Wie sich Rechenzentren gerade verändern: Technologische Lösungen für Rechenzentren



    / Foto Tristan Schmurr CC

    Zwischen den Maiferien haben wir einen Beitrag über die Geschichte von 1cloud veröffentlicht , in dem wir versucht haben, unsere Erfahrungen bei der Wahl der Richtung für die Entwicklung eines IT-Projekts zu vermitteln . Darüber hinaus sprachen wir über die Vor- und Nachteile der virtuellen IT-Infrastruktur im Allgemeinen und darüber, wie sich Rechenzentren derzeit ändern (wir werden dieses Thema heute fortsetzen).

    Laut IDC-Prognosen verdoppelt sich die Datenmenge, die die Menschheit erzeugt (ein wenig davon in einem anderen Kontext), alle zwei Jahre und wird bis 2020 44 Zettabyte erreichen. All diese "Wirtschaft" muss irgendwo gespeichert und verarbeitet werden.

    NachEmerson gab es bereits 2011 weltweit 509.147 Rechenzentren mit einer Fläche von 27 Quadratkilometern. Seitdem sind diese Zahlen nur gewachsen. Das Volumen der gesammelten Daten ist ebenfalls gestiegen.

    Um mit dem wachsenden Informationsaufkommen fertig zu werden, bieten Unternehmen neue Technologien für die Datenspeicherung an: Erhöhen Sie die Kapazität von Festplatten, arbeiten Sie an der Erstellung von Solid-State-Laufwerken mit Flash-Speicher und anderen nichtflüchtigen Technologien.

    2015 fand die Ausstellung Flash Memory Summit statt, auf der die Öffentlichkeit die Gelegenheit erhielt, sich mit neuen technologischen Lösungen vertraut zu machen. Samsung-Vizepräsident Jim Elliott gab den Verkaufsstart eines neuen 256-Gigabit-48-Schicht-Chips mit Zellen bekannt, in denen drei Informationsbits gespeichert sind.

    Wenn Sie Elliot glauben, haben diese Chips eine Lesegeschwindigkeit, die doppelt so hoch ist wie die Kapazität alter 128-Gigabit-Geräte, während sie 40% weniger Energie verbrauchen. Toshiba Concert präsentierte auch die Entwicklung eines 256-Gigabit-Chips mit einer mehrstufigen Kristallplatzierungsstruktur. Hier überträgt das Mikroelement parallel eingehende Daten von den Speicherarrays direkt an den Mikrocontroller unter Verwendung von Durchgangslöchern durch Silizium.

    Zwei technologische Haupttrends der Konferenz sind getrennt zu erwähnen. Der erste ist ein nichtflüchtiger 3D-Xpoint-Speicher, der von Intel und Micron entwickelt wurde. nach den WortenDave Eggelston Analyst, die Technologie basiert auf Elementen mit einer Phasenzustandsänderung und einem Speicherschalter auf den Ovshinsky-Elementen, wodurch Speicher mit einer Kapazität erhalten werden kann, die größer als die von DRAM ist, und eine Leistung, die die Kapazität von Flash-Speichern übersteigt.

    Der zweite Trend wird In-Memory-Computing oder In-Memory-Computing genannt. Die Teilnehmer des Gipfels stellten fest, dass es beim Wechsel zu Software, die Daten im Speicher speichert (z. B. Spark), sinnvoll ist, DIMMs anstelle von CPUs für Berechnungen zu verwenden.

    "Wenn sich weiterhin alles in diese Richtung bewegt, werden in Zukunft 90-95% der Berechnungen im permanenten Cache ausgeführt", sagte erRohit Kshetrapal, CEO von Tehile Systems. Micron stimmt dieser Aussage zu. Und das ist nicht verwunderlich, da das Unternehmen gerade an der Hybrid Memory Cube-Technologie arbeitet, bei der der Kristallprozessor / die Kristallschnittstelle im Block der Speicherelemente enthalten ist.

    Bei der Herstellung von Chips wird die TSV-Technologie verwendet, die die Erzeugung von Kupferkanälen in einer mehrstufigen Struktur ermöglicht, die als Leiter und Verbindungsspeichermodule dienen, die übereinander angeordnet sind. Laut den Entwicklern bietet die HMC im Vergleich zu DDR3 eine 15-fache Produktivitätssteigerung bei 70% weniger Stromverbrauch.

    In naher Zukunft werden diese Technologien unsere Vorstellungen von der Infrastruktur von Rechenzentren radikal verändern.



    /Foto Roy Niswanger CC

    Rechenzentrumskühlung


    Angesichts der Tatsache, dass moderne Chips eine große Wärmemenge abgeben und die Dichte ihres Layouts in modernen Servern stetig zunimmt, suchen Unternehmen mit Rechenzentren und anderen großen Anbietern nach Möglichkeiten, die Kühleffizienz zu verbessern.

    Es gibt bereits Speichergeräte, deren Aufgabe es ist, die Intensität des notwendigen Kaltluftstroms zu verringern. Eine solche Technologie sind Helium- Festplatten. Helium erleichtert die Bewegung mechanischer Komponenten, sodass sie sich weniger erwärmen und die Festplatte selbst 33% weniger Strom verbraucht.

    Zusätzlich zu Speichergeräten werden jedoch Rechenzentren installiertMehrere Zehntausend Server, die ebenfalls gekühlt werden müssen. Eine Möglichkeit zur Kühlung der Rechenzentrums-Server besteht darin, der Straße Außenluft zu entziehen. Der Einsatz solcher Technologien ist jedoch, wie die Praxis zeigt, nicht überall möglich.

    Ökologische Umwelt in China ist schlecht, was nicht nur zu gesundheitlichen Problemen der Bewohner führt, sondern erschwert auch die Arbeit der IT - Infrastruktur. Insbesondere die chinesische Suchmaschine Baidu stieß auf Probleme.

    Drei Baidu-Rechenzentren befinden sich in Peking, das für seinen Smog berüchtigt ist. Der Smog enthält viele Schadstoffe (Schwefeldioxid, Stickstoffmonoxid) und feste Partikel, so dass diese Luft für die Kühlung des Maschinenraums ungeeignet ist und zu vermehrten Hardwareausfällen führen kann.

    Baidu-Spezialisten arbeitenüber Kühlsystemen, die keine Luft außerhalb des Gebäudes benötigen. Beispielsweise wird an der Technologie der unteren Kühleinheit gearbeitet. In diesem Fall befinden sich die Wärmetauscher-Spulen im Gegensatz zu herkömmlichen zentralen Lüftersystemen direkt unter den Racks mit den Geräten. Die Gestelle selbst sind in speziellen Schränken untergebracht.

    Dank dieser Konstruktion strömt kalte Luft direkt zum "Eisen". Trotz der Tatsache, dass Flüssigkeit zum Kühlen verwendet wird, wird durch die Anordnung der Spulen unter den Racks die Möglichkeit ausgeschlossen, dass Geräte im Falle einer Undichtigkeit überflutet werden.

    In Richtung Wasserkühlung blickt auch eBay. Das Ziel ist jedoch viel pragmatischer als bei den chinesischen Unternehmen, mehr Rechenleistung pro Flächeneinheit bereitzustellen.

    Im Maschinenraum des Phoenix-Rechenzentrums sind 16 Rackreihen installiert, in denen jeweils Server mit einer Gesamtleistung von 30-35 kW untergebracht sind. Zuvor waren sechs Gebläse zur Kühlung in jeder Reihe installiert, die den Arbeitsraum einnahmen.

    Vor kurzem hat das Unternehmen die Halle umgebaut und auf die Spülluftkühlung zugunsten der Wasserkühlung der hinteren Tür mit Motivair-Kühlgeräten verzichtet. Auf diese Weise konnten die besetzten sechs Racks „zurückerobert“ und neue Server eingesetzt werden, wodurch sich die Rechenleistung erhöhte.

    Motivair Kühltüren sind Aktivmodule mit eigenen hocheffizienten elektronisch geschalteten Lüftern, die die Luftzirkulation im Rack durch die Kühlschlangen verbessern. Darüber hinaus kann das System mit warmem Wasser betrieben werden, dessen Temperatur 15 ° C erreicht (in anderen Kühlsystemen beträgt diese Temperatur 7 ° C).

    Und hier stellt sich die Frage: Ist es notwendig, die Kühlung von Rechenzentren so ernst zu nehmen? Immerhin ist noch nicht klar, auf welchem ​​Niveau es sich lohnt, die Temperatur in ihnen zu halten. Die meisten Unternehmen legen die von den Anbietern der verwendeten Geräte empfohlene Temperatur fest, es ist jedoch nicht klar, wie sich die Erhöhung auf die Leistung der Systeme auswirkt. Forschungsteam der

    Universität von Toronto um zu bestimmen, wie die Temperatur in Rechenzentren gesteuert wird. Es wird angenommen, dass mit steigender Temperatur im Maschinenraum die Serverleistung abnimmt. Wenn die Temperatur einen kritischen Punkt erreicht, wechselt der Prozessor in den Taktdrosselungsmodus (Throttling), und die Kühlerdrehzahl steigt an, was zu zusätzlichen Leistungsverlusten und erhöhtem Energieverbrauch führt.

    Eine Erhöhung der Temperatur um nur 1 Grad reduziert jedoch den Energieverbrauch um 2-5% und spart eine enorme Menge Energie.

    Wissenschaftler sammelten Daten zu drei Modellen von Festplatten, die in Google-Rechenzentren installiert sind, und stellten fest, dass ein linearer Zusammenhang zwischen der Wahrscheinlichkeit von LSE und der Temperatur besteht und nicht wie allgemein angenommen exponentiell (Standardmodelle, z. B. ein auf der Arrhenius-Gleichung basierendes Modell)  dass sich bei jeder weiteren Temperatur von 10-15 ° C die Anzahl der Ausfälle verdoppelt). Eine ähnliche Schlussfolgerung gilt für RAM.

    Es stellt sich heraus, dass die Temperatur die Zuverlässigkeit des Geräts viel weniger als erwartet beeinflusst. Unter Berücksichtigung der Ergebnisse der Studie kann es jedoch sinnvoll sein, die Temperatur im Motorraum leicht zu erhöhen.

    Aus diesem Grund verwenden einige Unternehmen und Großunternehmen die Kühlmethode, die als Warmwasserkühlung bezeichnet wird. Trotzdem setzte eBay auf dem Dach des Rechenzentrums modulare Container von Dell ein, die von einem Wasserkreislauf mit einer Temperatur von 30 Grad Celsius gekühlt wurden, der auch die Temperatur der Server in einem sicheren Betriebsbereich hält.

    Eine ähnliche Lösung wurde verwendet , um IBM - Supercomputer mit der Schweizeren Staat Technischen Hochschule Zürich (ETH Zürich). Es wird das Aquasar-Kühlsystem verwendet, das aus Kupferrohren mit heißem Wasser besteht und mit den Heizkörpern der Computerelemente verbunden ist.

    Die Wassertemperatur in den Röhren beträgt 60 ° C, und die Temperatur der Prozessorkühlkörper beträgt 85 ° C. Durch den Kreislauf wird das Wasser auf 65 ° C erwärmt und anschließend im Wärmetauscher wieder auf 60 ° C abgekühlt. Danach wird der Vorgang wiederholt. Der gesamte Zyklus dauert ca. 20 Sekunden.

    Laut IBM verbraucht ein solches Wasserkühlsystem im Vergleich zu Luftblasanlagen, bei denen Wasser mit einer Temperatur von 7-10 ° C zur Luftkühlung verwendet wird, 40% weniger Energie. Es ist auch erwähnenswert, dass Wasser aus den Rohren zum Heizen von Böden und Wänden in benachbarten Räumen verwendet werden kann.

    PS Wir versuchen, nicht nur unsere eigenen Erfahrungen bei der Arbeit an dem Dienst zur Bereitstellung der virtuellen Infrastruktur 1cloud mitzuteilen , sondern in unserem Blog auch über verwandte Wissensbereiche zu sprechenauf Habré. Vergessen Sie nicht, Updates zu abonnieren, Freunde!

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