Rambler's Top100
Статьи ИКС № 05 2011
Александр МАРТЫНЮК  05 мая 2011

От машинных залов – к ЦОДам. Эволюция технологических площадок

В последние годы одной из основных тем для обсуждения у ИТ-специалистов стали требования к инженерно-строительному оснащению помещений, предназначенных для ИКТ-оборудования. Есть хороший повод вспомнить, как изменялись эти требования со временем – начиная от появления первых вычислительных машин и до сегодняшних облачных структур.

Александр МАРТЫНЮК, генеральный директор «Ди Си квадрат»Первые электронно-вычислительные машины (ЭВМ) появились в тревожные 40-е годы прошлого века. Ученые Германии, США и СССР прилагали массу усилий для создания принципиально новых устройств, способных выполнять сложные математические операции и обрабатывать многоступенчатые логические задачи. Такие устройства обеспечили бы государствам мощное стратегическое превосходство, а следовательно, реальный политический вес на международной арене. Вот почему хроника событий того времени весьма напоминает сводку боевых действий.

ЭВМ первого поколения с производительностью несколько тысяч операций в секунду имели огромные размеры, были очень тяжелыми, выделяли много тепла, так как в них использовались десятки тысяч электронных ламп. Создавались такие машины в единичных экземплярах, стоили чрезвычайно дорого, а для их размещения требовались просторные залы с полами, рассчитанными на большую нагрузку.

Требования к машинным залам предписывали оснащение их хорошей вентиляцией, защитой стен от влияния внешних помех и пыли. На этапе эксплуатации ЭВМ необходимо было поддерживать параметры воздуха (влажность, электростатичность, температуру), благоприятные как для самих устройств, так и для носителей информации (магнитной пленки, перфокарт). Позволить себе такую роскошь могли лишь крупнейшие научно-исследовательские центры, предприятия оборонной промышленности или смежных с ними стратегически важных отраслей.

Второе поколение ЭВМ увидело свет в 60-х. Основным их отличием от предшественников стала новая элементная база — транзисторы, в десятки и сотни раз меньшие по размерам и массе, более надежные и потребляющие значительно меньше электроэнергии, чем электронные лампы. Это достижение позволило перейти к серийному производству ЭВМ. Правда, стоимость вычислительных комплексов по-прежнему была высокой, выпускались они малыми сериями и устанавливались в крупных научно-исследовательских центрах и ведущих вузах. Никаких особых требований к помещениям для них не предусматривалось.

 Фотолетопись
 1940-е
1950-е  
1960-е  
1980-е  
2010-е  

Эпоха первых ЭВМ  

1939 г. В США закончена начатая в 1937 г. работа над релейным интерполятором, управляемым программной перфолентой.

1940 г. В США проведен эксперимент по управлению на расстоянии вычислительной машиной Complex Number Calculator (калькулятор комплексных чисел), сконструированной Джорджем Стибицем в Bell Labs. Под руководством Джона фон Неймана разработан компьютер MANIAC (Mathematical Analyzer Numerical Integrator and Computer).

1941 г. В Германии введены в эксплуатацию первые в мире универсальные цифровые вычислительные машины на электромеханических элементах Z2 и Z3, созданные Конрадом Цузе.

1943 г. Создан первый электронный компьютер Colossus-1.

1944 г. Американский математик Говард Айкен сконструировал в Гарвардском университете автоматическую вычислительную машину Mark-1 с программным управлением на релейных и механических элементах.

1945 г. Джон фон Нейман разработал концепцию ЭВМ EDVAC (Electronic Discrete Variable Computer) – с вводимыми в память программами и числами. Сама машина была завершена в 1950 г. Главными элементами концепции были принцип хранимой в памяти программы и принцип параллельной организации вычислений, согласно которому операции над числом проводятся по всем его разрядам одновременно.

1946 г. Американские инженер-электронщик Джон Преспер Эккерт и физик Джон Мочли сконструировали в Пенсильванском университете ЭВМ ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer), которая предназначалась для решения задач баллистики. Эта первая электронная цифровая вычислительная машина имела почти 20 тыс. электронных ламп и 1,5 тыс. реле, за 1 с. она производила 300 операций умножения или 5000 операций сложения многоразрядных чисел, потребляя мощность до 150 кВт.

1947–1948 гг. Академик С. А. Лебедев в Институте электроники АН УССР начинает работу по созданию МЭСМ – малой электронной счетной машины.

1948 г. Американские физики Уолтер Браттейн, Джон Бардин и Уильям Шокли сконструировали транзистор – за это изобретение и за исследования полупроводников, начатые в 1945 г., они в 1956 г. были удостоены Нобелевской премии.

1948 г. Создан первый промышленный биполярный транзистор. В 1954 г. в мире выпускалось около 5 млн транзисторов, в 1958 г. – 200 млн, в 1963 г. – уже около 1,5 млрд (примерно 2500 типов диодов и 300 транзисторов).

1954–1957 гг. Фирма NCR (США) создает первый компьютер на транзисторах NCR-304.

1957 г. Разработан первый вариант процедурно-ориентированного алгоритмического языка ALGOL.

1957–1958 гг. В Киеве (В. С. Королюк, Е. Л. Ющенко) разрабатывают универсальный процедурно-ориентированный (адресный) язык программирования. В Москве А. А. Ляпунов с сотрудниками и учениками разрабатывает язык описания операторных схем, создаются первые системы автоматизированного программирования. Начаты работы по теории автоматов, искусственному интеллекту и дискретному анализу. Трудами академиков И. М. Гельфанда, А. А. Дородницина, М. В. Келдыша, М. А. Лаврентьева, А. Н. Тихонова и других развивается численный анализ.

1958 г. Академик В. М. Глушков выдвигает идею создания универсальной управляющей ЭВМ, имеющей стандартизованный интерфейс с аналоговыми устройствами, а также операционную систему реального времени. 

Новое время – новые требования

Мощным импульсом для следующего этапа в развитии электронной техники и, как следствие, для появления новых требований к помещениям для нее стало создание мейнфреймов и клиентских терминалов с клавиатурой, к которым, кроме шнура питания и информационного кабеля, ничего не подключалось. Вся обработка данных происходила на удаленных машинах. В качестве носителей информации тогда использовались огромные флоппи-диски и катушки с магнитными лентами.

Хранилища информации понемногу начали напоминать современные серверные, требования к таким помещениям стали более жесткими. Главной их особенностью была отделка пола и потолка алюминиевыми покрытиями для защиты от внешних магнитных наводок, что делало их похожими на металлическую капсулу. Пол был рассчитан на нагрузку тяжелого оборудования. Для охлаждения вычислительных машин подводилась вода. На фоне этих перемен логичным стало появление нового свода требований, которое увидело свет в 80-х. По уровню и насыщенности инженерного оснащения помещений для ЭВМ этот свод правил соответствует Tier II по нынешней классификации Uptime Institute.

Появление микротранзисторов и первых языков программирования открыло новую эру. Если до сих пор работа с вычислительной техникой и программными приложениями была уделом избранных, то теперь все больше людей могли попробовать себя на этом поприще. Америку, а затем и другие страны охватила страсть к конструированию технических самоделок из доступных компонентов. Правда, обходилось это хобби недешево, поэтому позволить его себе могли в основном молодые люди, уже начавшие работать, но еще не обремененные семьей. Не случайно многие из основателей крупных ныне технических корпораций — ровесники. Рожденные в начале 50-х, они стали студентами в то время, когда компьютерные детали можно было заказать по почте и самостоятельно собрать машину в домашних условиях. Каждый уважающий себя молодой человек, связанный с техникой, владел основами программирования на языке Basic.

Далее развитие ИТ пошло стремительно: появлялись новые приложения, новые средства программирования, все более мощные процессоры – и оборудование, пусть недешевое, но вполне доступное массовому пользователю. Постепенно компьютеризованные рабочие места и всевозможная периферия к ним стали, с одной стороны, престижным атрибутом и показателем успешности, а с другой – необходимым элементом жизни уважающего себя офиса. Рост популярности компьютеров сопровождался ростом производительности процессоров, а также постепенным уменьшением габаритов оборудования. Это касалось как персональных вычислительных машин, так и более мощных и высокопроизводительных устройств, которые стали морально устаревать буквально за несколько месяцев.

На этом этапе, во-первых, появилось огромное количество разных приложений, а во-вторых, эти приложения нашли свое применение в бизнесе, для получения прибыли и конкурентных преимуществ. Постепенно из «сопутствующего» элемента жизни компьютеры превратились в доминирующий. Пользователи начали понимать, что у этой «игрушки» есть свой срок жизни, что случайная ошибка может уничтожить результаты кропотливого труда одного или нескольких человек. Порой это оборачивалось серьезными неприятностями. Стало понятно, что нужно своевременно сохранять выполняемую работу и регулярно копировать на запасной носитель наиболее важные и актуальные данные. Поначалу для этой цели использовались дискеты. Затем, когда число коробок с запасными дискетами и архивными копиями вышло за пределы разумного, их заменили локальные системы хранения данных и серверы с дифференцированными правами для разных категорий пользователей.

В какой-то момент в офисах стали появляться серверы высотой со стол — «тауэры» и «супертауэры», на которые сисадмин при желании мог положить ноги в конце напряженного трудового дня. Впоследствии пришел черед компактных серверов, устанавливаемых в стойку. Особенностью того времени можно считать большое число уникальных приложений, для которых требовалось свое «железо» и платформы, несовместимые друг с другом. В конце концов оказалось, что для этих систем необходимо оборудовать отдельное помещение, отвечающее ряду условий: а) доступ в него имеет только узкий круг специалистов; б) в нем созданы надлежащие условия для стабильной работы вычислительных систем и в) оно позволяет оградить людей от шума и дискомфорта, создаваемого множеством постоянно работающих серверов и телекоммуникационных устройств. Так стали актуальными серверные комнаты.

К современным стандартам

Поначалу под серверные было принято переоборудовать туалетные комнаты, кладовки и часть лестничных клеток. По мере увеличения числа единиц оборудования и заполненных им стоек становилось ясно, что для нормального функционирования приложений нужно предусмотреть не только определенное число квадратных метров, но и соответствующие системы отвода тепла, средства защиты от перебоев в электроснабжении, магнитных наводок, частиц грязи и пыли, пожаров и других неблагоприятных факторов, возникших по вине человека или вследствие форс-мажора.

Результатом такого осмысления стал структурированный свод правил и рекомендаций, ориентируясь на который владелец технологической площадки мог либо полностью защитить ее от рисков, либо осознанно принять на себя ответственность за возможное наступление этих рисков при определенном стечении обстоятельств. Эти своды рекомендаций, сформулированные американской ассоциацией Uptime Institute в 2001 г., известны как уровни надежности инженерной инфраструктуры дата-центров. Тогда же специалисты Uptime Institute определили, когда были созданы первые площадки, соответствующие тому или иному уровню надежности.

Строго говоря, классификация Uptime Institute – не единственная, на которую ориентируются специалисты в области строительства и эксплуатации ЦОДов. Но именно она получила признание в США и России как наиболее продуманная, сбалансированная, жизнеспособная. Неудивительно, что с 2008 г. все больше компаний изъявляет желание подтвердить соответствие своих дата-центров одному из высших уровней надежности именно по этой шкале оценки качества (см. рисунок). А впервые процедура такой сертификации была проведена в 2004 г.; по ее итогам статус Facility Tier IV был присвоен дата-центру Nationwide Insurance Data Center North.

В е х и   с е р т и ф и к а ц и и

1965 г. – введен в эксплуатацию первый дата-центр, соответствующий Tier I

1970 г. – первый дата-центр, соответствующий Tier II

1985 г. – первый дата-центр, соответствующий Tier III

1995 г. – первый дата-центр, соответствующий Tier IV

2004 г. – получен первый сертификат соответствия классификации Uptime Institute (Tier IV)

Источник: http://www.warp.co.nz/images/tier_chart.jpg

В России первый опыт применения классификации Uptime Institute также можно отнести к середине 2000-х. Именно тогда в нашей стране познакомились со стандартом TIA-942. И хотя его перевод не всегда был корректен, появление столь выверенного документа стало серьезным событием.

Первыми помещениями, построенными с учетом стандарта, были машинные залы для размещения ленточных библиотек, элементов CRM- и ERP-систем и других наиболее прогрессивных на тот момент решений. Именно тогда были впервые реализованы на практике преимущества квалифицированно выполненного дизайна серверного зала – с соблюдением принципа горячего и холодного коридоров, тщательно просчитанных зон расположения элементов кабельной инфраструктуры.

Смотреть вперед

Оценивая сегодняшнюю ситуацию, можно отметить, что одной из наиболее актуальных для России проблем, связанных со строительством и особенно с эксплуатацией дата-центров, является отсутствие практики постоянного мониторинга и прогнозирования ситуации на действующей площадке. Мало того что подавляющее большинство площадок, введенных в строй за последние два-три года, морально устарели еще на этапе выбора проектных решений, так при их эксплуатации еще и не всегда учитываются заложенные ограничения. Автору случалось бывать в дата-центрах, рассчитанных по своему климатическому оснащению на установку стоек стандартной энергонагруженности — от 4 до 8 кВт на стойку. Но при этом либо сам оператор, либо его клиенты в целях «экономии» приняли решение о массовой замене стандартных юнитовых устройств блейд-системами. Стоит ли удивляться, что в результате такой горе-оптимизации не удается решить ни одну из поставленных задач, не говоря уж об ожидаемой финансовой эффективности?

В США и Европе такое расточительное дилетантство — редкость. Там отношение и к проекту, и к собственному бюджету куда более бережное. Практически с момента ввода площадки в эксплуатацию запускается проект ее модернизации. Для этого обычно привлекают внешние компании, специализирующиеся на данном виде бизнеса. Сказанное отнюдь не означает, что сразу после сдачи проекта площадку одевают в леса – в этом нет необходимости. А вот в том, чтобы на основании регулярного аудита площадки прогнозировать наиболее вероятные сценарии ее морального устаревания, резон есть. Эти прогнозы, в свою очередь, дают основание для поиска эффективных способов оптимизации или замены элементов инженерных систем (примером того, как это происходит на практике, может служить исследование, опубликованное в «ИКС» №3’2011, с. 72). Конечно же России, которая только-только начинает осваиваться в новой для себя нише ИТ-рынка, нет смысла полностью копировать чужой опыт. Но и совсем пренебрегать устоявшимися на Западе правилами сопровождения дата-центров на протяжении их жизненного цикла тоже не стоит. 

Поделиться:
Заметили неточность или опечатку в тексте? Выделите её мышкой и нажмите: Ctrl + Enter. Спасибо!