Tổng quan về Trung tâm dữ liệu (Data Center)
1. Định
nghĩa:
Trung tâm dữ liệu (thường được gọi là datacenter) là một
không gian riêng để chứa các hệ thống máy tính (máy chủ) và các thành phần liên
quan như hệ thống viễn thông, hệ thống lưu trữ, …. Nó thường bao gồm các thành
phần dự phòng (redundant) hoặc hạ tầng dự phòng để cung cấp điện, kết nối trao
dữ liệu, kiểm soát môi trường (như hệ thống điều hòa, hệ thống chữa cháy) và
nhiều thiết bị an ninh khác nhau. Một trung tâm dữ liệu lớn ở quy mô công nghiệp
có thể tiêu thụ một lượng điện tương đương với một thị trấn nhỏ.
2. Lịch sử phát triển:
Các trung tâm
dữ liệu bắt nguồn từ các phòng máy tính khổng lồ của thập niên 1940, được tiêu
biểu bởi ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer), một trong những ví dụ sớm nhất của một trung tâm dữ liệu.
Các hệ thống máy tính ban đầu, phức tạp để vận hành và bảo trì, đòi hỏi một môi
trường đặc biệt để vận hành. Nhiều dây cáp là cần thiết để kết nối tất cả các
thành phần, và các phương pháp để chứa và sắp xếp chúng được phát minh như giá
đỡ tiêu chuẩn để lắp thiết bị, sàn nâng và khay cáp (được lắp đặt trên cao hoặc
dưới sàn nâng). Một máy tính lớn duy nhất cần rất nhiều năng lượng và phải được
làm mát để tránh tình trạng quá nóng. An ninh trở nên quan trọng - máy tính đắt
tiền và thường được sử dụng cho mục đích quân sự. Do đó, các hướng dẫn thiết kế
cơ bản để kiểm soát truy cập vào phòng máy tính đã được đưa ra.
Bốn panel ENIAC và một trong 3 bàn chức năng, tại University of Pennsylvania
Trong thời kỳ
bùng nổ của ngành công nghiệp máy vi tính và đặc biệt là trong những năm 1980,
người dùng bắt đầu triển khai máy tính ở khắp mọi nơi, trong nhiều trường hợp
mà ít quan tâm đến các yêu cầu vận hành. Tuy nhiên, khi các hoạt động công nghệ
thông tin (CNTT) bắt đầu phát triển phức tạp, các tổ chức đã nhận thức được sự
cần thiết phải kiểm soát tài nguyên CNTT. Sự ra đời của Unix từ đầu những năm
1970 đã dẫn đến sự phổ biến tiếp theo của các hệ điều hành PC tương thích miễn
phí có sẵn trong những năm 1990. Chúng được gọi là "máy chủ", vì các
hệ điều hành chia sẻ thời gian như Unix phụ thuộc rất nhiều vào mô hình máy chủ-máy
trạm để tạo điều kiện chia sẻ tài nguyên duy nhất giữa nhiều người dùng. Sự sẵn
có của các thiết bị mạng rẻ tiền, cùng với các tiêu chuẩn mới cho hệ thống cáp
có cấu trúc mạng, cho phép sử dụng một thiết kế phân cấp đặt các máy chủ trong
một phòng cụ thể trong công ty. Việc sử dụng thuật ngữ "data center",
như được áp dụng cho các phòng máy tính được thiết kế đặc biệt, bắt đầu được
công nhận phổ biến về thời gian này.
Sự bùng nổ của
các trung tâm dữ liệu từ năm 1997 đến năm 2000 (còn gọi là dot-com bubble). Các công ty cần kết nối Internet nhanh và hoạt động không ngừng để triển
khai các hệ thống và để thiết lập sự hiện diện trên Internet. Lắp đặt thiết bị như vậy là không khả thi đối với nhiều công ty nhỏ
hơn. Nhiều công ty bắt đầu xây dựng các cơ sở rất lớn, được
gọi là trung tâm dữ liệu Internet (IDCs – Internet Data Centers), cung cấp cho
khách hàng thương mại một loạt các giải pháp để triển khai và vận hành hệ thống.
Các công nghệ và thực tiễn mới được thiết kế để xử lý quy mô và
các yêu cầu hoạt động của các hoạt động quy mô lớn như vậy. Những thực tiễn này cuối cùng đã dịch chuyển về phía các trung tâm dữ
liệu tư nhân, và được chấp nhận phần lớn là do kết quả thực tế của chúng.
Các trung tâm dữ liệu cho điện toán đám mây được gọi là trung
tâm dữ liệu đám mây (CDCs – Cloud Data Centers). Nhưng
ngày nay, việc phân chia các thuật ngữ này gần như đã biến mất và chúng đang được
tích hợp vào thuật ngữ "Data Center".
Với sự gia
tăng của điện toán đám mây, các tổ chức kinh doanh và chính phủ nghiên cứu kỹ
lưỡng các trung tâm dữ liệu ở mức độ cao hơn trong các lĩnh vực như bảo mật,
tính sẵn có, tác động môi trường và tuân thủ các tiêu chuẩn. Các tài liệu tiêu chuẩn từ các nhóm chuyên nghiệp được công nhận, như
Hiệp hội Công nghiệp Viễn thông, chỉ định các yêu cầu cho thiết kế trung tâm dữ
liệu. Các số liệu hoạt động nổi tiếng về tính khả dụng của
trung tâm dữ liệu có thể phục vụ để đánh giá tác động thương mại của sự gián đoạn.
Phát triển tiếp tục trong thực tế hoạt động, và cũng trong thiết
kế trung tâm dữ liệu thân thiện với môi trường. Các trung
tâm dữ liệu thường tốn rất nhiều chi phí để xây dựng và bảo trì.
3.
Các thành phần thiết yếu của một trung tâm dữ liệu
hiện đại
Hiện đại hóa
và chuyển đổi trung tâm dữ liệu giúp tăng cường hiệu suất và hiệu quả năng lượng.
Hoạt động CNTT
là một khía cạnh quan trọng của hầu hết các hoạt động tổ chức trên toàn thế giới.
Một trong những mối quan tâm chính là kinh doanh liên tục;
các công ty dựa vào hệ thống thông tin của họ để điều hành hoạt
động của họ. Nếu một hệ thống không khả dụng, hoạt động của
công ty có thể bị suy yếu hoặc dừng hoàn toàn. Cần phải
cung cấp một cơ sở hạ tầng đáng tin cậy cho các hoạt động CNTT, để giảm thiểu bất
kỳ cơ hội gián đoạn nào. Bảo mật thông tin cũng là một mối
quan tâm và vì lý do này, một trung tâm dữ liệu phải cung cấp một môi trường an
toàn nhằm giảm thiểu khả năng vi phạm an ninh. Do đó, một
trung tâm dữ liệu phải giữ các tiêu chuẩn cao để đảm bảo tính toàn vẹn và chức
năng của môi trường máy tính được lưu trữ. Điều này được
thực hiện thông qua dự phòng hệ thống điện và làm mát cơ học (bao gồm cả máy
phát điện dự phòng khẩn cấp) phục vụ trung tâm dữ liệu cùng với cáp quang.
Tiêu chuẩn cơ
sở hạ tầng viễn thông của Hiệp hội viễn thông (The
Telecommunications Industry
Association)
cho các trung tâm dữ liệu (TIA-942) quy định các yêu cầu tối thiểu đối
với cơ sở hạ tầng viễn thông của trung tâm dữ liệu và phòng máy tính bao gồm
trung tâm dữ liệu doanh nghiệp thuê một bên và trung tâm dữ liệu lưu trữ
Internet nhiều bên thuê. Cấu trúc liên kết được đề xuất
trong tài liệu này nhằm áp dụng cho bất kỳ trung tâm dữ liệu kích thước nào.
Telcordia
GR-3160, NEBS Requirements for Telecommunications Data Center
Equipment and Spaces, cung cấp hướng dẫn cho
không gian trung tâm dữ liệu trong mạng viễn thông và yêu cầu môi trường đối với
thiết bị dự định lắp đặt trong các không gian đó. Những
tiêu chí này được phát triển bởi Telcordia và đại diện của ngành. Chúng có thể được áp dụng cho thiết bị xử lý dữ liệu nhà ở không gian
trung tâm dữ liệu hoặc thiết bị Công nghệ thông tin (CNTT). Thiết bị có thể được sử dụng để:
-
Vận hành và
quản lý mạng viễn thông.
-
Cung cấp các
ứng dụng dựa trên trung tâm dữ liệu trực tiếp cho khách hàng của người chăm sóc.
-
Cung cấp các
ứng dụng được lưu trữ cho bên thứ ba để cung cấp dịch vụ cho khách hàng của họ.
-
Cung cấp sự
kết hợp giữa những ứng dụng này và các ứng dụng trung tâm dữ liệu tương tự.
Hoạt động
trung tâm dữ liệu hiệu quả đòi hỏi một sự đầu tư cân bằng trong cả cơ sở và thiết
bị. Bước đầu tiên là thiết lập môi trường cơ sở phù hợp
cho việc lắp đặt thiết bị. Tiêu chuẩn hóa và modun hóa có
thể mang lại sự tiết kiệm và hiệu quả trong việc thiết kế và xây dựng các trung
tâm dữ liệu viễn thông, cả hiện tại và sau này.
Các tổ chức
đang trải qua sự phát triển CNTT nhanh chóng nhưng các trung tâm dữ liệu của họ
đang “già đi”. Công ty nghiên cứu công nghiệp International
Data Corporation (IDC) đặt tuổi trung bình của một trung tâm dữ liệu là chín tuổi.
Gartner, một công ty nghiên cứu khác, cho biết các trung tâm dữ liệu cũ hơn bảy
năm đã lỗi thời. Sự tăng trưởng về dữ liệu (163 zettabyte vào năm 2025) là một
yếu tố thúc đẩy nhu cầu về các trung tâm dữ liệu để hiện đại hóa.
Vào tháng 5
năm 2011, tổ chức nghiên cứu trung tâm dữ liệu Uptime Institute đã báo cáo rằng
36% các công ty lớn mà họ khảo sát dự kiến sẽ cạn kiệt năng lực CNTT trong vòng
18 tháng tới.
Chuyển đổi trung tâm dữ liệu thực hiện
một cách tiếp cận từng bước thông qua các dự án tích hợp được thực hiện theo thời
gian. Điều này khác với một phương pháp nâng cấp trung
tâm dữ liệu truyền thống có cách tiếp cận nối tiếp và im lặng. Các
dự án điển hình trong một sáng kiến chuyển đổi trung tâm dữ liệu bao gồm tiêu chuẩn hóa/hợp nhất, ảo hóa, tự động
hóa và bảo mật.
-
Tiêu chuẩn hóa/hợp nhất: Giảm số lượng
trung tâm dữ liệu và tránh sự mở rộng của máy chủ (cả vật lý và ảo) thường bao
gồm thay thế thiết bị trung tâm dữ liệu cũ, và được hỗ trợ bởi tiêu chuẩn hóa.
-
Ảo hóa: Các công nghệ ảo hóa CNTT giúp
giảm chi phí vốn và hoạt động, và giảm mức tiêu thụ năng lượng. Các công nghệ ảo
hóa cũng được sử dụng để tạo các máy tính để bàn ảo, sau đó có thể được lưu trữ
trong các trung tâm dữ liệu và được thuê trên cơ sở đăng ký. Ngân hàng đầu tư Lazard Capital Markets ước
tính trong năm 2008 rằng 48% hoạt động của doanh nghiệp sẽ được ảo hóa vào năm
2012. Gartner xem ảo hóa như một chất xúc tác cho hiện đại hóa.
-
Tự động hóa: Tự động hóa các nhiệm vụ
như cung cấp, cấu hình, vá lỗi, quản lý phát hành và tuân thủ là cần thiết, và cần
các nhân viên CNTT có tay nghề thấp hơn.
-
Bảo mật: Bảo vệ hệ thống ảo được tích hợp
với bảo mật cơ sở hạ tầng vật lý hiện có.
a.
Marchine Room:
Thuật ngữ "Phòng máy" đôi khi được
sử dụng để chỉ phòng lớn trong Trung tâm dữ liệu nơi đặt Bộ xử lý trung tâm;
điều này có thể tách biệt với nơi đặt máy in tốc độ cao. Điều hòa là quan trọng nhất trong phòng máy. Ngoài điều hòa không khí,
phải có thiết bị giám sát.
Một hướng dẫn tiêu chuẩn sàn nâng có tên
GR-2930 được phát triển bởi Telcordia Technologies, một công ty con của
Ericsson.
Mặc dù sàn nâng đầu tiên cho phòng máy tính được
IBM đưa ra vào năm 1956 và chúng đã "xuất hiện từ những năm 1960", những
năm 1970 nó khiến các trung tâm máy tính trở nên phổ biến hơn. Nhờ đó cho phép
không khí mát mẻ lưu hành hiệu quả hơn trong Data Center.
Mục đích đầu tiên của sàn nâng là cho phép truy cập
hệ thống dây điện.
c.
Lights out:
Trung tâm dữ liệu "light-out", còn được gọi là trung tâm dữ liệu
tối, là một trung tâm dữ liệu, mà lý tưởng nhất, đã loại bỏ nhu cầu truy cập trực
tiếp của nhân viên, trừ trường hợp đặc biệt. Do không cần nhân viên vào trung
tâm dữ liệu, nó có thể được vận hành mà không cần ánh sáng. Tất cả các thiết bị
được truy cập và quản lý bởi các hệ thống từ xa, với các chương trình tự động
hóa được sử dụng để thực hiện các hoạt động không giám sát. Ngoài việc tiết kiệm
năng lượng, giảm chi phí nhân sự và và có thể đặt ở vị trí xa khu dân cư, việc
triển khai một trung tâm dữ liệu “light-out” giúp giảm nguy cơ tấn công có chủ
ý vào cơ sở hạ tầng.
4.
Phân loại trung tâm dữ liệu:
Hai tổ chức tại
Hoa Kỳ công bố tiêu chuẩn trung tâm dữ liệu là Telecommunications Industry
Association (TIA) và The Uptime Institute.
Tiêu chuẩn
TIA-942 của Hiệp hội Công nghiệp Viễn thông cho các trung tâm dữ liệu, được xuất
bản năm 2005 và được cập nhật bốn lần kể từ đó, xác định bốn cấp cơ sở hạ tầng.
Cấp 1 - về
cơ bản là một phòng máy chủ, theo các hướng dẫn cơ bản
Cấp độ 4 -
được thiết kế để lưu trữ các hệ thống máy tính quan trọng nhất, với các hệ thống
con dự phòng đầy đủ, khả năng hoạt động liên tục trong một khoảng thời gian
không xác định trong thời gian mất điện chính.
The Uptime Institute - Tiêu chuẩn các cấp
trung tâm dữ liệu
Bốn tầng được xác định bởi The
Uptime Institute:
Cấp I: thiếu
thiết bị CNTT dự phòng, với tính khả dụng 99,671%, thời gian ngừng hoạt động
hàng năm là 1729 phút
Cấp II:
thêm cơ sở hạ tầng dự phòng - khả dụng 99,741% (1361 phút)
Cấp III:
thêm nhiều đường dẫn dữ liệu, thiết bị phải có bản sao (duplicate) và tất cả
các thiết bị CNTT phải được cấp nguồn kép (99.982%, 95 phút)
Cấp IV: tất
cả các thiết bị làm mát được cung cấp năng lượng kép độc lập; thêm khả năng chịu lỗi (99,995%, 26 phút)
(Trích wiki)
