Вычислительный центр: основные требования к проектированию

В статье рассмотрены основные требования к проектированию вычислительных центров, их анализ, а также проблемы, возникающие при несоблюдении этих требований.

Ключевые слова: вычислительный центр, дата-центр, компьютерные сети, серверы

Вычислительный центр — помещение, в котором находятся машины, предоставляющие общие ресурсы. Однако вычислительный центр — не просто комната с серверами. Как правило, вычислительный центр оснащен системами охлаждения, регулировки влажности, электропитания и противопожарными системами. Все эти системы — часть вычислительного центра. [1, c. 159] Вычислительный центр является одним из самых важных и функционально значимых мест в любом учебном заведении или компании, но вместе с тем является и самым дорогостоящим, в связи с чем к его проектированию нужно подходить крайне тщательно, соблюдая основные требования.

Рис. 1. Общий вид вычислительного центра

Первоочерёдной задачей при проектировании вычислительного центра является выбор помещения. При выборе помещения нужно учитывать несколько факторов: его площадь, высоту, защищённость от стихийных бедствий. Не стоит выбирать помещение, в котором с трудом будет помещаться всё ныне существующее оборудование, так как, во-первых, при последующем расширении вашего оборудования или модернизации существующего может возникнуть проблема недостатка места, во-вторых, циркуляция воздуха может не удовлетворять условиям, достаточным для нормальной работы вычислительного центра. Размер двери, ведущей в помещение, так же не должен быть мал, иначе может встать проблема с размещением. Не менее важно учитывать территориальное расположение вычислительного центра: стихийное бедствие может вызвать полный отказ оборудования, в связи с этим не следует выбирать помещение на нижних уровнях здания, если существует вероятность затопления. [1, c.162]

Далее будет рассмотрен ключевой параметр любого вычислительного центра: микроклимат. Очевидно, что продолжительная работа любой вычислительной машины без должного охлаждения невозможна, вследствие чего злоупотребление контролем за микроклиматом в вычислительном центре может фатально сказаться на его работе: вычислительный центр не только выйдет из строя на неопределённый срок, но также будет повреждено и само оборудование. Стоит отметить, что понятие «микроклимат» есть не только температура, а целый ряд различных параметров и характеристик, каждая из которых будет влиять на оптимальную работу вычислительного центра. Основными документами, описывающими комфортный микроклимат в вычислительных центрах, являются русские СН 512–78 (п.3) и американский стандарт TIA 942 (п.5.3.5.).

Российские СН 512–78 (п.3) предъявляют следующие требования к микроклимату в вычислительном центре [2]:

– Температура воздуха в помещениях — 20°±2°С (не более 25°С) При подаче охлаждённого воздуха непосредственно в устройства температура его на входе не должна быть ниже 14°С.

– Относительная влажность воздуха — 20–70 % (не более 75 % в холодный период, в теплый для 25°С — не более 65 %, для 24°С и ниже — не более 70 %).

– Запыленность воздуха помещений не должна превышать: в серверной — 0.75 мг/м³, с размерами частиц не более 3 мкм (атм. пыль, сажа, дым, споры, асбест); в помещениях обработки данных — 2 мг/м³.

Американский стандарт TIA 942 (п. 5.3.5.) более строго задаёт основные показатели микроклимата и является стандартом, отвечающим всем современным требованиям, если сравнивать с российским аналогом [3]:

– Температура воздуха по сухому термометру: от +20°С до +25°С (не более 25°С)

– Точка нормальной настройки: +22°С

– Контрольный диапазон измерений ±1°С

– Относительная влажность воздуха: от 40 % до 50 %

– Точка росы: не более +21°С

– Скорость изменения температуры: не более +5°С в час

Реализация данных требований возможна благодаря правильно распределённой системой мониторинга и грамотной реализации системы кондиционирования и вентиляции. Под системой мониторинга понимается распределенная система датчиков по всему вычислительному центру. Стоит отметить, что одного датчика влажности будет хватать для одного помещения, но этого будет не достаточно, если мы говорим о датчике температуры. Причиной этому является неравномерное распределение температур в помещении: горячие точки будут находиться непосредственно рядом с вычислительными машинами.

Проблему горячих точек призвана решить грамотная реализация системы кондиционирования, упомянутая ранее. На сегодняшний день, существует два метода кондиционирования, отличающиеся направлением воздушных потоков. В первом способе фальшпол используется в качестве воздухопровода: холодные потоки выходят снизу к оборудованию, выводя тепло наверх [рис.2]. Минусом такого метода будет очевидно являться невозможность прокладки кабелей под фальшполом, так как излишнее загромождение будет мешать свободному прохождению холодных потоков. [1, с.166] По причине недоступности фальшпола, кабельную систему придётся прокладывать над стойками с вычислительными машинами. Второй метод реализации кондиционирования заключается в подаче холодных потоков со стороны потолка: таким образом, вычислительные машины будут обдуваться сверху вниз. Очевидным плюсом такого метода является свободное пространство под фальшполом, благодаря чему кабели будут размещены внутри без лишнего риска их повреждения в будущем. Минусом же будет дополнительная работа, совершаемая для нагнетания холодного воздуха вниз, так как горячий воздух будет подниматься вверх. Факторами, определяющими выбор того или иного метода, будут являться планировка стоек с вычислительными машинами в помещении и требование к использованию определённой мощности работы системы кондиционирования.

Рис. 2. Принципиальная схема работы кондиционирования с фальшполом, используемым в качестве воздухопровода

Мнение, что стойки для вычислительного оборудования — это всего лишь подставка для машин, ошибочно. Стойки призваны решать целое множество задач, одной из которых является охлаждение оборудования, о котором было рассказано ранее. Так же стойки позволяют грамотно распределить место, занимаемое вычислительным оборудованием, но лишь при том условии, что они правильно подобраны под соответствующее оборудование и грамотно расположены внутри вычислительного центра. Действительно, совсем не логично будет располагать оборудование, маленькое по размерам, в стойке, предназначенной для оборудования более крупных размеров, из чего следует вывод, что характеристики стоек, таких как ширина, высота, глубина, следует продумывать заранее, перед размещением в него оборудования. Стоит добавить, что более тяжелое оборудование должно располагаться внизу стойки, так как при таком расположении стойка будет более устойчива. Ещё одну важную роль стойки играют и в питании аппаратуры: блоки распределения питания обычно встроены внутрь стоек. Без стоек питание вычислительных машин становится бессистемным, из-за чего повышается риск возникновения пожара из-за большого количества удлинителей [1, c.180]. Последней немаловажной особенностью стойки является то, что она входит в часть кабельной инфраструктуры. Разработать и внедрить грамотную кабельную структуру в вычислительный центр — не самая простая задача: должны быть учтены требования, предъявляемые к определённому оборудованию в соответствии с задачами, которые возлагаются на него. Например, в вычислительном центре может находиться оборудование, которое может работать автономно без вмешательства инженера продолжительное время, а так же оборудование, в котором доступ к кабелям может требоваться ежедневно. В первом случае, кабельную систему стоит поместить в закрытый короб, который находится внутри стойки, во втором случае логичней будет использовать открытую укладку, когда кабели через определенное расстояние укладываются в разрезные кольца для быстрого доступа. [1, c.186] Важно добавить, что и в том, и в другом случае кабель должен быть уложен аккуратно: без лишних петель и провисаний. Не стоит забывать и о грамотной пометке кабелей: понятная организация системы цветов кабелей или их маркировка может быть невероятно полезной, когда количество кабелей, входящих в одно устройство достигает нескольких десятков. На [рис.3] для примера представлены стойки с инфраструктурой кабелей до и после их грамотной организации.

Рис. 3. Пример стойки с аппаратурой до и после организации инфраструктуры кабелей

При проектировке вычислительного центра одной из важнейших задач является разработка политики контроля доступа и безопасность. В решение данной задачи включается целая система различных мер, а именно [4]:

– Контроль доступа в помещение вычислительного центра должен быть круглосуточным и должен включать в себя систему бесконтактных пропусков, которая более надежна, если сравнивать её с запиранием двери на обычный ключ.

– Внутри и снаружи вычислительного центра должно быть установлено видеонаблюдение. Все записи должны быть сохранены не менее чем на 30 дней после записи, записывающее устройство должно находиться в охраняемой зоне.

– Противопожарная система должна быть разработана специально для вычислительного центра: системы пожаротушения не должны содержать вещества, которые могут повредить чувствительное оборудование, а так же система должна поддерживаться в рабочем состоянии квалифицированными специалистами.

– В каждом помещении вычислительного центра должна быть распространена информация, поясняющая последовательность действий при аварийных ситуациях.

Требования к проектировке вычислительного центра крайне разнообразны и включают в себя самые разные аспекты его работы, но все они равнозначно влияют на его цельное функционирование. Никогда не стоит пренебрегать определённым требованием по причине высокой стоимости, так как в нынешних реалиях одним главных залогов стабильной работы компании является высокопроизводительный отказоустойчивый вычислительный центр.

1. Лимончелли Т., Хоган К., Чейлап С. — Системное и сетевое администрирование. Практическое руководство, 2-е издание
2. СН 512–78 Строительные нормы. Инструкция по проектированию зданий и помещений для электронно-вычислительных машин
3. TIA 942 (2005) — Telecommunications Industry Association. Telecommunications Infrastructure Standard For Data Centers. USA
4. Data Center and Server Room Standards http://policy.ku.edu/IT/data-center-standards