O que é Design de Data Center? Como Construir e Melhores Práticas

Você sabia que um smartphone, uma escova de dentes e um carro compartilham um princípio de design comum? Todos eles resolvem problemas usando primeiro o design e a funcionalidade centrados no ser humano. Este princípio também se aplica aos designs de data centers empresariais. As organizações podem construir data centers apenas após conhecerem seus requisitos de processamento de dados, armazenamento e conectividade. Como gerente de infraestrutura de TI, você provavelmente usa software de gerenciamento de infraestrutura de data center (DCIM) para operar data centers locais que hospedam aplicativos empresariais legados e cargas de trabalho virtualizadas. Agora, se você está considerando expandir a capacidade local, melhorar os serviços de nuvem pública ou adotar uma estratégia de nuvem híbrida, deve primeiro analisar o planejamento e design do data center. Isso ajudará na gestão e operações de dados sem interrupções enquanto você trabalha para melhorar a capacidade de rede do data center da sua empresa. O que é design de data center? O design de data center envolve a conceituação e o design da infraestrutura, layout arquitetônico e recursos de TI de um data center. Ajuda a modelar logicamente um data center antes de sua implementação. Decisões de design de data center construídas para um propósito exigem mais do que entender o nível de tier, custo de construção ou watts por metro quadrado. Um passo em falso pode aumentar os custos operacionais, desperdiçar capital e impedir que as metas de desempenho de tempo de atividade sejam alcançadas. Este artigo orienta você sobre considerações críticas a serem mantidas em mente ao projetar um data center. Por que o design de data center é importante? O design de data center é crucial para abrigar equipamentos de rede e sistemas de infraestrutura de TI para coletar, processar, armazenar e compartilhar dados de negócios. O design certo significa ter um espaço dedicado com os sistemas de refrigeração, energia, confiabilidade e segurança necessários para suportar as demandas de computação de uma organização. As empresas levam a sério o design de rede de data center moderno porque ele impacta o quão bem elas entregam recursos para parceiros, funcionários e clientes. Empresas pequenas ou médias muitas vezes lutam para acompanhar os investimentos de capital, despesas operacionais e manutenção que os data centers exigem. Elas frequentemente optam por instalações de data center de colocation que alugam espaços de rack de servidores. Componentes principais do data center Dependendo do seu tamanho, um data center pode ocupar parte de um edifício, instalações inteiras ou múltiplos edifícios. Esses espaços criam um ambiente robusto de sistemas de computador e servidores que garantem operações de dados ininterruptas, mesmo durante quedas de energia. A instalação física e a infraestrutura de TI de última geração são componentes vitais de qualquer construção de data center. Instalação do data center Uma instalação de data center é um espaço físico de edifício onde uma organização implanta a infraestrutura de TI. Ela hospeda dispositivos complexos de armazenamento, rede e computação para processamento de dados suave. As organizações devem considerar os seguintes fatores para uma arquitetura de data center ao projetar uma instalação. - Espaço é a metragem quadrada ou metros quadrados de espaço no chão que uma empresa precisa para acomodar sua infraestrutura de TI. Alguns podem dividir o espaço para diferentes propósitos. - Fornecimento de energia inclui fontes de energia tradicionais, renováveis e auxiliares que uma empresa precisa para operar todos os dispositivos de TI sem interrupção. A infraestrutura comum que fornece energia para dispositivos de TI inclui unidades de distribuição de energia no chão (PDUs), busways (sistemas de distribuição de energia aérea auto-contidos) e PDUs de rack. - Equipamentos de refrigeração como sistemas tradicionais de aquecimento, ventilação e ar condicionado (HVAC), unidades de manuseio de ar de sala de computador (CRAH) e sistemas de ar condicionado de sala de computador (CRAC) evitam que os ativos de TI superaqueçam. - Medidas de segurança como fechaduras eletrônicas de portas, alarmes, sistemas de vigilância por vídeo e scanners biométricos protegem os ativos contra roubo e danos. - Gestão de edifícios envolve o uso de sistemas de gestão de edifícios, soluções de gestão de instalações ou software de edifícios inteligentes para monitorar e gerenciar energia, temperatura, iluminação, umidade e registro de segurança. Infraestrutura de TI A infraestrutura de data center é um termo coletivo para todo o equipamento de TI que um edifício de data center usa para executar aplicativos e fornecer serviços de dados para clientes empresariais. Geralmente inclui os seguintes elementos. - Servidores suportam a funcionalidade do data center hospedando aplicativos e executando tarefas de computação. As instalações geralmente armazenam servidores em gabinetes de rack de servidores. - Dispositivos de armazenamento como arrays de disco não apenas armazenam aplicativos e dados de negócios, mas também os protegem. - Equipamento de conectividade de rede cria uma rede de elementos de cibersegurança como firewalls, roteadores, switches de data center e balanceadores de carga para processamento eficiente de dados de aplicativos. - Cabos são fios que conectam dispositivos de TI, servidores físicos e outros equipamentos em uma instalação. Uma infraestrutura de cabeamento eficiente garante transmissão de dados suave enquanto previne tempo de inatividade inesperado. - Sistemas de fornecimento de energia de backup, como dispositivos de fornecimento de energia ininterrupta (UPS), sistemas de energia de emergência e geradores, garantem a estabilidade da infraestrutura em caso de quedas de energia. - Soluções DCIM ajudam as organizações com configuração, monitoramento e relatórios de infraestrutura de data center. Como projetar um data center As organizações criam data centers com base em suas cargas de trabalho e necessidades únicas. Elas podem seguir padrões de data center existentes para projetar instalações tolerantes a falhas, escaláveis e seguras. Além disso, atualizações periódicas podem manter as instalações atualizadas e eficientes para lidar com requisitos de negócios em evolução. As empresas geralmente se concentram nos seguintes fatores ao projetar data centers. - Unidades de refrigeração - Planejamento de espaço - Layout elétrico - Design conceitual - Manutenção de instalações - Sistemas de prevenção de vazamentos - Geração de energia de backup - Equipamento de proteção contra raios - Comutação e distribuição de energia - Sistemas de confiabilidade e segurança do site - Requisitos de construção de edifícios - Sistemas de monitoramento de edifícios e ambiente Padrões de design de data center Os quatro principais padrões de design e infraestrutura de data center são: - O padrão de tier do Uptime Institute descreve a infraestrutura que uma instalação precisa para operações suaves de data center. Especifica quatro tiers com base na topologia dos data centers e na sustentabilidade operacional. Cada tier de data center define as capacidades de falha, manutenção, energia e refrigeração de funções de negócios específicas. - ANSI/TIA 942-B pela Telecommunications Industry Association (TIA) é outro padrão de infraestrutura de data center reconhecido globalmente. Especifica os requisitos de infraestrutura física de um data center para localização, construção, proteção contra incêndio, segurança, telecomunicações e manutenção. ANSI/TIA 942-B também apresenta quatro níveis de confiabilidade desenvolvidos por profissionais certificados pela Building Industry Consulting Services International (BICSI). - A série EN 50600, desenvolvida pelo Comitê Europeu de Normalização Eletrotécnica (CENELEC), é o padrão transnacional europeu para planejamento, construção e operação de data centers. Além do design de cabos e redes, também se concentra na gestão de energia e viabilidade ambiental. - ASHRAE pela American Society of Heating, Refrigerating, and Air-Conditioning Engineers é um padrão de energia popular para data centers. Compartilha diretrizes de HVAC&R para o uso de tecnologia sustentável em um ambiente de edifício. Padrões regulatórios e operacionais de data center Outros padrões regulatórios e operacionais incluem: - SAS 70 Tipo I ou II - Lei Sarbanes-Oxley - Lei Gramm-Leach-Bliley - Padrão ISO 9000 (para qualidade) - Padrões ISO 27001 (para segurança da informação) - Padrões ISO 14000 (para gestão ambiental) - Padrões EN 50600-2-6 (para operações e gestão) - Lei de Portabilidade e Responsabilidade de Seguro de Saúde (HIPAA) Melhores práticas para construir data centers As práticas corretas de design de data center transformam um espaço em uma instalação de data center eficiente, apta a hospedar e operar infraestrutura de TI. As empresas enfatizam a organização do espaço físico, sistemas de refrigeração, utilidades de energia e segurança para operações suaves. Espaço físico e organização Projetar um data center empresarial é mais complexo do que apenas conhecer o espaço que você tem. É crucial encontrar a instalação de data center do tamanho certo para que você possa acomodar futuras atualizações de acordo com as necessidades crescentes dos negócios. Por outro lado, você não quer espaço não utilizado. Considere os seguintes fatores ao planejar um design de espaço de data center. - Espaço no chão é a área da instalação onde você armazena equipamentos de TI. Embora você não possa planejar espaço extra ao reformar um data center existente, considere fazê-lo ao projetar uma nova instalação. Dessa forma, você estará melhor posicionado para acomodar as necessidades organizacionais futuras. - Iluminação é essencial para vigilância por vídeo. Considere usar luzes ecologicamente corretas que acendem com sensores de movimento à medida que as pessoas entram. Além disso, é melhor manter as luzes acesas durante a manutenção ou reparos. - Ruído é outro componente que precisa da atenção dos proprietários de data centers. O zumbido dos servidores e ventiladores de refrigeração cria ruído, por causa do qual você pode precisar de proteção auditiva. - Temperatura geralmente permanece baixa com sistemas de refrigeração em funcionamento. Portanto, os técnicos de suporte podem precisar de roupas de proteção enquanto trabalham em instalações de data center. - Peso é outro fator a considerar por causa da carga de equipamentos de TI, especialmente em data centers com pisos elevados para passagem de fluxos de ar de refrigeração. - Armários e racks são essenciais para abrigar equipamentos de TI. Algumas empresas adicionam racks vazios para acomodar mais servidores para necessidades futuras. - Cabos são fundamentais para conectividade de rede e distribuição de energia em um data center. Para segurança e eficiência, considere usar uma mistura de fibra ótica e cabos de cobre com os menores diâmetros. Além disso, um sistema de vigas aéreas pode ser implantado ou a fiação deve ser mantida abaixo do piso para liberar caminhos. Como encontrar o tamanho certo do data center O tamanho do data center varia com base nas necessidades de uma organização, mas se resume a fatores como configurações de servidor, tecnologias que você usa, arquiteturas de rede e orçamento. - Densidade mede a quantidade de energia que uma instalação usa para operações de data center. Está se tornando cada vez mais importante à medida que as empresas usam tecnologias de consolidação como virtualização de servidores para fazer mais com menos. Você pode calcular o tamanho e a densidade de um data center a partir da carga de pico em kilowatts e do espaço de computação. - Tamanho físico é a metragem quadrada de espaço no seu data center. Com a tecnologia mais recente, uma sala de data center pode conter mais servidores e arrays de armazenamento do que antes. É por isso que é essencial considerar o espaço para layout, planejamento de capacidade e discussões de densidade. - Tecnologia que você usa desempenha um papel fundamental em encontrar o tamanho certo do data center. Por exemplo, empresas que usam tecnologia legada podem gerenciar com arquitetura de rede e servidor tradicional de data centers menores. No entanto, elas devem considerar tecnologias de processamento, consolidação de servidores e densidade antes de atualizar sua capacidade de computação. Segurança do data center Além de proteger a instalação, as organizações também devem proteger sua rede, dados e infraestrutura de TI. A segurança em um data center envolve os seguintes aspectos. - Segurança física ou segurança de acesso refere-se ao gerenciamento de pessoal humano para que apenas executivos autorizados possam acessar a instalação e seus equipamentos. Medidas comuns de segurança física de data center incluem a implantação de vigilância por vídeo, manutenção de registros de funcionários, contratação de guardas de segurança e limitação de acesso a racks e servidores. - Segurança da instalação inclui várias medidas de manutenção preditiva que protegem o ambiente de um data center contra umidade, temperatura, energia e outras falhas ambientais. - Segurança de rede protege uma rede de data center com sistemas de detecção de intrusão (IDS), firewalls e listas de controle de acesso (ACLs) para conceder ou negar permissão àqueles que solicitam acesso a ambientes digitais. - Criptografia e backup de dados mantêm dados sensíveis seguros com proteção por senha e backup de dados. Software de segurança de data center As organizações combinam as seguintes soluções para proteger instalações e ambientes de data center. - Software de firewall - Software antivírus - Software de monitoramento de logs - Software de segurança de rede - Ferramentas de gerenciamento de configuração - Sistemas de detecção e prevenção de intrusões (IDPS) Design de refrigeração de data center A energia que um data center usa para alimentar servidores e outros equipamentos de TI se converte em calor. Quando não controlados, o calor e a umidade danificam dispositivos elétricos e podem levar a falhas. É por isso que operadores e gerentes de data center usam diferentes sistemas de refrigeração e técnicas de ventilação para manter a temperatura e os níveis de umidade de uma instalação. Os designers de data center se concentram no tamanho físico de uma instalação e nos sistemas HVAC para medir suas necessidades de refrigeração. Eles calculam isso convertendo as demandas de energia em watts para capacidade de refrigeração em toneladas. Sem o sistema de refrigeração do tamanho certo, um data center pagará a mais pela refrigeração que não precisa ou não terá capacidade suficiente para suportar sistemas de TI. As instalações de data center também devem prestar atenção em como lidam com o ar resfriado e aquecido. Salas de casa e escritório liberam ar frio de uma ventilação e removem o ar quente usando outra ventilação, permitindo temperaturas médias ao misturar ar resfriado e aquecido. Essa abordagem não funciona em data centers, pois contém racks com temperaturas extremamente altas que requerem refrigeração cuidadosa. Projetar uma instalação para fluxo de ar ideal é crucial para resfriar sistemas de TI e reduzir custos de utilidade. É por isso que os designers de data center usam esquemas de contenção como layouts de corredor quente ou corredor frio para lidar com o ar da sala de servidores. O que é um corredor quente ou corredor frio? Um layout de corredor quente ou corredor frio usa um corredor quente comum para coletar ar aquecido da parte traseira de um rack de servidor enquanto expõe o lado frontal dessas fileiras de racks ao ar frio. Nesse arranjo, todas as partes traseiras dos racks se enfrentam. Outro método comumente usado é o resfriamento líquido. Essa abordagem remove todas as fontes de calor e imerge total ou parcialmente equipamentos de TI em líquidos dielétricos resfriados, como óleos minerais. As tecnologias de resfriamento líquido são mais eficientes na transferência de calor do que o resfriamento a ar. No entanto, quando não feitas com cautela, essas tecnologias podem levar a inundações, intrusão de líquidos, corrosão de peças e desafios relacionados à segurança humana. Energia e desempenho do data center Os custos de utilidade são talvez a maior despesa operacional para data centers empresariais. Considere os seguintes fatores para maximizar o tempo de atividade e reduzir o tempo de inatividade com opções de energia confiáveis e econômicas para sua tecnologia de data center. - Use energia limpa livre de ruído elétrico, picos e surtos. - Melhore a confiabilidade da energia para prevenir apagões, quedas de energia e interrupções. - Instale soluções de backup de energia para minimizar o tempo de inatividade durante falhas de energia. - Aumente a eficiência do uso de energia monitorando as necessidades de energia para tarefas de TI e não TI. - Garanta capacidade de energia adequada para operar toda a infraestrutura do data center. Eficiência energética e sustentabilidade do data center As organizações não poderão compartilhar, armazenar e acessar dados com o clique de um botão sem data centers. No entanto, o fornecimento limitado de combustíveis fósseis e os níveis crescentes de emissão de dióxido de carbono (CO2) estão pressionando as empresas a serem mais conscientes sobre a eficiência energética. É por isso que estão se tornando mais conscientes sobre a redução do desperdício de eletricidade e da eficácia do uso de energia (PUE). Os data centers frequentemente acabam desperdiçando eletricidade devido ao uso de fontes de alimentação ininterruptas (USPs) para operar sua infraestrutura. Sua eficiência energética reduz à medida que a energia de entrada não resulta em trabalho útil. É por isso que usam medidas como PUE para estimar a eficiência energética. Princípios de design sustentável de data center: - Refrigeração de alta eficiência é usada para limitar o uso de energia dos sistemas de refrigeração. - Ferramentas e tecnologias digitais para facilitar a distribuição do fluxo de energia. - Uso de energia de baixo carbono e adoção de fontes de energia renováveis. - Otimização e automação de software para rastrear e corrigir o desperdício de energia. PUE é a razão entre a quantidade de energia que entra em um data center e a energia usada pela infraestrutura de TI nele. Empresas com razões mais próximas de um são consideradas como tendo infraestrutura de data center mais eficiente. Uma maneira de alcançar a melhor pontuação de PUE é reduzir os usos de energia não relacionados à TI e criar um espaço energeticamente eficiente. As empresas também estão buscando alcançar emissões líquidas zero de carbono com data centers verdes que usam energia de fontes renováveis. Por exemplo, podem usar energia solar, eólica, geotérmica ou hidrelétrica para alimentar a infraestrutura de TI em instalações. Lista de verificação de design de data center As organizações não podem adotar uma abordagem única para todos ao projetar data centers. É por isso que é melhor configurá-los para eficiência com as seguintes dicas. - Use métricas de PUE para medir a eficiência energética. - Gerencie e otimize o fluxo de ar para resfriamento adequado. - Aumente o manuseio de energia para melhorar a distribuição de energia. - Estrategize o layout de racks para melhor planejamento de capacidade. - Crie diretrizes de segurança para manter o ambiente do data center seguro. Construir vs. comprar um data center: Considerações principais Seu design de data center também depende de você estar construindo um novo ou comprando e atualizando um existente. Construir um requer uma quantidade significativa de capital, planejamento e tempo para ser concluído. Por outro lado, você pode usar serviços de colocation para alugar servidores e pagar custos operacionais comparativamente menores. Não tem certeza do que é melhor para você? Considere os seguintes fatores antes de finalizar seu design de data center. - Considere o tempo de entrada no mercado. O cronograma de design e construção também impacta o custo total de propriedade (TCO), especialmente se você estiver construindo uma instalação. Por exemplo, pode levar até 30 meses para construir completamente data centers. Trabalhar com provedores de infraestrutura de data center reduz esse tempo para um ano, já que eles frequentemente têm locais onde você pode construir. - O planejamento de capacidade é importante porque equipamentos de TI mais antigos são baratos de adquirir, mas podem aumentar seu custo mesmo após atualizações. Você não quer que o equipamento de computação ultrapasse a infraestrutura de suporte. Considere optar por construções modulares para estender a vida útil do data center. - A eficiência energética não é mais um gesto simbólico para mostrar seus compromissos de responsabilidade social corporativa. Os data centers consomem cerca de 1.000 kilowatts-hora (kWh) por metro quadrado, cerca de 10 vezes o que uma casa americana típica consome. Estima-se que os data centers assumam até 4% do consumo global de eletricidade até 2030. Você pode usar tecnologias de economia de energia facilmente em um novo data center, mas os custos de energia ainda serão a maior despesa. - A gestão de operações de data center é importante. As organizações precisam considerar se têm profissionais treinados para manter sistemas críticos de data center 24 horas por dia. Algumas empresas trabalham com provedores de serviços terceirizados para desfrutar do suporte de equipes qualificadas que podem acelerar reparos e minimizar interrupções. Além desses fatores, a avaliação final deve ser baseada em saber se construir um data center lhe dá uma vantagem estratégica ou restringe seus recursos a longo prazo. Perguntas a serem feitas ao avaliar construir vs. comprar Discuta essas perguntas internamente para ter mais insights sobre se construir ou comprar é mais adequado para sua organização. - Experiência: Sua organização já operou um data center no passado? Já construiu um anteriormente? - Relacionamento: Você já trabalhou com provedores de consultoria de infraestrutura de TI que podem ajudar com design e manutenção de infraestrutura? - Escopo e escala do projeto: Como o tamanho e escopo da instalação proposta se comparam com o seu último? - Orçamento e resultados anteriores: Você conseguiu manter o último projeto de data center dentro do orçamento aprovado? Foi concluído a tempo? Além disso, a equipe ficou satisfeita com os resultados? Houve mudanças que impactaram o custo e o tempo para concluir o projeto? - Erros: O que você pode fazer para evitar erros anteriores cometidos durante o último projeto de data center? Desafios de construção de data center As organizações devem prestar atenção aos seguintes fatores para garantir operações de instalação sem interrupções ao construir um data center. - Espaço de expansão insuficiente: As necessidades de negócios podem diferir no futuro. É por isso que é melhor decidir os requisitos de metragem quadrada após calcular o espaço para equipamentos de TI, espaço de escritório e áreas de preparação. - Problemas de energia e cabeamento: A maioria das falhas de energia ou interrupções não planejadas ocorrem devido a um planejamento inadequado de backup de energia. Além disso, os data centers também devem se concentrar em reduzir a latência com software de monitoramento de rede. - Custo total de propriedade: Além das despesas de capital e custos de energia, os data centers exigem manutenção regular. Criar um orçamento é importante para alinhar esses custos com o perfil de risco de uma organização. - Gestão de desempenho: A confiabilidade do sistema e a alta disponibilidade são fundamentais para o sucesso de um data center. As empresas não podem operar eficientemente sem uma abordagem calculada para gerenciar ambos. Software de gerenciamento de infraestrutura de data center (DCIM) As soluções DCIM são críticas para o gerenciamento de data center, monitoramento de ativos e rastreamento de desempenho. As empresas usam essas ferramentas para aumentar o tempo de atividade e a disponibilidade enquanto simplificam o gerenciamento e a documentação de dados. Melhores soluções DCIM - Site24x7 - ManageEngine OpManager - IBM Turbonomic - Nlyte - Cisco Nexus Dashboard * Acima estão as cinco principais soluções de gerenciamento de infraestrutura de data center do Relatório Grid® de Verão de 2024 da G2. Projetar corretamente é difícil, mas não fazê-lo é desastroso É menos provável que percebamos se um design é bom ou ruim se ele conseguir atender às nossas necessidades. No entanto, os data centers são instalações complexas que podem rapidamente se tornar incontroláveis sem um design bem planejado. Sem ele, você comprometerá a eficiência do seu sistema de computação em nuvem, dispositivos de armazenamento e sistemas de rede - todos essenciais para impulsionar as operações de negócios. Comece a simplificar o fluxo de dados entre data centers e ativos de infraestrutura com soluções de rede de data center. Este artigo foi originalmente escrito em 2023. Foi atualizado com novas informações.