DATACENTERS MODULARES EM CONTÊINERES*
Guilherme Legal de Oliveira**
Resumo: Cada vez mais são exigidos locais seguros para servidores e armazenamento
de dados, e um desafio é a escalabilidade dos datacenters tradicionais. Os datacenters devem atender os requisitos de economia de eletricidade, economia de refrigeração, reduzir a utilização do espaço físico, com o maior aproveitamento de processamento, ilimitado espaço de armazenamento e uma topologia de rede estável e confiável. Com isso, muitas companhias estão explorando novos conceitos de infraestrutura, com as possibilidades que as soluções em contêiner oferecem. Os Datacenters modulares em contêiner, por exemplo, buscam facilitar a instalação, expansão e realocação da infraestrutura do datacenter. Este artigo tem como objetivo apresentar as vantagens e como os datacenters em contêineres podem ser agrupados para expansão de datacenters existentes.
Palavras-chave: Economia. Armazenamento. Infraestrutura. Datacenter. Contêiner.
1 INTRODUÇÃO
O mercado da tecnologia da informação sofreu profundas mudanças nos últimos anos, e a evolução tecnológica cresce a passos acelerados, oportunizando empresas de vários segmentos a programarem novos recursos à cooperação. Tais recursos demandam cada vez mais de infraestruturas robustas e adequadas com disponibilidade, acessibilidade e confiabilidade, garantindo assim o uso e a segurança de seus dados. Portanto, a utilização de datacenters torna-se necessária como parte fundamental para a continuidade das operações diárias de uma empresa.
* Artigo apresentado como trabalho de conclusão de curso de Pós-Graduação, da Universidade do Sul de Santa
Catarina. Orientador: Mauro Faccioni filho, PhD. Blumenau, 2017.
Um datacenter físico tradicional é um ambiente de missão crítica, e a sua construção, ou expansão, é um processo delicado e complexo que envolve diversos passos exigindo grande conhecimento e um tempo significativo para conclusão do projeto. Em sua grande maioria, os datacenters são construídos no tamanho da operação atual da organização, e preparados para crescer conforme o aumento da demanda, evitando assim gastos desnecessários. Mas, o que fazer quando não há mais espaço interno adequado para construir ou expandir o datacenter?
Em um projeto de datacenter, a carga de TI define as instalações e a energia a ser adquirida da concessionária. A utilização da TI define a banda necessária do sistema de telecomunicações (SOUSA NETO, 2015). De acordo com Zucchi e Amâncio (2013), a construção de um moderno centro de processamento de dados exige um correto balanço entre tendências tecnológicas, ciência, fatores ambientais e baixo custo.
Os contêineres são o novo paradigma dos datacenters, surgindo para modificar as sofisticadas construções e salas que abrigam a infraestrutura de TI. Porém, como datacenters em contêineres podem ser agrupados para expansão de datacenters existentes? Há benefícios em utilizar este tipo de infraestrutura? Quais?
Este artigo expõe as razões para a utilização de soluções em datacenters modulares em contêineres.
1.1 DATACENTER TRADICIONAL
O datacenter é um local que centraliza todos os equipamentos de processamento e armazenamento de dados de uma organização. Usualmente os datacenters são construídos em ambientes seguros e requerem uma quantidade razoável de energia para manter o seu funcionamento.
Um datacenter é um conjunto integrado de componentes de alta tecnologia que permitem fornecer serviços de infraestrutura de TI de valor agregado, tipicamente processamento e armazenamento de dados, em larga escala, para qualquer tipo de organização. Os datacenters e suas conexões formam a infraestrutura da nuvem, quer seja pública ou privada (SOUSA NETO, 2015).
A rápida evolução dos sistemas computacionais, da internet e da computação em nuvem, tem gerado uma grande demanda por bases de dados confiáveis e velozes. Um elemento fundamental nesse ambiente são os centros de dados, atualmente denominados datacenters (FACCIONI FILHO, 2016).
De acordo com Sousa Neto (2015), o componente central da computação em nuvem é o datacenter, e toda organização possui um datacenter ou utiliza serviços de um datacenter.
Com a sua evolução, grandes desafios surgiram, novos conceitos, políticas de uso e normas foram criadas para orientar o uso correto desses ambientes de missão crítica.
Até a década de 90 os espaços que abrigavam e centralizavam os equipamentos e sistemas responsáveis pelo armazenamento e processamentos de dados de uma organização eram conhecidos como CPD (Centro de Processamento de Dados). Segundo Laia (2013), eram inicialmente compostos apenas por equipamentos de grande porte, os Mainframes, que por sua vez eram constituídos por ao menos uma CPU do Mainframe e seus diversos periféricos. Com o advento da microeletrônica, toda a capacidade de processamento e armazenamento contido em toda uma sala do CPD pode ser realizada em um único equipamento, sendo essa a característica que pode evidenciar a diferença em datacenter e CPD.
Na atualidade, os datacenters exigem um projeto cuidadoso em diversos aspectos, como espaço físico, conectividade, energia e administração. Uma grande dificuldade das empresas em relação ao seu datacenter é o dimensionamento adequado da infraestrutura, no que tange ao processo de expansão. Conforme aqui exposto, as tecnologias e a demanda de uso de dados crescem a passos largos, exigindo sempre renovações na infraestrutura. Quando essa renovação engloba o espaço físico, nem sempre é passível de aplicação.
Segundo a Huawei (2017), um dos grandes fabricantes de datacenters modulares em contêineres, a solução de datacenter em contêiner all-in-one busca mitigar problemas com a simplicidade de instalação e facilidade de alocação de toda a estrutura, que pode ser instalada em qualquer ambiente da corporação, como estacionamentos, galpões externos ou qualquer outro espaço ocioso dentro da corporação, atuando como um agente expansível para o datacenter físico tradicional. As soluções de datacenters em contêineres podem atuar ainda como uma opção de movimentação e/ou realocação do datacenter em caso de um desastre ambiental de grande escala.
Em suma, as possibilidades de utilização de datacenters modulares em contêineres podem trazer grandes benefícios à corporação. Este trabalho explora com maior ênfase o assunto, e explana o porquê de diversas empresas estarem apostando neste mercado, que a cada ano evolui e demonstra novas soluções e recursos.
Segundo Zucchi e Amâncio (2013) o desafio dos novos projetos de datacenter é conseguir maior eficiência dos diversos elementos construtivos e de instalação, ou seja, um menor consumo. Entre os vários elementos a serem considerados, pode-se citar:
a) Energia para alimentação dos equipamentos de rede e servidores; b) Ar condicionado;
c) Geração e manutenção da energia;
d) Elementos de detecção e combate a incêndio que não agridam a natureza e que não coloquem em risco a continuidade das atividades;
e) Segurança e controle de acesso uma vez que os dados armazenados podem ser de extrema importância para quem os armazena.
A energia para o IDC (internet datacenter) é o elemento sensível, uma vez que é fundamental não só para a alimentação dos servidores e equipamentos de rede como também para o ar-condicionado, que é considerado o vilão do consumo de energia elétrica (ZUCCHI; AMÂNCIO, 2013).
A capacidade energética de um datacenter é de preocupação constante dos gestores da planta. Marin (2011) também afirma que os equipamentos para armazenamentos de dados como SAN (Storage Area Network), NAS (Network Attached Storage), servidores Blade, roteadores, sistemas de refrigeração demandam muita energia. Esse alto consumo de energia, incide no custo total de propriedade (TCO, Total Cost of Ownership), tornando primordial o estudo e o controle pela eficiência energética.
De acordo com Marin (2011), o consumo elétrico de um datacenter geralmente está representado em aproximadamente 50% para climatização, cargas críticas de TI representam 36%, UPS correspondem a 11% e os 3% restantes são utilizados pela iluminação.
A redução dos custos de energia acarreta em um menor custo total de infraestrutura, mantendo a oferta de serviços competitiva e apta a atender às necessidades de futuros negócios. A infraestrutura é composta por servidores e redes de conexão, no qual, o custo de manutenção e reposição desta, tem se tornado um grande desafio para as empresas. Os datacenters que alcançam uma economia eficiente de energia conseguem gerenciar melhor o aumento de processamento computacional, da rede e as demandas de armazenamento.
Para Zucchi e Amâncio (2013) também deve ser considerada, no projeto, a maneira de se instalar o cabo, ou seja, é um fator determinante para a construção de um data center adequado para permitir fácil modificação no layout no decorrer do tempo.
1.2 DATACENTERS MODULARES EM CONTÊINERES
De acordo com Bramfitt e Coles (2011) os centros de dados modulares alcançaram evidência em 2007, e agora são oferecidos por muitos fornecedores sendo implantados por operadores de datacenter de "escala de utilidade", como Microsoft e Google, e em instalações menores em todo o setor. Essas unidades, que são muitas vezes em formatos padrão de contêineres, são cada vez mais comercializadas para usuários como uma alternativa rápida e eficiente em termos de energia aos projetos de datacenters tradicionais.
De acordo com Sousa Neto (2015), as empresas como a Activepower estão portando os equipamentos de energia (no-breaks e geradores) e de resfriamento de água (chillers) em contêineres específicos.
Os contêineres são interessantes para datacenters que podem ser disponibilizados rapidamente em eventos, para sites de contingência, em grandes instalações que precisam ser escaláveis e até como datacenters principais. Empresas como HP, IBM, Sun e Cisco já fornecem estas estruturas e Microsoft e Google atualmente utilizam contêineres próprios, comercialmente nos tamanhos de 20’e 40’ (SOUSA NETO, 2015).1
Segundo Faccioni Filho (2012) o mercado tem explorado três diferentes produtos que podem ser identificados como:
a) Contêiner “all-in-one”, onde todos os componentes de um data center são confinados em um único contêiner;
b) Contêiner de TI, onde apenas os equipamentos de TI (servidores, switches, etc) estão acomodados em racks;
c) Contêiner de infraestrutura, que comporta apenas equipamentos de infraestrutura, como geradores, equipamentos de ar condicionado, sistemas de energia ininterrupta (UPS).
A figura 1 exemplifica os três produtos apresentados anteriormente.
1 Tamanhos padronizados de contêineres 20’ (6 m de comprimento) e 40’ (12 m de comprimento), porém,
Figura 1 - Três diferentes produtos
Fonte: Faccioni Filho (2012)
1.2.1 Vantagens do uso de datacenters modulares em contêineres
Bramfitt e Coles (2011) afirmam que alguns projetos da primeira geração de datacenters modulares têm vantagens limitadas de eficiência energética em comparação com os datacenters tradicionais, porém sua implantação pode ser complicada por uma variedade de necessidades de suporte de infraestrutura, incluindo a necessidade de água gelada.
No entanto, ainda de acordo com Bramfitt e Coles (2011), em muitos casos podem continuar sendo uma boa escolha, incluindo o uso como uma solução a curto prazo, enquanto as instalações existentes são reabilitadas em regiões onde as condições climáticas não são adequadas para o uso do air-side economizers (Sistema automatizado que através de dutos utiliza o ar externo para reduzir ou eliminar a necessidade de resfriamento mecânico). Deve-se notar ainda, que alguns projetos recentes que utilizam abordagens de refrigeração de primeira geração oferecem um excelente desempenho de uso de energia.
As últimas unidades modulares, que se denominam como "segunda geração", apresentam capacidades de economia de ar, muitas vezes complementadas com resfriamento evaporativo, evitando a necessidade de um abastecimento de água gelada. Essas unidades, portanto, fornecem desempenho de energia superior, e podem ser implantadas com mais rapidez e menor custo (BRAMFITT; COLES, 2011).
As principais vantagens das unidades de datacenters modulares em contêineres são a facilidade e a velocidade de implantação aliados os possíveis custos de capital e de operação menores em comparação com os datacenters tradicionais, vistos que não envolvem obras de engenharia diretamente.
A tabela 1 demonstra o comparativo realizado pelo autor Sousa Neto (2015) exemplificando o tempo, custo de capital e custo de operação ao implementar um datacenter tradicional (TDC), datacenter em contêiner de primeira geração e segunda geração.
Tabela 1 - Comparativo de datacenters Atributos primários TDC CDC primeira
geração
CDC segunda geração
Tempo para implementar Longo- tipicamente dois anos
Meses – potencialmente curto.
Meses – simplificado pela menor estrutura de refrigeração quando comparado ao CDC primeira geração.
Custo de capital Muito alto
Mais baixo – falta informação sobre custos de
implantação.
Mais baixo – custo aumentado devido à redução dos custos de
infraestrutura.
Custo de operação
Variável – conforme eficiência
energética
Similar ao TDC com alguns ganhos e pré-engenharia.
Similar ao melhor TDC que usa refrigeração a ar. Fonte: Sousa Neto (2015)
Outro fator de extrema relevância é a facilidade de escalonar os datacenters em contêineres. Segundo Sousa Neto (2015) o crescimento de um datacenter em contêiner é muito mais simples, em relação ao datacenter tradicional, onde em boa parte dos casos se constrói um prédio de grande capacidade, projetando e visando o futuro crescimento da estrutura, podendo implicar em uma baixa eficiência.
A figura 3 apresenta a diferença em realizar o crescimento de um datacenter em contêiner versus um datacenter tradicional, relacionando capacidade de processamento e o tempo. É possível notar que a implementação de um datacenter em contêiner se faz mais rapidamente, pois não envolve diretamente obras de engenharia e sua escalabilidade é realizada em incrementos menores.
Figura 2 – Comparativo de crescimento entre TDC e CDC
Fonte: Sousa Neto (2015)
1.2.2 Seleção de datacenters modulares
De acordo com Bramfitt e Coles (2011), para o processo de seleção de datacenters modulares em contêineres são sugeridos alguns itens como: determinar requisitos de equipamentos de TI, selecionar o tipo de resfriamento com maior eficiência energética e decidir sobre requisitos adicionais. A especificação de uma solução de centro de dados modular deve incluir uma listagem de equipamentos de TI, no qual os seguintes tipos de informações devem ser documentados:
a) Espaço de rack inicial e futuro necessário;
b) Potência de TI máxima inicial, média e futura requerida por rack em cada módulo;
c) Temperatura máxima permitida do ar de entrada do equipamento informático; d) Temperatura de saída de ar de refrigeração mínima e máxima do equipamento
e) Tipo de fluxo de ar do equipamento de TI; f) Conexões de energia necessárias por rack.
4 CONCLUSÃO
Sabendo que a necessidade por internet e dados só irá aumentar nos próximos anos, surgem algumas tendências para a infraestrutura dos datacenters. Os Datacenters pré-fabricados ganharão espaço no mercado, pela alta velocidade de implantação, e sendo possível alocação em diversos espaços, inclusive abertos. Segundo Aquim (2017) as pesquisas indicam que o mercado global de Data Center Modular será superior a US$ 35B em 2021.
Segundo Delta Power Solutions (2017) um datacenter modular é mais vantajoso que um tradicional no aspecto dos custos de construção civil. Ele é montado na forma de módulos pré-fabricados, contratos de construção total e gestão são, em média, 30% menores que os datacenters tradicionais. Além de poderem ser customizados conforme a necessidade, evitando custo inicias desnecessários.
Outro ponto primordial na utilização de datacenter modulares é o fator energético, cada fabricante apresenta os resultados de seus produtos, tais valores impressionam e impulsiona este mercado. Em uma média de mercado módulos padronizados, pré-montados e integrados de alimentação e refrigeração para instalações de data centers são pelo menos 60% mais rápidos de implantar e proporcionam uma economia de custo inicial de 13% ou mais em relação à infraestrutura tradicional de alimentação e refrigeração dos data centers.
Este trabalho alcançou seu objetivo, demonstrando o grande potencial do uso dos datacenters em contêineres, sendo que, a necessidade motivada pela computação na nuvem, Internet das Coisas (IoT) ou Big Data, eleva o uso de infraestruturas apropriadas, e em um mercado cada vez mais competitivo, requerendo flexibilidade e capacidade de expansão em curtos períodos de tempo, o uso de contêineres torna-se ideal.
REFERÊNCIAS
AQUIM, Tatiane. IBM aposta em data center modular para o setor financeiro. 2017. Disponível em: < http://www.datacenterdynamics.com.br/focus/archive/2017/06/ibm-aposta-em-data-center-modular-para-o-setor-financeiro.>. Acesso em: 15 set. 2017.
BRAMFITT, M.; COLES, H.. Modular/Container Data Centers Procurement Guide:
Optimizing for Energy Efficiency and Quick Deploymen. 2011. Disponível em:
<http://www.missioncriticalmagazine.com/ext/resources/MC/Home/Files/PDFs/WP_Bramfitt .pdf>. Acesso em: 28 jul. 2017.
DELTA POWER SOLUTIONS. Datacenter Modular: Crescimento e Vantagens: Soluções
de Infraestrutura para Datacenter. 2017. Disponível em:
<http://www.deltapowersolutions.com/pt-br/mcis/artigo-tecnico-datacenter-modular-crescimento-e-vantagens.php>. Acesso em: 15 set. 2017.
FACCIONI FILHO, Mauro. Conceitos e infraestrutura de datacenters. Palhoça: Unisulvirtual, 2016. 117 p. (Livro digital).
FACCIONI FILHO, Mauro. Contêiner como alternativa para redução de custos com
energia. 2012. Disponível em: < www.fazion.com.br/netcom2013/MauroFaccioni_doc1.pdf
>. Acesso em: 01 ago. 2017.
HUAWEI. DataCenter em Contêiner All-in-One FusionModule1000A. 2017. Disponível em: <http://e.huawei.com/br/products/network-energy/dc-facilities/ids1000-a>. Acesso em: 20 abr. 2017.
LAIA, Wilson. Dos Grandes CPDs aos Datacenters – Parte I. 2013. Disponível em: <https://www.tiespecialistas.com.br/2013/03/dos-grandes-cpds-aos-datacenters-parte-i-2/>. Acesso em: 20 abr. 2017.
MARIN, Paulo S. Data Centers, Desvendando cada passo: conceitos, projeto, infraestrutura física e eficiência energética. 1.ed –São Paulo: Érica, 2011
SOUSA NETO, Manoel Veras de. Computação em Nuvem, Nova Arquitetura de TI: Nova arquitetura de TI. São Paulo: Brasport Livros e Multimídia Ltda, 2015. 193 p.
ZUCCHI, Wagner Luiz; AMÂNCIO, Anderson Barreto. CONSTRUINDO UM DATA
CENTER. 2013. Disponível em:
<www.revistas.usp.br/revusp/article/download/61684/64573>. Acesso em: 31 jul. 2017.
