Microsoftデータセンター

Microsoftの最初のデータセンター（DPC）は1989年に建設されました。 第一世代のデータセンターでしたが、現在は第四世代のデータセンターです。 マイクロソフトは、データセンターの設計、建設、管理を独自に実施しています。 これらのタスクのために、特別なユニット-Global Foundation Services （GFS）もあります。







Microsoftはどのような目的でデータセンターを使用していますか？

まず、世界中の何百万人ものユーザーが使用するサービス（XBOX Live、Hotmail、MSN、Zune、SkyDriveなど）の可用性を確保するため。 現在では、SaaS（Software as Service）というよく知られた用語と呼ぶことができます。 次に、開発者が独自のSaaSを作成できるグローバルでスケーラブルなプラットフォームを提供します。 これは、PaaS（Platform as Service）モデルを実装するWindows Azureプラットフォームです。 図と事実では、次のようになります。





データセンターの基本アーキテクチャ

データセンターの基本的なアーキテクチャから始めましょう。これは、第1世代と第4世代のデータセンターの違いを理解するのに役立ちます。 従来のデータセンターインフラストラクチャは、次のように表すことができます（ソースThe Green Grid ）。





電源システム 。 電源システムは、通常数十メガワット（MW）のエネルギーをデータセンターに供給する役割を果たします。 通常（念のため）データセンターでは、電力を供給する2つの変電所が使用されます。 変電所（ Substation ）から、データセンターは、サーバー（ IT Load ）が入力で受け入れる準備ができているよりも高い電圧の電気を受け取ります。 したがって、電圧を下げるトランスが必要です。



主なエネルギー供給システムに障害が発生した場合、バックアップ発電機を提供する必要があります。 さらに、産業用無停電電源装置（ UPS ）が必要です。 「黒い線」（発電所からの電気）と「茶色の線」（発電機からの電気）は図のUPSに行き、緑の線（すでにUPSフィルターを通過している）は消えます。 データセンターの機器に向かうのは「緑の線」です。 UPSの最も単純なタイプはバッテリーベースのUPS（バックアップバッテリーUPS）ですが、データセンターには通常あまり適していません。 かなり小さな準備金と作業時間を提供します。 データセンターでは、2〜2.5 MWの容量のディーゼル発電機が使用されています。 たとえば、そのような発電機は250の家の村にサービスを提供できます。





冷却システム 。 冷却システムは、機器の冷却を担当します。 操作の原理は非常に簡単です。

1. 水（「青い線」）が入口に入り、冷却塔または冷却塔（ 冷却塔 ）を使用して冷却されます。 通常、冷却塔は暖かい気候で使用されます。 寒い気候では、彼らは現在、外の冷たい空気だけを使用しようとしています（そのようなシステムは冷却塔よりもはるかに安価です）が、このためには、通りは湿度が低く、気温は23度以下でなければなりません。 このようなシステムは断熱冷却システム（ Adiabatic System ）と呼ばれ、第4世代のデータセンターで使用されています。
2. 次のステップは、大型チラーまたはチラー（ チラー ）が水を冷却することです。
3. 次に、水は、データセンター（ゾーン1）に既にある特別なエアコン-CRAC （コンピューター室の空調ユニット）に流れ込みます。
4. 空気から温められた水（「赤い線」）は、冷却サイクル全体を再び通過します。

部屋を冷やすときは、温風と冷気が混ざらないことが非常に重要です。 たとえば、4つのシステムバリエーションを比較します。





最後の4番目のオプションは、サーバー密度の高いラックにはあまり使用されません。



合計すると、データセンターを構築する際には、次のタスクを解決する必要があることがわかります。

1. 他の設備（冷却、空調など）ではなく、サーバーに直接最大入力エネルギーを供給してください。
2. データセンターを冷却するのが最も効率的です（設置数が少ないため、このために使用する電力が多いほど良いです）。
3. データセンター領域の最も効率的な使用（効果的な冷却により、サーバーの密度を大幅に高めることができます。つまり、データセンターの領域とサイトのコストを削減できます）。

冷却システムと発電機の機能などの技術的な詳細は、ハブロスタにあります（ビーラインユニットから）。

• ヤロスラブリのデータセンター：過去5年間の夢の具現化 。
• ヤロスラブリのデータセンター：円滑な運用のためのエンジニアリングソリューション 。
• データセンターの構築、パート3：冷蔵サービス 。

電力使用効率（PUE）

データセンターの有効性を判断するために、特別なインジケータ（効率のアナログ）-電力使用効率（PUE）があります。

従来、PUE値は、データセンターの総エネルギー消費量と、 有用な （機器、サーバー、ストレージなど）IT機器のみのエネルギー消費量の比率として定義されていました。





データセンター（サーバー、照明など）の機能に15 MWが必要であり、サーバーで消費されるのは10 MWのみであるため、PUE = 1.5と仮定します。 PUEが低いほど良いことがわかります。 現在、データセンターでは、1.3〜1.5 PUEが標準と見なされています。 第4世代のデータセンターは、第1世代のデータセンターよりも大幅に低いPUEを持っています。



世代のデータセンターとITPAC（IT Preassembled Components）







第1世代はサーバー、第2世代はサーバーラック、第3世代はコンテナ、第4世代は特別なモジュール（IT Preassembled Components、ITPAC）です。





従来のコンテナでは、外部水冷が使用されます。そのため、ラインを冷水に接続する必要があります。 さらに、電力効率はわずかに低下します。 ITPACに基づく最新のモジュラーDPCの場合、 空気-水システムが使用され （ モジュール内に水滴を噴霧し、これにより蒸発による冷却速度が増加します ）、エネルギー効率インジケーター（PUE）は1.05です。冷却インフラストラクチャのニーズに費やされるのはわずか0.05ワットです。



実際、ITPACはデータセンターを構築するための完全なモジュールの標準です。 コンテナとそのコンポーネントの仕様が含まれています。ラック、換気システム、その他の機器、および水、電気、データ伝送ネットワークを含む提供された通信の仕様です。 重要な機能は、予備冷却なしで外部空気を使用できることです。予備冷却の温度はかなり広い範囲で変化します。 内部空調システムの機能は、吸気の温度に応じて調整されます。 そのため、大幅に増加した場合、ITPACコンテナー内の水冷がオンになり、一定のしきい値まで下がると、サーバーによって加熱された空気がモジュール内の快適な環境を維持するために使用されます。 常温では、サーバーを冷却するのに十分な吸気量です。 ITPACには2000を超えるサーバーを含めることができます。





ITPACを使用したデータセンターの構築は、何倍も高速で効率的です。費用対効果の高い冷却システムであるITPACコンテナーは、リモートで製造し、データセンターの下のサイトに組み立てて配送できます。





データセンターはどこにありますか？

以下は、データセンターの地理的存在です。 Windows Azureについて言えば、現在は8つのデータセンターです（北米に4つ、ヨーロッパに2つ、アジアに2つ）。 ちなみに、そのうちの2つはWindows Azureのサポートを始めました。





Windows Azureの場合、ここでは、近隣地域のデータセンターについて、ファイルストレージデータのコピーを自動的に無料で作成することに注意してください。 これは自動複製です。 その結果、データのコピーを6つ取得します（データセンターごとに3つのレプリカ）。 これらすべての手段（複製、個別の電源など）は、当社が提供する、またはPaaSプラットフォームで開発された最終的に開発されたアプリケーションまたはサービスの耐障害性を高めることを目的としています。 ところで、もう1つの興味深い点は、前述したように、サーバーとラックにはUPSまたは発電機が必要です。 発電機はデータセンターのエネルギーを大幅に消費するため、UPSの使用はより「経済的」ですが、覚えているように、予備が十分ではない可能性があります-サーバーが故障するか、データが失われます（これは良くありません）。 したがって、データを失い、データセンターのインフラストラクチャレベルからアプリケーションおよびサービスレベルにSLAのケアを移すことができないようにするのは、レプリケーションおよび地理的分布へのアプローチです。これにより、PUE係数を下げて効率を高めることができます。



カリフォルニアのデータセンターは次の画像のようになります。





スケールを感じるために、フットボール競技場（それぞれが2464 m2の黄色の長方形）と比較しましょう：





次は？ 第5世代のデータセンター？

第5世代のデータセンターはどうなりますか？ データをエネルギーの新しい形態として見てみましょう。





昔 ：データセンターやSaaSの時代、住宅や企業は電気を直接受け取り、その裁量で（サーバールームなどのために）それを使用していました。 ここでの欠点は何ですか？ 「道に沿った」エネルギーの大きな「無駄」。



今日 ：データセンターの出現により、彼らはほとんどの作業と計算を行い始め、出力でデータ（SaaS）を取得しました。 エネルギーの「無駄」はすでにはるかに少ないことがわかります。



未来 ：データセンターとエネルギー源（変電所）を組み合わせます。 そして、これは新しい方法です。なぜなら 1マイルあたり約200万ドルが配電に費やされており、（タワーではなく）光チャネルの方がはるかに安価です。 そして、たとえばアイルランドで建設中の新しいデータセンターなど、この概念に従うことをすでに始めています。 このデータセンターの主な特徴は、独自のエネルギー供給管理インフラストラクチャの可用性です。 多くのクラウドプロバイダーがこれについて既に考えていると思います。



次に起こることは将来によって示されますが、現在では、高度な技術とPaaSアーキテクチャの使用により、新しいレベルのエネルギー効率が達成されています。



誰かがマイクロソフトのデータセンターのインフラストラクチャに興味がある場合は、 Global Foundation Center （GFS）Webサイトにアクセスしてください。 マイクロソフトはソフトウェア会社であるだけでなく、データセンターモジュールの開発と一般的なデータセンターアーキテクチャの両方で豊富な経験を持っています。 ビデオページで、データセンターの構築の瞬間からデータセンターの仮想ツアーを見ることができます（これは既成のデータセンターよりもさらに興味深いものです）。



PS。 コンスタンチン・キチンスキーとアンジー・アルシャフスキーが記事の準備に協力してくれたことに感謝します。