Jak rozplanować data center

Od infrastruktury fizycznej centrum danych oczekuje się wysokiej niezawodności i efektywności energetycznej oraz niskich kosztów eksploatacji przy niedużych początkowych nakładach inwestycyjnych. Osiągnięcie tych założeń jest możliwe tylko przy zachowaniu właściwego podejścia już na etapie planowania i projektowania.

Projektowanie fizycznej infrastruktury teleinformatycznej powinno rozpocząć się od określenia podstawowych parametrów systemu teleinformatycznego – bazując na opracowanej wcześniej koncepcji uwzgledniającej wymagania biznesu. Stanowi ona podstawę do rozpoczęcia prac projektowych centrum przetwarzania danych, której jedną z części jest projekt infrastruktury fizycznej. Właściwie przygotowany proces projektowy infrastruktury powinien uwzględniać takie elementy, jak: budżet, harmonogram realizacji projektu, wymagane zasoby i zakresy odpowiedzialności za wykonanie poszczególnych faz.

Nieuwzględnienie tych aspektów w trakcie planowania budowy lub rozbudowy centrum przetwarzania danych może prowadzić do poważnych problemów, a w niektórych wypadkach nawet do niepowodzenia całego przedsięwzięcia, zwłaszcza w sytuacji, gdy nie określono precyzyjnych wymagań w stosunku do organizacji odpowiedzialnej za realizację projektu. Inwestycje dotyczące systemów teleinformatycznych mają najczęściej w swoim założeniu służyć poprawie obsługi procesów biznesowych (np. poprzez zmniejszenie kosztów, skrócenie czasu obsługi procesów biznesowych).

Trzeba też brać pod uwagę pewne kompromisy, trudno bowiem na przykład oczekiwać od najtańszego rozwiązania dostępnego na rynku wysokiej niezawodności. Błędy popełnione w trakcie planowania (projektowania) budowy lub rozbudowy centrum danych mogą prowadzić do poważnych problemów, a nawet klęski całego przedsięwzięcia, dlatego tak ważne jest odpowiednio staranne podejście w tej fazie.

Planowanie i projektowanie

Do najczęstszych błędów występujących na etapie planowania i projektowania centrum przetwarzania danych można zaliczyć niewłaściwe wyznaczenie kosztów (niepełne oszacowanie wszystkich części składowych kosztów wdrożenia oraz niewzięcie pod uwagę kosztów utrzymania), a także złe zwymiarowanie wielkości sytemu teleinformatycznego oraz infrastruktury fizycznej, jak też nieuwzględnienie strategii zmian i rozwoju. Błędem jest również niedostateczne uwzględnienie aspektu niezawodności – obniżenie poziomu dostępności.

Błędne określenie nakładów i kosztów.

Nierzadko zdarza się, że początkowo zaplanowany budżet na budowę serwerowni jest niedoszacowany, co najczęściej wychodzi na jaw w trakcie etapu realizacji projektu. W takiej sytuacji, w celu kontynuowania projektu, konieczne staje się znalezienie nowych środków finansowych, co w konsekwencji w najoptymistyczniej wersji kończy się tylko opóźnieniem realizacji inwestycji. Aby uniknąć takich problemów, warto pamiętać, iż w skład początkowych nakładów inwestycyjnych wchodzą:

• koszty nabycia, łącznie z opłatą za przewóz, należnymi podatkami, kosztami zakupu, odbioru, kontroli itd.;

• koszty instalacji;

• koszty uruchomienia, w tym wykrywania i usuwania usterek;

• koszty szkoleń;

• koszty utrzymania, w tym części zamiennych, narzędzi oraz materiałów konserwacyjnych.

Podczas planowania niezmiernie ważne jest również uwzględnianie kosztów (OpEx – Operating Expenditures) eksploatacji i utrzymania infrastruktury fizycznej, które będą ponoszone przez organizację w całym cyklu użytkowania. Skupianie się bowiem tylko na początkowych nakładach inwestycyjnych może w późniejszym okresie okazać się bardzo przykrą niespodzianką. Jeśli bowiem nie przeanalizujemy na etapie planowania kosztów utrzymania w horyzoncie minimum kilkuletnim, analiza opłacalności inwestycji będzie obarczona poważnym błędem, i tym samym podjęta na jej podstawie decyzja biznesowa może okazać się nietrafiona. Centra przetwarzania danych w swym założeniu mają służyć wiele lat – często dochodzi więc do sytuacji, iż koszty utrzymania już po kilku latach mogą znacznie przekraczać początkowe nakłady inwestycji.

Aby dokonać pełnej analizy rentowności inwestycji w infrastrukturę, warto kierować się kryterium określenia wskaźnika całkowitego kosztu posiadania TCO (Total Cost of Ownership), który odnosi się do całego cyklu eksploatacji (Life-Cycle). W trakcie eksploatacji występują koszty związane z: serwisowaniem, usuwaniem awarii, utrzymaniem ruchu ciągłości, stratami wynikającymi z niepełnego wykorzystania zasobów itd. Z tego powodu właściwie prowadzony proces szacowania kosztów budowy bądź rozbudowy centrum danych powinien opierać się na uwzględnieniu trzech parametrów kosztów posiadania TCO: kosztów inwestycyjnych, kosztów związanych z eksploatacją i utrzymaniem oraz kosztów zasilania (energii elektrycznej).

Metody oparte na sumowaniu różnych wydatków inwestycyjnych i operacyjnych, mimo iż pozwalają tylko na szacunkowe uwzględnienie poziomu faktycznego wykorzystania środków finansowych, w większości przypadków umożliwiają otrzymanie obrazu planowanych wydatków wystarczającego do podjęcia decyzji biznesowej.

Błędy w wymiarowaniu i definiowaniu wymagań przestrzennych.

Jak rozplanować data center

Diagram procesu projektowania systemu teleinformatycznego.

Niedoszacowanie wielkości infrastruktury oznacza poważne problemy, gdyż jest krytyczne dla budowy CPD i może skutkować nawet brakiem możliwości uruchomienia systemu IT. Przy wymiarowaniu mocy systemów zasilania gwarantowanego oraz dystrybucji należy pamiętać, aby uwzględniać rzeczywisty przebieg prądu obciążenia oraz występujące doraźne prądy rozruchowe, a nie tylko moc odbiorników. Prace związane ze zwiększaniem mocy centrum przetwarzania danych w trakcie jego cyklu użytkowego niosą ze sobą duże ryzyko przestoju oraz są bardzo kosztowne – warto więc zaplanować i przygotować infrastrukturę techniczną pod docelową mocą centrum przetwarzania danych z góry. Z tych przyczyn systemy zasilania i chłodzenia powinny posiadać zdolność dostosowywania się do zmiennych wymagań w zakresie mocy i dystrybucji bez konieczności przebudowy rozdzielnic. Data center projektuje się więc przy uwzględnieniu nie tylko aktualnych, ale i przyszłych potrzeb. W efekcie, wielkość infrastruktury fizycznej jest z zasady, już na etapie planowania, w pewnym stopniu przewymiarowana. Wymagania centrum jeśli chodzi o moc zwykle rosną, ale wzrostu tego nie można niestety w sposób precyzyjny przewidzieć na etapie projektu, jednakże jej nadmierne przewymiarowanie to oczywiste marnotrawstwo, i to nie tylko wyższych nakładów związanych z zakupem i instalacją, ale również zwiększenie kosztów utrzymania. Często zdarza się, że projektowany i prognozowany poziom zużycia energii nie odpowiada rzeczywistym potrzebom i jak wykazuje praktyka, większość centrów przetwarzania danych i serwerowni wykorzystuje jedynie 30% dostępnej mocy zasilania i chłodzenia, co skutkuje nadmiernymi nakładami inwestycyjnymi i niepełnym wykorzystaniem zasobów, wpływając na pogorszenie efektywności energetycznej. Dlatego tak ważne jest, aby przed rozpoczęciem prac określić właściwe kryteria projektowe i poprawnie zdefiniować parametry wydajności, co stanowi podstawę do wymiarowania systemów. Do mierzenia wydajności energetycznej najczęściej stosuje się współczynnik PUE (Power Usage Effectiveness), czyli stosunek mocy pobieranej przez wszystkie urządzenia zainstalowane w centrum danych do mocy pobieranej tylko przez sprzęt teleinformatyczny.

Jak rozplanować data center

Ilość energii w fazie rozruchu

Innym istotnym elementem planowania Centrum Przetwarzania Danych jest wybór miejsca budowy CPD (np. budynku, pomieszczenia) oraz jego lokalizacji. Często występującym błędem jest to, iż organizacje (firmy i instytucje) rozpoczynają poszukiwania i wybierają lokalizację serwerowni nie posiadając jeszcze w pełni zdefiniowanych wymagań dla systemu teleinformatycznego oraz charakterystyk wydajnościowych stanowiących wsad do projektu technicznego. Dlatego, aby trafnie określić między innymi ilość wymaganej przestrzeni, konieczna jest wiedza na temat wymagań systemu teleinformatycznego oraz infrastruktury fizycznej. Systemy teleinformatyczne odpowiedzialne za realizację zadań o krytycznym znaczeniu biznesowym, wymagają bowiem spełnienia bardzo specyficznych wymogów, które często nie mogą być osiągnięte bez wprowadzania znaczących zmian konstrukcyjnych obiektu, co w przypadku ich nieuwzględnienia naraża inwestora na znacznie wyższe koszty lub skutkuje ograniczeniem przestrzeni dostępnej pod planowaną w przyszłości rozbudowę infrastruktury. Podczas definiowania wymagań przestrzennych i lokalizacyjnych serwerowni często dochodzi do sytuacji, iż w trakcie planowania nie uwzględnia się potrzeb infrastruktury fizycznej koncentrując się jedynie na wymaganiach dla samego sprzętu teleinformatycznego. Należy pamiętać, że urządzenia wchodzące w jej skład, takie jak szafy i układy dystrybucji energii elektrycznej (np. rozdzielnie) nie tylko wymagają przestrzeni, lecz spełnienia specyficznych wymagań lokalizacyjnych – np. dostępności rozdzielnic zasilających.

Sam kształt oraz rozmiar pomieszczenia serwerowni również ma znaczący wpływ na planowanie rozmieszczenia szaf (elementów wsporczych). Pomieszczenia serwerowni powinny posiadać w miarę możliwości kształt prostokątny, gdyż wtedy najłatwiej zapewnić optymalne rozmieszczenie sprzętu. Właściwe rozlokowanie urządzeń w serwerowni jest niezwykle ważne zarówno z powodu optymalnego wykorzystania powierzchni, jak i poziomu możliwej do osiągnięcia efektywności energetycznej. Planowanie rozmieszczenia urządzeń (szaf ze sprzętem) powinno być konsekwencją analizy wielu czynników, w celu uzyskania optymalnych warunków zasilania i chłodzenia. Dzięki przemyślanemu rozłożeniu poszczególnych elementów infrastruktury fizycznej można bowiem zminimalizować liczbę punktów o podwyższonej temperaturze oraz właściwie przystosować miejsca, gdzie pogorszenie warunków chłodzenia wynika z czynników zewnętrznych, np. padającego światła słonecznego z pobliskiego okna.

Błędy wpływające negatywnie na zasilanie i wydajność chłodzenia serwerowni.

Głównym elementem składowym wydatków ponoszonych na funkcjonowanie centrum przetwarzania danych są koszty energii elektrycznej. Konieczne jest więc zaprojektowanie jak najbardziej efektywnej konfiguracji urządzeń systemu teleinformatycznego oraz infrastruktury fizycznej. Staranne i przemyślane podejście do etapu projektowania ma znaczący wpływ na uzyskiwany poziom efektywności chłodzenia serwerowni. W celu wyznaczenia wymagań dla układu chłodzenia konieczne jest ustalenie całkowitej wielkości mocy elektrycznej urządzeń zainstalowanych (systemy teleinformatyczne, systemy zasilania, oświetlenie itp.) w pomieszczeniu serwerowni, z którego będzie potrzeba odprowadzania ciepła. Aby nie popełnić błędów podczas modernizacji serwerowni, warto również przeprowadzić analizę termiczną obiektu, tzn. określić punkty o potencjalnie podwyższonej temperaturze, np. wynikającej z czynników zewnętrznych (słońca). W wyniku tej analizy, należy zaplanować takie rozmieszczenie urządzeń, aby zapewnić uzyskanie optymalnych warunków chłodzenia. W projekcie infrastruktury fizycznej powinno się uwzględnić zarówno strukturę rozmieszczenia szaf, jak i sprzętu IT w samych szafach. W związku z nowymi zadaniami stawianymi systemom teleinformatycznym częstym zmianom ulegają wymagania dotyczące zasilania, nadmiarowości oraz czasu działania. Pociągają one za sobą zwykle zwiększenie poboru mocy i związany z tym wzrost zapotrzebowania na układy chłodzenia.

Niezawodność.

Jak rozplanować data center

Zużycie prądu CPD

Innym ważnym kryterium, jakie należy brać pod uwagę w trakcie projektowania, aby uniknąć problemów na późniejszym etapie jest niezawodność, która określa prawdopodobieństwo wystąpienia awarii w założonym przedziale czasu. By zredukować ryzyko awarii, już na etapie projektu systemu teleinformatycznego powinno się uwzględnić sposób integracji systemu IT z infrastrukturą fizyczną oraz sposób jej eksploatacji i zarządzania. Potencjalne awarie poszczególnych elementów mogą powodować przestoje, lecz nie muszą, gdyż jest to uzależnione od zastosowanego w systemie poziomu nadmiarowości. Bez względu na moment wystąpienia awarii ważne jest, aby czas naprawy był jak najkrótszy, co wymaga, żeby części zamienne (elementy) były łatwo dostępne, a sam proces naprawy był mało skomplikowany.

Definiowanie zbędnych celów i zadań podnosi poziom komplikacji infrastruktury i może przeszkodzić w udanej budowie centrum danych. Wysoka złożoność wiąże się często z wdrażaniem dodatkowego sprzętu i komponentów, co oznacza zwiększenie ryzyka występowania potencjalnych usterek i awarii oraz wyższe koszty eksploatacji i utrzymania. Szacując niezawodność infrastruktury fizycznej, nie można więc również ignorować czynnika ludzkiego, gdyż jak wskazuje praktyka jest on przyczyną ok. 60% awarii. Bardziej skomplikowane systemy generują poważniejsze ryzyko operacyjne, ponieważ – jak wcześniej wspomniano – większość awarii w centrach danych jest wywołana błędem człowieka. Dość częstą przyczyną występowania pomyłek jest brak wykorzystywania standardów w projektowaniu oraz procedur dla procesów utrzymaniowych. Brak standaryzacji prowadzi do większej indywidualizacji wymagań w zakresie obsługi technicznej, co ma niekorzystny wpływ na niezawodność, ponieważ do sprawnego utrzymywania i obsługi centrum danych konieczne jest stworzenie wielu specyficznych procedur oraz spełnienie wymogu posiadania przez pracowników specjalistycznych kwalifikacji i doświadczeń w zakresie obsługi wielu różnych typów urządzeń. Jasne i jednorodne struktury pomagają zredukować błędy oraz pomyłki w trakcie eksploatacji oraz rozbudowy. Dlatego ważne jest stosowanie intuicyjnych systemów zarządzania oraz przejrzyste rozplanowanie szaf w pomieszczeniu. Zwiększenie niezawodności można uzyskać wykorzystując systemy zintegrowanego zarządzania infrastrukturę, co wpływa na redukcję błędów obsługi (wspomaga zarządzanie) oraz skrócenie potencjalnych przestojów.

Jak rozplanować data center

Przykładowy diagram poszczególnych etapów w projektowaniu infrastruktury systemu teleinformatycznego.

Jak unikać błędów

Aby uniknąć błędów oraz problemów na późniejszym etapie, należy opracowując projekt fizycznej infrastruktury sieciowej uwzględnić szereg czynników, z których najważniejsze to czas oraz koszty wdrożenia, zdolność adaptacji do zmieniającego się systemu IT oraz niezawodność i szybkość usuwania awarii.

Starannie przeprowadzony proces planowania, w którym uwzględniono wyżej wymienione aspekty, pozwoli na zbudowanie infrastruktury serwerowni, która zaspokoi zarówno obecne, jak i przyszłe potrzeby związane z wydajnością pracy i zadaniami biznesowymi. Warto więc już na początkowym etapie planowania Centrum Przetwarzania Danych skorzystać z pomocy doświadczonego eksperta lub firmy doradczej. Jednym ze sposobów zmniejszenia ryzyka błędów jest standaryzacja elementów infrastruktury fizycznej, która zapewnia adaptacyjność oraz zmniejsza koszty projektowania i wdrożenia fizycznej infrastruktury teleinformatycznej. Analiza wskaźnika całkowitego kosztu posiadania TCO infrastruktury fizycznej w trakcie założonego cyklu eksploatacji stanowi najlepszą pomoc przy podejmowaniu decyzji dotyczących takich kwestii, jak wybór rozwiązań (z wyjątkiem sytuacji, w której różnice wyboru ograniczają się do różnic w cenach albo czasu realizacji – Lead Time) czy konfiguracji systemów (np. z nadmiarowymi elementami lub bez nich).

Jak rozplanować data center

Koszty braku dostępności systemu

teleinformatycznego w ciągu 1 h

Taka analiza ułatwi też ocenę alternatywnych strategii utrzymania ruchu (wybór i planowanie warunków konserwacji, szybkości naprawy, dostępności części zamiennych itd.), ustalenie częstotliwości wymiany poszczególnych elementów oraz podejmowanie decyzji o naprawie tych elementów lub ich wymianie, nie wspominając o rekonfiguracji/zakończeniu eksploatacji systemu.

Aby doprowadzić do redukcji kosztów funkcjonowania systemu teleinformatycznego, konieczna jest optymalizacja wielkości poszczególnych systemów już na etapie projektowania. Sposobem optymalizacji (zmniejszenia) początkowych nakładów inwestycyjnych jest dopasowanie do aktualnych potrzeb, co można uzyskać na przykład poprzez zastosowanie skalowalnych rozwiązań modułowych.


TOP 200