Khái niệm trung tâm dữ liệu (Data center) lần đầu tiên xuất hiện vào đầu những năm 1940, khi ổ cứng máy tính xuất hiện nhiều vấn đề phức tạp trong vận hành và bảo trì.

Hệ thống máy tính ban đầu đòi hỏi nhiều thành phần kết hợp mà người vận hành phải kết nối với nhiều cáp khác nhau. Chúng cũng tiêu thụ một lượng lớn điện và cần làm mát thường xuyên.

Để quản lý hệ thống này, các công ty thường đặt tất cả phần cứng trong một phòng duy nhất, được gọi là trung tâm dữ liệu. Theo thời gian, những đổi mới công nghệ phần cứng đã làm giảm đi yêu cầu về kích cỡ và điện năng của máy tính, đi cùng với đó là tính phức tạp ngày càng tăng của hệ thống công nghệ thông tin (CNTT).

 1. Data center là gì

Theo IBM, Trung tâm dữ liệu là một căn phòng, tòa nhà hoặc cơ sở vật lý chứa đựng cơ sở hạ tầng CNTT nhằm mục đích xây dựng, triển khai và phân phối ứng dụng, dịch vụ, đồng thời lưu trữ và quản lý dữ liệu liên quan đến những ứng dụng, dịch vụ đó.

Đơn giản hơn, trung tâm dữ liệu là một vị trí vật lý lưu trữ máy tính và các thiết bị phần cứng liên quan của chúng. Nó chứa cơ sở hạ tầng máy tính mà hệ thống CNTT yêu cầu, chẳng hạn như máy chủ, ổ đĩa lưu trữ dữ liệu và thiết bị mạng. Đây là cơ sở vật lý lưu trữ dữ liệu kỹ thuật số của bất kỳ doanh nghiệp nào.

Trong những năm gần đây, mô hình data center đã phát triển rộng khắp, từ doanh nghiệp tư nhân, được kiểm soát chặt chẽ, chứa cơ sở hạ tầng CNTT truyền thống để sử dụng riêng, đến các cơ sở hoặc mạng lưới cơ sở từ xa thuộc sở hữu của nhà cung cấp dịch vụ đám mây, chứa cơ sở hạ tầng CNTT ảo hóa để chia sẻ dùng chung cho nhiều đối tác, khách hàng.

2. Thành phần hạ tầng của data center

Máy chủ

Máy chủ là những máy tính mạnh mẽ cung cấp ứng dụng, dịch vụ và dữ liệu cho thiết bị của người dùng cuối. Máy chủ trung tâm dữ liệu có nhiều hình thức: Máy chủ gắn trên giá đỡ (Rack-mount servers), máy chủ phiến hay còn gọi là máy chủ mật độ cao (Rack-mount servers), máy tính lớn (Mainframes).

Việc lựa chọn kiểu dáng phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm không gian có sẵn trong trung tâm dữ liệu, khối lượng công việc đang chạy trên máy chủ, nguồn điện khả dụng và chi phí.

Hệ thống lưu trữ

Có hai loại hệ thống lưu trữ trung tâm dữ liệu.



Thiết bị lưu trữ khối dữ liệu

Thiết bị lưu trữ khối dữ liệu như ổ cứng và ổ đĩa thể rắn lưu trữ dữ liệu theo khối và cung cấp nhiều terabyte dung lượng dữ liệu. Mạng khu vực lưu trữ (SAN - Storage Area Network) là các đơn vị lưu trữ chứa một số ổ đĩa bên trong và hoạt động như hệ thống lưu trữ khối dữ liệu lớn.

Thiết bị lưu trữ tệp

Các thiết bị lưu trữ tệp, chẳng hạn như thiết bị lưu trữ gắn vào mạng (NAS - Network-Attached Storage) có thể lưu trữ một lượng lớn tệp. Doanh nghiệp có thể sử dụng chúng để xây dựng kho lưu trữ hình ảnh và video.

Mạng

Mạng trung tâm dữ liệu, bao gồm nhiều loại thiết bị chuyển mạch, bộ định tuyến và cáp quang, mang lưu lượng mạng qua máy chủ (gọi là lưu lượng đông/tây) và đến/từ máy chủ đến máy khách (gọi là lưu lượng bắc/nam).

Như đã nhắc đến ở trên, dịch vụ mạng của trung tâm dữ liệu thường được ảo hóa. Điều này cho phép tạo các mạng lớp phủ do phần mềm xác định, được xây dựng trên cơ sở hạ tầng vật lý của mạng, để phù hợp với những biện pháp kiểm soát bảo mật cụ thể hoặc thỏa thuận cấp độ dịch vụ (SLA - service level agreements).

Quản lý nguồn điện và cáp

Hầu hết máy chủ đều có bộ nguồn kép. Bộ cấp nguồn liên tục (UPS - uninterruptible power supplies) chạy bằng pin bảo vệ chống lại hiện tượng tăng điện áp và mất điện trong thời gian ngắn. Máy phát điện mạnh có thể khởi động nếu xảy ra tình trạng mất điện nghiêm trọng hơn.

Với hàng nghìn máy chủ được kết nối bằng nhiều loại cáp khác nhau, quản lý cáp là mối quan tâm hàng đầu trong thiết kế data center. Nếu dây cáp đặt ở vị trí quá gần nhau, chúng có thể gây ra hiện tượng nhiễu xuyên âm, tác động tiêu cực đến tốc độ truyền dữ liệu và truyền tín hiệu.

Ngoài ra, quá nhiều dây cáp được xếp cùng nhau có thể sản sinh lượng nhiệt lớn. Việc xây dựng và mở rộng trung tâm dữ liệu phải xem xét và tuân thủ quy tắc xây dựng cũng như tiêu chuẩn ngành để đảm bảo hệ thống cáp hoạt động hiệu quả, an toàn.

Dự phòng và khắc phục thảm họa

Thời gian ngừng hoạt động của trung tâm dữ liệu gây tốn kém cho nhà cung cấp dịch vụ và khách hàng của họ. Đồng thời, nhà khai thác và kiến ​​trúc sư của data center cũng phải nỗ lực hết sức để tăng khả năng phục hồi cho hệ thống sau khi gặp vấn đề.

Biện pháp dự phòng và khắc phục thảm họa bao gồm rất nhiều thứ, từ hệ thống đĩa dự phòng (RAID - redundant arrays of independent disks) chống mất hoặc hỏng dữ liệu trong trường hợp phương tiện lưu trữ bị lỗi, đến cơ sở hạ tầng làm mát trung tâm dữ liệu dự phòng giúp máy chủ chạy ở nhiệt độ tối ưu, ngay cả khi hệ thống làm mát chính bị lỗi.

Nhiều nhà cung cấp trung tâm dữ liệu lớn có những trung tâm dữ liệu nằm ở những vùng khác biệt về mặt địa lý. Do đó, nếu xảy ra thảm họa tự nhiên hoặc gián đoạn chính trị ở một vùng bất kỳ, các hoạt động có thể được chuyển sang một vùng khác để không làm gián đoạn dịch vụ.

Kiểm soát môi trường

Các trung tâm dữ liệu phải được thiết kế và trang bị đầy đủ nhằm kiểm soát rủi ro từ yếu tố môi trường, có nguy cơ làm hỏng hoặc phá hủy phần cứng, dẫn đến thời gian ngừng hoạt động tốn kém đi kèm với những hậu quả nghiêm trọng khác.

Nhiệt độ

Hầu hết data center sử dụng một số hệ thống kết hợp giữa làm mát bằng không khí và làm mát bằng chất lỏng để giữ cho máy chủ và phần cứng khác hoạt động trong phạm vi nhiệt độ thích hợp.

Làm mát không khí về cơ bản là điều hòa không khí - cụ thể là điều hòa không khí trong phòng máy tính (CRAC - Computer Room Air Conditioning) - sử dụng cho bộ phòng máy chủ hoặc tại các hàng/giá máy chủ cụ thể.

Công nghệ làm mát bằng chất lỏng bơm chất lỏng trực tiếp đến bộ xử lý hoặc nhúng máy chủ vào chất làm mát trong một số trường hợp. Nhà cung cấp trung tâm dữ liệu hiện đang dần chuyển sang làm mát bằng chất lỏng để có hiệu quả năng lượng cao hơn và bền vững hơn vì phương pháp này cần ít điện, nước hơn so với làm mát bằng không khí.

Độ ẩm

Độ ẩm cao có thể khiến thiết bị rỉ sét, trong khi độ ẩm thấp làm tăng nguy cơ tĩnh điện. Thiết bị kiểm soát độ ẩm bao gồm các hệ thống CRAC nói trên, hệ thống thông gió phù hợp và cảm biến độ ẩm.

Tĩnh điện

Chỉ cần 25V phóng tĩnh điện, thiết bị có thể bị hỏng hoặc dữ liệu biến mất hoàn toàn. Do đó, data center thường được trang bị thiết bị giám sát tĩnh điện và xả tĩnh điện một cách an toàn.

Hỏa hoạn

Trung tâm dữ liệu không thể thiếu những trang bị thiết bị phòng cháy chữa cháy và phải được kiểm tra thường xuyên.

Trung tâm dữ liệu đóng vai trò quan trọng, không chỉ đối với doanh nghiệp mà còn với sự phát triển chung của xã hội. Hiện nay, nhiều đất nước trên thế giới đã và đang tiến hành xây dựng trung tâm dữ liệu quốc gia, hướng tới mục tiêu chuyển đổi số.