Rechenzentrum

Arsat Rechenzentrum (2014)

A Rechenzentrum (amerikanisches Englisch)[1] oder Datenzentrum (Britisches Englisch)[2][Anmerkung 1] ist ein Gebäude, ein engagierter Raum innerhalb eines Gebäudes oder einer Gruppe von Gebäuden[3] Früher zum Haus Computersysteme und zugehörige Komponenten, wie z. Telekommunikation und Speichersysteme.[4][5]

Seit IT -Operationen sind entscheidend für Geschäftskontinuität, es schließt es im Allgemeinen ein überflüssig oder Sicherungskomponenten und Infrastruktur für Energieversorgung, Datenkommunikationsverbindungen, Umweltkontrollen (z. B.,, Klimaanlage, Brandunterdrückung) und verschiedene Sicherheitsgeräte. Ein großes Rechenzentrum ist ein Betriebsbetrieb im industriellen Maßstab, der so viel Strom wie eine kleine Stadt verwendet.[6]

Geschichte

NASA Mission Control Computer Room c. 1962

Rechenzentren haben ihre Wurzeln in den riesigen Computerräumen der 1940er Jahre Eniac, eines der frühesten Beispiele eines Rechenzentrums.[7][Anmerkung 2] Frühe Computersysteme, komplex für den Betrieb und Wartung, erforderte eine spezielle Umgebung, in der er betrieben werden kann. Viele Kabel waren notwendig, um alle Komponenten zu verbinden, und Methoden, um diese zu berücksichtigen und zu organisieren, wurden wie Standard entwickelt Racks Ausrüstung, Geräte, Erhöhte Böden, und Kabelschalen (Overhead oder unter dem erhöhten Boden installiert). Ein einzelnes Mainframe erforderte viel Macht und musste abgekühlt werden, um eine Überhitzung zu vermeiden. Die Sicherheit wurde wichtig - Computer waren teuer und wurden oft für verwendet Militär- Zwecke.[7][Notiz 3] Es wurden daher grundlegende Design-Guidelines zur Kontrolle des Zugangs zum Computerraum entwickelt.

Während des Booms der Mikrocomputer -Industrie und insbesondere in den 1980er Jahren begannen die Benutzer, überall Computer bereitzustellen, in vielen Fällen ohne oder gar nicht um Betriebsanforderungen. Allerdings da IT -Operationen für Informationstechnologie (IT) Die Organisationen wurden in Komplexität wachsen und sich der Notwendigkeit bewusst, IT -Ressourcen zu kontrollieren. Die Verfügbarkeit von kostengünstigem Networking Ausrüstung, verbunden mit neuen Standards für das Netzwerk Strukturierte Verkabelung, machte es möglich, ein hierarchisches Design zu verwenden, das die Server in einen bestimmten Raum innerhalb des Unternehmens versetzt. Die Verwendung des Begriffs "Rechenzentrum", der auf speziell entwickelte Computerräume angewendet wurde, begann in dieser Zeit eine beliebte Anerkennung zu erhalten.[7][Anmerkung 4]

Der Boom der Rechenzentren kam während der dot-com Blase von 1997–2000.[8][Anmerkung 5] Firmen schnell benötigt Internet Konnektivität und Non-Stop-Betrieb zur Bereitstellung von Systemen und zur Festlegung einer Präsenz im Internet. Die Installation solcher Geräte war für viele kleinere Unternehmen nicht rentabel. Viele Unternehmen begannen, sehr große Einrichtungen zu bauen, genannt Internet -Rechenzentren (IDCS),[9] Dies bietet verbesserte Fähigkeiten wie Crossover -Backup: "Wenn eine Bell -Atlantiklinie geschnitten wird, können wir sie auf ... um ... die Zeit des Ausfalls zu minimieren."[9]

Der Begriff Cloud -Rechenzentren (CDCS) wurde verwendet.[10] Zentren kosten in der Regel viel, um zu bauen und zu warten.[8][Anmerkung 6] Zunehmend ist die Aufteilung dieser Begriffe fast verschwunden und sie werden in den Begriff "Rechenzentrum" integriert.[11]

Anforderungen für moderne Rechenzentren

Racks mit Telekommunikationsgeräten in einem Rechenzentrum

Modernisierungs- und Rechenzentrumstransformation verbessert die Leistung und verbessert Energieeffizienz.[12]

Die Informationssicherheit ist ebenfalls ein Problem, und aus diesem Grund muss ein Rechenzentrum eine sichere Umgebung anbieten, die die Wahrscheinlichkeit einer Sicherheitsverletzung minimiert. Ein Rechenzentrum muss daher hohe Standards behalten, um die Integrität und Funktionalität seiner gehosteten Computerumgebung zu sichern.

Branchenforschungsunternehmen Internationale Data Corporation (IDC) stellt das Durchschnittsalter eines Rechenzentrums mit neun Jahren ein.[12] GärtnerEin weiteres Forschungsunternehmen sagt, dass Rechenzentren älter als sieben Jahre veraltet sind.[13] Das Wachstum der Daten (163 Zettabyte bis 2025[14]) ist ein Faktor, der die Modernisierung von Rechenzentren vorantreibt.

Konzentrieren Sie sich auf Modernisierung ist nicht neu: Die Besorgnis über veraltete Geräte wurde 2007 abgelehnt.[15] und im Jahr 2011 UPtime Institute war besorgt über das Alter der darin enthaltenen Ausrüstung.[Anmerkung 7] Bis 2018 hatte sich die Besorgnis erneut auf das Alter des Personals verschoben: "Das Personal des Rechenzentrums älter wird schneller als die Ausrüstung."[16]

Besprechungsstandards für Rechenzentren

Das Telekommunikationsbranchenverband's Telekommunikationsinfrastrukturstandard für Rechenzentren[17] Gibt die Mindestanforderungen für die Telekommunikationsinfrastruktur von Rechenzentren und Computerräumen an, einschließlich Zentren für die Temperaturunternehmen und Datenzentren im Internet-Hosting. Die in diesem Dokument vorgeschlagene Topologie soll für alle Rechenzentrumsgrößen anwendbar sein.[18]

Telcordia GR-3160, NEBS -Anforderungen für Geräte und Räume von Telekommunikationsdatenzentrum,[19] Bietet Richtlinien für Rechenzentrumräume in Telekommunikationsnetzwerken und Umgebungsanforderungen für die für die Installation in diesen Räumen vorgesehenen Geräten. Diese Kriterien wurden gemeinsam von Telkordien und Vertretern der Industrie entwickelt. Sie können auf die Datenverarbeitung oder Informationstechnologie (IT) der Rechenzentrumsräume angewendet werden. Die Ausrüstung kann verwendet werden, um:

  • Betreiben und verwalten Sie das Telekommunikationsnetzwerk eines Fluggesellschaften
  • Stellen Sie die basierten Anwendungen der Rechenzentrums direkt an die Kunden des Fluggesellers zur Verfügung
  • Stellen Sie gehostete Bewerbungen für Dritte zur Verfügung, um seinen Kunden Dienstleistungen zur Verfügung zu stellen
  • Stellen Sie eine Kombination dieser und ähnlichen Rechenzentrumsanwendungen an

Transformation des Rechenzentrums

Die Transformation des Rechenzentrums verläuft einen Schritt-für-Schritt-Ansatz durch integrierte Projekte, die im Laufe der Zeit durchgeführt wurden. Dies unterscheidet sich von einer herkömmlichen Methode von Upgrades für Rechenzentren, die einen seriellen und silben Ansatz verfolgt.[20] Die typischen Projekte innerhalb einer Initiative zur Transformation von Rechenzentren umfassen Standardisierung/Konsolidierung, Virtualisierung, Automatisierung und Sicherheit.

  • Standardisierung/Konsolidierung: Reduzierung der Anzahl der Rechenzentren[21][22] und vermeiden Server Ausbreitung[23] (sowohl physisch als auch virtuell)[24] Beinhaltet oft das Ersetzen des alternden Rechenzentrumsgeräte,[25] und wird durch Standardisierung unterstützt.[26]
  • Virtualisierung: Senkt die Kapital- und Betriebskosten,[27] reduziert den Energieverbrauch.[28] Virtualisierte Desktops können in Rechenzentren gehostet und auf Abonnement gemietet werden.[29] Die Investmentbank Lazard Capital Markets wurde 2008 geschätzt, dass 48 Prozent der Unternehmensgeschäfte bis 2012 virtualisiert werden werden. Gartner betrachtet die Virtualisierung als Katalysator für die Modernisierung.[30]
  • Automatisieren: Automatisieren von Aufgaben wie z. Bereitstellung, Aufbau, Patching, Release Management und Compliance sind erforderlich, nicht nur, wenn weniger qualifizierte IT -Mitarbeiter konfrontiert sind.[26]
  • Sicherung: Der Schutz virtueller Systeme ist in die bestehende Sicherheit physikalischer Infrastrukturen integriert.[31]

Maschinenraum

Der Begriff "Maschinenraum" wird zeitweise verwendet, um den großen Raum innerhalb eines Rechenzentrums zu verweisen, in dem sich die tatsächliche zentrale Verarbeitungseinheit befindet. Dies kann von der Stelle getrennt sein, wo sich Hochgeschwindigkeitsdrucker befinden. Die Klimaanlage ist im Maschinenraum am wichtigsten.[32][33][34]

Abgesehen von der Klimaanlage muss es eine Überwachungsausrüstung geben, von der eine Art von Wasser vor den Situationen auf Hochwasserebene erfasst wird.[35] Ein Unternehmen seit mehreren Jahrzehnten,[36] hat einen Anteil an Mind gehabt: Wasseralarm.[37] Das Unternehmen hat ab 2018 zwei konkurrierende Hersteller (Invetex, Hydro-Temp) und drei konkurrierende Händler (Longden, Northeast Flooring,[Anmerkung 8] Slayton[Anmerkung 9]).

Erhöhter Boden

Perforierte Kühlbodenfliesen.
Hauptartikel: Erhöhter Boden

Ein erhöhter Floor Standards Guide mit dem Namen GR-2930 wurde von entwickelt von Telcordia Technologieseine Tochtergesellschaft von Ericsson.[38]

Obwohl der erste Erhöhter Boden Computerzimmer wurde von gemacht von IBM im Jahr 1956,[39] Und sie sind "seit den 1960er Jahren da",[40] Es waren die 1970er Jahre, die es für Computerzentren häufiger machten, kühle Luft effizienter zu zirkulieren.[41][42]

Der erste Zweck des erhöhten Bodens bestand darin, den Zugang zur Verkabelung zu ermöglichen.[39]

Lichter aus

Das "Lichtausfall"[43] Das Rechenzentrum, auch als dunkler oder dunkles Rechenzentrum bezeichnet, ist ein Rechenzentrum, das im Idealfall die Notwendigkeit eines direkten Zugangs durch Personal, außer unter außergewöhnlichen Umständen, so gut wie beseitigt hat. Aufgrund des mangelnden Bedarfs an Mitarbeitern, um in das Rechenzentrum einzutreten, kann es ohne Beleuchtung betrieben werden. Alle Geräte werden von Remote -Systemen zugegriffen und verwaltet, wobei Automatisierungsprogramme zur Durchführung von unbeaufsichtigten Vorgängen verwendet werden. Zusätzlich zu den Energieeinsparungen, die Reduzierung der Personalkosten und die Fähigkeit, den Standort weiter von Bevölkerungszentren zu lokalisieren, verringert die Implementierung eines Rechenzentrums für das Lichtausfall die Gefahr von böswilligen Angriffen auf die Infrastruktur.[44][45]

Data Center Levels und Ebenen

Die beiden Organisationen in den Vereinigten Staaten, die Rechenzentrumsstandards veröffentlichen Telekommunikationsbranchenverband (Tia) und die UPtime Institute.

Internationale Standards EN50600 und ISO22237 Informationstechnologie - Rechenzentrumseinrichtungen und Infrastrukturen

  • Einzelpfadlösung der Klasse 1
  • Einzelpfad Klasse 2 mit Redundanzlösung
  • Klasse 3 mehrere Pfade, die eine gleichzeitige Reparatur-/Betriebslösung bieten
  • Klasse 4 mehrere Pfade, die eine fehlertolerante Lösung bieten (außer während der Wartung)

Telekommunikationsbranchenverband

Hauptartikel: TIA-942

Das Telekommunikationsbranchenverband's TIA-942 Standard für Rechenzentren, das 2005 veröffentlicht und seitdem viermal aktualisiert wurde, definierte vier Infrastrukturniveaus.[46]

  • Stufe 1 - Grundsätzlich a Serverraum, folgende grundlegende Richtlinien
  • Stufe 4 - entwickelt, um die geschäftskritischsten Computersysteme mit vollständig redundanten Subsystemen zu beherbergen, und die Fähigkeit, während der Primärstromausfälle kontinuierlich für einen unbestimmten Zeitraum zu arbeiten.

Uptime Institute - Standard -Klassifizierungsstandard für Rechenzentrum

Vier Ebenen werden durch die definiert UPtime Institute Standard:

  • Tier I - Grundkapazität und muss ein UPS enthalten (ununterbrochene Stromquelle)
  • Tier II - redundante Kapazität und fügt redundante Leistung und Kühlung hinzu
  • Tier III - Gleichzeitig wartbar und stellt sicher, dass eine Komponente aus dem Betrieb genommen werden kann, ohne die Produktion zu beeinflussen
  • Stufe IV - Fehlertolerant, die die Produktionskapazität von jeglicher Art von Versagen isoliert werden kann.

Eine fünfte Stufe war Warenzeichened von Schalter (Unternehmen), die diese Stufe verwendet haben, um die Zitadelle, das größte Rechenzentrum der Welt, zu definieren. [47][48]

Rechenzentrumsdesign

Das Feld von Rechenzentrumsdesign wächst seit Jahrzehnten in verschiedenen Richtungen, einschließlich der großen und kleinen Neubauten sowie der kreativen Wiederverwendung bestehender Einrichtungen wie verlassenen Einzelhandelsflächen, alten Salzminen und Bunkern aus Kriegszeiten.

  • Ein 65-stöckiges Rechenzentrum wurde bereits vorgeschlagen[49]
  • Die Zahl der Rechenzentren im Jahr 2016 war über 3 Millionen in den USA und mehr als verdreifacht diese Zahl weltweit mehr als verdreifacht[8]

Lokale Bauvorschriften können die minimalen Deckenhöhen und andere Parameter regeln. Einige der Überlegungen zur Gestaltung von Rechenzentren sind:

Ein typischer Serverregal, der häufig in gesehen wird Colocation
  • Größe - Ein Raum eines Gebäudes, ein oder mehrere Böden oder ein ganzes Gebäude,
  • Kapazität - kann bis oder nach 1.000 Servern halten[50]
  • Weitere Überlegungen - Platz, Strom, Kühlung und Kosten im Rechenzentrum.[51]
  • Infrastruktur für Maschinenbau - Heizung, Belüftung und Klimaanlage (Klimaanlage (HVAC); Befeuchtungs- und Entfeuchtungsausrüstung; Druckaufnahme.[52]
  • Elektrotechnik Infrastrukturdesign - Dienstplanung für Versorgungsdienstleistung; Verteilung, Umschalten und Bypass von Stromquellen; ununterbrochene Stromquellen -Systeme (UPS); und mehr.[52][53]
Crac Air Griff

Entwurfskriterien und Kompromisse

  • Verfügbarkeitserwartungen: Die Kosten für die Vermeidung von Ausfallzeiten sollten die Kosten für die Ausfallzeit selbst nicht überschreiten[54]
  • Seitenwahl: Standortfaktoren umfassen die Nähe zu Stromnetze, Telekommunikationsinfrastruktur, Netzwerkdiensten, Transportlinien und Rettungsdiensten. Andere Überlegungen sollten Flugwege, Nachbarnstromabläufe, geologische Risiken und Klima (im Zusammenhang mit Kühlkosten) umfassen.[55]
    • Oft ist die Stromverfügbarkeit am schwierigsten zu ändern.

Hohe Verfügbarkeit

Hauptartikel: Hohe Verfügbarkeit

Es gibt verschiedene Metriken, um die Datenverfügbarkeit zu messen, die sich aus der Verfügbarkeit von Datenzentralen über 95% der Verfügbarkeit hinaus resultiert, wobei die Spitze der Skala zählt, wie viele "Neunen" nach "99%" platziert werden können.[56]

Modularität und Flexibilität

Hauptartikel: Modulares Rechenzentrum

Modularität und Flexibilität sind Schlüsselelemente, um ein Rechenzentrum zu wachsen und sich im Laufe der Zeit zu ändern. Rechenzentrumsmodule sind vorgefertigte, standardisierte Bausteine, die bei Bedarf leicht konfiguriert und bewegt werden können.[57]

Ein modulares Rechenzentrum kann aus Rechenzentrumsgeräten bestehen, die in Versandcontainern oder ähnlichen tragbaren Containern enthalten sind.[58] Komponenten des Rechenzentrums können vorgefertigt und standardisiert werden, was bei Bedarf das Bewegen erleichtert.[59]

Umweltkontrolle

Temperatur[Anmerkung 10] und Luftfeuchtigkeit werden über:


Es ist wichtig, dass Computer nicht feucht oder überhitzt werden, da hohe Luftfeuchtigkeit zu Staub führen kann, die die Lüfter verstopfen, was zu Überhitzung führt oder Komponenten fehlfest, das Board ruiniert und ein Brandgefahren ausführt. Überhitzung kann dazu führen, dass Komponenten, normalerweise das Silizium oder Kupfer der Drähte oder Schaltkreise, schmelzen, wodurch sich die Verbindungen lockern und Brandgefahren verursachen.

Elektrische Energie

Eine Bank von Batterien in einem großen Rechenzentrum, das Strom bereitstellt, bis Dieselgeneratoren beginnen können

Backup -Kraft besteht aus einem oder mehreren ununterbrochene Stromversorgungen, Batteriebänke und/oder Diesel- / Gasturbine Generatoren.[62]

Verhindern Einzelpunkte des VersagensAlle Elemente der elektrischen Systeme, einschließlich Backup-Systeme, werden normalerweise redundante Kopien angegeben, und kritische Server sind sowohl mit den "A-Side" als auch mit der "B-Seite" -Power-Feeds verbunden. Diese Anordnung wird oft getroffen, um zu erreichen N+1 Redundanz in den Systemen. Statische Übertragungsschalter werden manchmal verwendet, um eine sofortige Umstellung von einer Versorgung zum anderen im Falle eines Stromausfalls zu gewährleisten.

Niedrigspannungskabel-Routing

Zu den Optionen gehören:

  • Die Datenverkabelung kann durch Overhead weitergeleitet werden Kabelschalen[63]
  • Erhöhte Bodenverkabelung sowohl aus Sicherheitsgründen als auch um die zusätzlichen Kosten für Kühlsysteme über den Gestellen zu vermeiden.
  • Kleinere/günstigere Rechenzentren können stattdessen Antistatikfliesen für eine Bodenfläche verwenden.

Luftzug

Luftzug Das Management befasst sich mit der Notwendigkeit, das Rechenzentrum zu verbessern Computerkühlung Effizienz durch Verhinderung der Rückführung von heißer Luft, die von der IT -Ausrüstung erschöpft ist und den Bypass -Luftstrom reduziert wird. Es gibt verschiedene Methoden zur Trennung heißer und kalter Luftströme, wie z.[64]

Gangbehälter

Die Eindämmung des kalten Ganges wird durchgeführt, indem die Rückseite der Gerätegestelle freigelegt wird, während die Fronten der Server mit Türen und Abdeckungen umschlossen sind. Dies ähnelt der Art und Weise, wie große Lebensmittelunternehmen ihre Produkte aufbewahren und aufbewahren.

Typische Konfiguration der Kaltgang mit Server -Rack -Fronten, die sich gegenseitig gegenübersehen und Kaltluft über die verteilt sind Erhöhter Boden.

Computerschränke/Serverfarmen werden oft für die Eindämmung heißer/kalter Gänge organisiert. Die ordnungsgemäße Platzierung der Luftkanal verhindert, dass die kalte und heiße Luft mischt. Schränkereihen werden zueinander gepaart, so dass die kühlen und heißen Lufteinlässe und Abgas nicht die Luft mischen, was die Kühlungseffizienz erheblich verringert.

Alternativ kann eine Reihe von Unterbodenpaneele effiziente Kaltluftwege erzeugen, die auf die erhöhten Bodenlüftungsfliesen gerichtet sind. Entweder kann der kalte Gang oder der heiße Gang enthalten sein.[65]

Eine weitere Option sind die Anpassungsschränke mit vertikalen Abgassungskanälen Schornstein[66] Heiße Auspuffrohre/Lüftungsschlitze/Kanäle können die Luft in a lenken Plenumraum über einem Deckendecke und zurück zu den Kühleinheiten oder zu äußeren Lüftungsschlitzen. Mit dieser Konfiguration ist die herkömmliche Konfiguration mit heißer/kaltem Gang keine Voraussetzung.[67]

Brandschutz

FM200 Feuerunterdrückungstanks

Rechenzentren Brandschutz Systeme, einschließlich passiv und Aktives Design Elemente sowie Umsetzung von Brandschutz Programme im Betrieb. Rauchmelder werden normalerweise installiert, um eine frühzeitige Warnung vor einem Brand in seiner beginnenden Stufe zu gewährleisten.

Obwohl der Hauptraum normalerweise nicht zulässt Systeme auf nassem Rohrbasis aufgrund der zerbrechlichen Natur von SchaltkofferEs gibt immer noch Systeme, die im Rest der Einrichtung oder in Kalt-/heißer Gangluftkreislaufsystemen verwendet werden können, die es sind geschlossene Systeme, wie zum Beispiel:[68]

  • Sprinkleranlagen
  • NebelUnter Verwendung eines hohen Drucks, um extrem kleine Wassertröpfchen zu erzeugen, die aufgrund der Art der Tröpfchen in empfindlichen Räumen verwendet werden können.

Es gibt jedoch auch andere Mittel, um Brände zu löschen, insbesondere in Sensible Bereiche, normalerweise benutzt Gasfeuerunterdrückung, von welchem Halongas war am beliebtesten, bis die negativen Auswirkungen der Erzeugung und Verwendung entdeckt wurden.[1]

Sicherheit

Hauptartikel: Sicherheit der Rechenzentren

Der physische Zugang ist normalerweise eingeschränkt. Layered Security beginnt oft mit Zäunen, Poller und Mantraps.[69] Videokamera Überwachung und dauerhaft Sicherheitskräfte sind fast immer vorhanden, wenn das Rechenzentrum groß ist oder vertrauliche Informationen enthält. Fingerabdruckerkennungsmantraps sind alltäglich.

Der Protokollierungszugriff ist durch einige Datenschutzbestimmungen erforderlich. Einige Organisationen verknüpfen dies eng mit Zugriffskontrollsystemen. Am Haupteingang, Eingänge in interne Räume und in Geräteschränken können mehrere Protokolleinträge auftreten. Die Zugangskontrolle bei Schränken kann in Intelligent integriert werden Leistungsverteilungseinheitenso dass Schlösser über das gleiche Gerät vernetzt sind.[70]

Energieverbrauch

Google Data Center, Die Dalles, Oregon
Hauptartikel: IT -Energiemanagement

Der Energieverbrauch ist ein zentrales Problem für Rechenzentren. Die Stromauslosung reicht von ein paar kW für ein Serverregal in einem Schrank bis zu mehreren Zehn MW für große Einrichtungen. Einige Einrichtungen haben Stromdichten mehr als das 100 -fache eines typischen Bürogebäudes.[71] Bei Einrichtungen mit höherer Stromdichte sind die Stromkosten dominant Betriebsaufwand und verantwortlich über 10% der Eigentumsgesamtkosten (TCO) eines Rechenzentrums.[72]

Treibhausgasemissionen

Im Jahr 2020 verwendeten die Rechenzentren (ohne Kryptowährungsabbau) und die Datenübertragung jeweils etwa 1% des weltweiten Stroms.[73] Obwohl ein Teil dieser Elektrizität kohlenstoffarm war, die IEA forderte mehr "Regierungs- und Branchenbemühungen in Bezug auf Energieeffizienz, Beschaffung erneuerbarer Energien und RD & D",[73] Da einige Rechenzentren immer noch Elektrizität verwenden, die von fossilen Brennstoffen erzeugt werden.[74] Sie sagten auch, dass Lebenszyklusemissionen berücksichtigt werden sollten, was "verkörperte" Emissionen wie in Gebäuden enthalten.[73] Es wird geschätzt, dass Rechenzentren 2018 für 0,5% der US -Treibhausgasemissionen verantwortlich waren.[75] Einige chinesische Unternehmen wie Tencent, haben sich verpflichtet, bis 2030 kohlenstoffneutral zu sein, während andere wie andere Alibaba wurden von kritisiert von Greenpeace dafür, dass sie sich nicht dazu verpflichtet haben, Kohlenstoffneutral zu werden.[76]

Energieeffizienz und Gemeinkosten

Die am häufigsten verwendete Energieeffizienzmetrik der Energieeffizienz des Rechenzentrums ist Wirksamkeit der Stromverbrauch (PUE), berechnet als das Verhältnis der Gesamtleistung, die in das Rechenzentrum eintritt, geteilt durch die von der IT -Ausrüstung verwendete Leistung.

Es misst den Prozentsatz der Leistung, die durch Overhead (Kühlung, Beleuchtung usw.) verwendet wird. Das durchschnittliche USA -Rechenzentrum hat eine PUE von 2,0,[77] Dies bedeutet zwei Watt Gesamtleistung (Overhead + IT -Geräte) für jede Watt, die an IT -Geräte geliefert wird. Das hochmoderne Stand wird auf ungefähr 1,2 geschätzt.[78] Google Veröffentlichung vierteljährlicher Effizienz von in Betrieb genommenen Rechenzentren.[79]

Das US -Umweltschutzbehörde hat an Energie Stern Bewertung für eigenständige oder große Rechenzentren. Um sich für das Ökolabel zu qualifizieren, muss sich ein Rechenzentrum im oberen Quartil der Energieeffizienz aller gemeldeten Einrichtungen befinden.[80] Das Energieeffizienzverbesserungsgesetz von 2015 (USA) verpflichtet Bundeseinrichtungen - einschließlich Rechenzentren -, effizienter zu arbeiten. Kalifornien Titel 24 (2014) des kalifornischen Vorschriftenkodexs schreibt vor, dass jedes neu konstruierte Rechenzentrum über eine Form von Luftströmen verfügen muss, um die Energieeffizienz zu optimieren.

Die Europäische Union hat auch eine ähnliche Initiative: EU -Verhaltenskodex für Rechenzentren.[81]

Analyse und Projekte für Energieverbrauch

Der Schwerpunkt der Messung und Analyse des Energieverbrauchs geht über das hinaus, was von IT -Geräten verwendet wird. Hardware für Einrichtungsunterstützung wie Kälte und Ventilatoren nutzen ebenfalls Energie.[82]

Im Jahr 2011 wurden Serverregale in Rechenzentren für mehr als 25 kW konzipiert, und der typische Server wurde auf etwa 30% des von ihm verbrauchten Stroms verschwendet. Der Energiebedarf nach Informationsspeichersystemen stieg ebenfalls. Es wurde geschätzt Lebensdauer, mit der Kühlung von 35% bis 45% des Rechenzentrums des Rechenzentrums Eigentumsgesamtkosten. Berechnungen zeigten, dass in zwei Jahren die Kosten für das Stromversorgungs und das Abkühlen eines Servers den Kosten für den Kauf der Serverhardware entsprechen könnten.[83] Die Forschung im Jahr 2018 hat gezeigt, dass durch Optimierung der Aktualisierungsraten und der Erhöhung der Serverauslastung noch eine erhebliche Menge an Energie erhalten werden könnte.[84]

In 2011 Facebook, Rackspace und andere gründeten die Open Compute Project (OCP) zur Entwicklung und Veröffentlichung offener Standards für umweltfreundlichere Rechenzentrums -Computing -Technologien. Im Rahmen des Projekts veröffentlichte Facebook die Entwürfe seines Servers, die es für sein erstes dediziertes Rechenzentrum in Prineville erstellt hatte. Server für effektivere linke Raum für den linken Raum machen Temperatur fällt und ermöglichte die Verwendung von Ventilatoren, die mehr Luft mit weniger Energie bewegten. Durch nicht kaufen kommerzielle Off-the-Shelf Server, Energieverbrauch aufgrund unnötiger Expansionsstätten auf der Hauptplatine und nicht benötigte Komponenten wie a Grafikkarte, wurde auch gerettet.[85] 2016 trat Google dem Projekt bei und veröffentlichte die Entwürfe seines 48 -V -DC Shallow Data Center -Racks. Dieses Design war seit langem Teil von Google -Rechenzentren. Durch die Beseitigung des Vielfachens Transformer In der Regel in Rechenzentren eingesetzt, hatte Google eine Erhöhung der Energieeffizienz um 30% erreicht.[86] Im Jahr 2017 wurden die Verkäufe für die Hardware für Rechenzentren, die an OCP -Designs erstellt wurden, 1,2 Milliarden US -Dollar überschritten und werden voraussichtlich bis 2021 6 Milliarden US -Dollar erreichen.[85]

Kraft- und Kühlanalyse

Rechenzentrum bei Cern (2010)

Power ist für den Benutzer eines Rechenzentrums die größten wiederkehrenden Kosten.[87] Kühlung bei oder unter 70 ° F (21 ° C) verschwendet Geld und Energie.[87] Darüber hinaus kann Überkühlung von Geräten in Umgebungen mit hoher relativer Luftfeuchtigkeit Geräte einer hohen Feuchtigkeitsmenge aussetzen, die das Wachstum von Salzablagerungen bei leitenden Filamenten in der Schaltung erleichtert.[88]

A Kraft- und KühlanalyseAuch als thermische Bewertung bezeichnet, misst die relativen Temperaturen in bestimmten Bereichen sowie die Kapazität der Kühlsysteme, um bestimmte Umgebungstemperaturen zu bewältigen.[89] Eine Strom- und Kühlanalyse kann dazu beitragen, Hotspots, überkühlte Bereiche zu identifizieren, die eine größere Stromverbrauchsdichte, den Haltepunkt der Ausrüstung beladen können, die Effektivität einer Strategie mit Angehobenstrogen und optimale Ausrüstungspositionierung (wie Wechselstromeinheiten) an Gleichgewicht der Temperaturen im gesamten Rechenzentrum. Die Stromkühldichte ist ein Maß dafür, wie viel Quadratmeter die Mitte bei maximaler Kapazität abkühlen kann.[90] Die Kühlung von Rechenzentren ist nach Servern der zweitgrößte Stromverbraucher. Die Kühlenergie variiert von 10% des gesamten Energieverbrauchs in den effizientesten Rechenzentren und steigt bis zu 45% in Standard-luftgekühlten Rechenzentren.

Energieeffizienzanalyse

Eine Energieeffizienzanalyse misst den Energieverbrauch von IT- und Einrichtungsgeräten des Rechenzentrums. Eine typische Analyse der Energieeffizienz misst Faktoren wie die Leistungsnutzung eines Rechenzentrums (PUE) gegen Branchenstandards, identifiziert mechanische und elektrische Ineffizienzquellen und identifiziert Luftmanagementmetriken.[91] Die Einschränkung der meisten aktuellen Metriken und Ansätze besteht jedoch darin, dass sie sie nicht in die Analyse einbeziehen. Fallstudien haben gezeigt, dass durch die ganzheitliche Ansprache von Energieeffizienz in einem Rechenzentrum wichtige Effizienzsteigerungen erreicht werden können, die sonst nicht möglich sind.[92]

CFD -Analyse (Computational Fluid Dynamics)

Hauptartikel: Computerflüssigkeitsdynamik

Diese Art der Analyse verwendet ausgefeilte Werkzeuge und Techniken, um die einzigartigen thermischen Bedingungen in jedem Rechenzentrum zu verstehen - die Temperatur, Luftzugund Druckverhalten eines Rechenzentrums zur Bewertung der Leistung und des Energieverbrauchs unter Verwendung der numerischen Modellierung.[93] Durch die Vorhersage der Auswirkungen dieser Umgebungsbedingungen kann die CFD-Analyse im Rechenzentrum verwendet werden[94] und die Auswirkungen auf die Kühlressourcen, schlechte Infrastrukturmanagementpraktiken und Wechselstromausfall oder Wechselstromausfall für die geplante Wartung.

Wärmezonenzuordnung

Die Thermalzonenzuordnung verwendet Sensoren und Computermodellierung, um ein dreidimensionales Bild der heißen und kühlen Zonen in einem Rechenzentrum zu erstellen.[95]

Diese Informationen können dazu beitragen, eine optimale Positionierung von Rechenzentrumsgeräten zu identifizieren. Zum Beispiel können kritische Server in einer kühlen Zone platziert werden, die von redundanten Wechselstromeinheiten gewartet wird.

Grüne Rechenzentren

Hauptartikel: Grüne Rechenzentrum
Dieses wassergekühlte Rechenzentrum in der Hafen von StraßburgFrankreich beansprucht das Attribut grün.

Rechenzentren verwenden viel Strom, die von zwei Hauptnutzungen verbraucht werden: die Stromversorgung, die für die Ausführung der tatsächlichen Ausrüstung erforderlich ist, und dann die Stromversorgung, die zum Abkühlen der Ausrüstung erforderlich ist. Die Leistungswirksamkeit verringert die erste Kategorie.

Kühlkostenreduzierungen von natürlichen Wegen umfassen Standortentscheidungen: Wenn der Fokus nicht in der Nähe von guter Faserkonnektivität, Stromnetzverbindungen und Menschenkonzentrationen zur Verwaltung der Geräte liegt, kann ein Rechenzentrum kilometerweit von den Benutzern entfernt sein. Rechenzentren "Mass" wie Google oder Facebook müssen nicht in der Nähe von Bevölkerungszentren sein. Arktische Standorte können externe Luft verwenden, die Kühlung sorgt, werden immer beliebter.[96]

Erneuerbare Stromquellen sind ein weiteres Plus. So Länder mit günstigen Bedingungen wie: Kanada,[97] Finnland,[98] Schweden,[99] Norwegen,[100] und Schweiz,[101] Versuchen Sie, Cloud Computing -Rechenzentren anzuziehen.

Der Bitcoin -Mining wird zunehmend als potenzielle Möglichkeit, Rechenzentren am Standort der Produktion erneuerbarer Energien zu erstellen. Geschnittene und abgeschnittene Energie kann verwendet werden, um Transaktionen auf der Bitcoin -Blockchain zu sichern, die für erneuerbare Energieerzeuger einen weiteren Einnahmequellenstrom bereitstellen.[102]

Energiewiederverwendung

Es ist sehr schwierig, die Wärme wiederzuverwenden, die von luftgekühlten Rechenzentren stammt. Aus diesem Grund sind die Infrastrukturen des Rechenzentrums häufiger mit Wärmepumpen ausgestattet.[103] Eine Alternative zu Wärmepumpen ist die Einführung der Flüssigkühlung in einem Rechenzentrum. Verschiedene flüssige Kühltechniken werden gemischt und angepasst, um eine vollständig flüssige gekühlte Infrastruktur zu ermöglichen, die die gesamte Wärme in Wasser erfasst. Unterschiedliche flüssige Technologien werden in 3 Hauptgruppen, indirekte Flüssigkühlung (Wassergekühlte Racks), direkte Flüssigkeitskühlung (Direkt-Chip-Kühlung) und Gesamtkühlung von Flüssigkeiten (vollständiges Eintauchen in Flüssigkeit, siehe Flüssigkeit, kategorisiert, siehe Server -Eintauchkühlung). Diese Kombination von Technologien ermöglicht die Schaffung von a Thermalkaskade im Rahmen Temperaturkettung Szenarien zum Erstellen von Hochtemperaturwasserausgängen aus dem Rechenzentrum.

Dynamische Infrastruktur

Hauptartikel: Dynamische Infrastruktur

Dynamische Infrastruktur[104] bietet die Möglichkeit, die Workloads in einem Rechenzentrum intelligent, automatisch und sicher zu verschieben[105] jederzeit, überall, für Migrationen, Bereitstellung,[106] Leistung zu verbessern oder zu bauen Co-Lokation Einrichtungen. Es erleichtert auch die Durchführung der Routinewartung entweder auf physischen oder auf virtuellen Systemen und gleichzeitig minimiert gleichzeitig die Unterbrechung. Ein verwandtes Konzept ist eine komponierbare Infrastruktur, die die dynamische Neukonfiguration der verfügbaren Ressourcen nur bei Bedarf ermöglicht.[107]

Nebenleistungen sind

Netzwerkinfrastruktur

Ein Betriebsingenieur, der einen Netzbetriebskontrollraum eines Rechenzentrums überwacht (2006)
Ein Beispiel für die Netzwerkinfrastruktur eines Rechenzentrums

Die Kommunikation in Rechenzentren basiert heute am häufigsten auf Netzwerke Ausführen der IP Protokoll Suite. Rechenzentren enthalten einen Satz von Router und Schalter Dieser transportiert den Verkehr zwischen den Servern und zur Außenwelt[109] die nach dem verbunden sind Architektur der Rechenzentrumsnetzwerk. Redundanz der Internetverbindung wird häufig durch die Verwendung von zwei oder mehr vorgelagerten Dienstanbietern bereitgestellt (siehe Multihoming).

Einige der Server des Rechenzentrums werden zum Ausführen des grundlegenden Internets verwendet und Intranet Dienste, die interne Benutzer in der Organisation benötigt, z. B. E-Mail-Server, Proxy -Server, und DNS Server.

Netzwerksicherheitselemente werden in der Regel auch bereitgestellt: Firewalls, VPN Gateways, Einbrucherkennungssystem, usw. Ebenfalls häufig sind Überwachungssysteme für das Netzwerk und einige der Anwendungen. Zusätzliche Anlagen der Standortüberwachung sind ebenfalls typisch, wenn ein Kommunikationsfehler innerhalb des Rechenzentrums fehlgeschlagen ist.

Software/Datensicherung

Nicht mutalluell exklusive Optionen für Datensicherung sind:

  • Vor Ort
  • Offsite

Vor Ort ist traditionell,[110] und ein wichtiger Vorteil ist die sofortige Verfügbarkeit.

Offsite -Backup -Speicher

Hauptartikel: Disaster Recovery § Offsite -Backup -Speicherung

Datensicherungstechniken umfassen eine verschlüsselt Kopie der Daten außerhalb des Standorts. Methoden zum Transport von Daten sind:[111]

  • Lassen Sie den Kunden die Daten in ein physisches Medium wie Magnetband schreiben und dann das Band an anderer Stelle transportieren.[112]
  • Übertragen Sie die Daten während der Sicherung direkt an eine andere Website, indem Sie entsprechende Links verwenden
  • Hochladen der Daten "in die Cloud"[113]

Modulares Rechenzentrum

Hauptartikel: Modulares Rechenzentrum
Ein 40 Fuß Tragbares modulares Rechenzentrum

Für schnelle Bereitstellung oder Notfallwiederherstellung, mehrere große Hardware Anbieter haben mobile/modulare Lösungen entwickelt, die in sehr kurzer Zeit installiert und in Betrieb genommen werden können.

Siehe auch

Anmerkungen

  1. ^ Sehen Rechtschreibunterschiede.
  2. ^ Alte große Computerräume, in denen Maschinen wie die ENIAC der US-Armee unter 1960 (1945) entwickelt wurden, wurden nun als "Rechenzentren" bezeichnet.
  3. ^ Bis in die frühen 1960er Jahre verwendete es in erster Linie die Regierung, die Computer verwendete, bei denen es sich um große Mainframes handelte, die in Räumen untergebracht waren, die wir heute Rechenzentren nennen.
  4. ^ In den neunziger Jahren netzwerkverbunden Minicomputer (Server) In den alten Computerräumen wurden ohne Eingabe- oder Anzeigegeräte untergebracht. Diese neuen "Rechenzentren" oder "Serverräume" wurden in Unternehmenswänden gebaut, die mit kostengünstigen Netzwerkausrüstungen zusammengeführt wurden.
  5. ^ In den frühen 2000er Jahren gab es in den frühen 2000er Jahren eine beträchtliche Konstruktion von Rechenzentren in der Periode des expandierenden Dot-Com-Unternehmens.
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Externe Links