسیعی از مراکز داده های بزرگ که دنیای سیمی ما را امروزه می شناسند، شگفت زده می شوم. من هم از آنها سپاسگزارم، چون بیشتر وقتم آنلاین هستم. رویای من ۲۰ سال پیش بود که بتوانم انتخاب کنم که چه موقع و در جایی که من را تماشا می کردم بدون اینکه در زمان خاصی از شب در خانه بمانم. من حتی تصور نکردن تماشای این که من امروز انجام می دهم یا منابع دیگری از سرگرمی مانند یوتیوب را تصور نمی کنم. اما مؤسسات مدرن سرور ما این موارد را امکان پذیر کرده اند و همچنین موارد غیر مرتبط با سرگرمی مانند دوره های آنلاین گسترده ای باز (MOOC) و سایر منابع آموزشی را ایجاد کرده اند.
اما من در مورد عواقب نگرانم. من خوشحالم که بعضی از بازیکنان اصلی برای صرفه جویی در انرژی و بی طرفی کربن تلاش می کنند تا منابع طبیعی ما را حفظ کنند و از انتشار گازهای ضروری بی نیاز جلوگیری کنند. ما نمی خواهیم ابزارهایی که اینترنت در دسترس قرار می دهد، که ما می توانیم از طریق برقراری ارتباط و آموزش و پرورش بهتر از جهان، به ما کمک کند. من آب و هوای مسکونی را بیشتر از سرگرمی دوست دارم. من به آن قسم می خورم، درست بعد از پایان بازی Minecraft.
