Социальные сети и онлайновые сервисы новой волны формируют в тысячу раз больший трафик внутри ЦОДов, нежели типовые веб-системы. Это связано, в частности, с использованием скоростных распределённых NoSQL-движков под огромные объёмы информации пользователей, когда данные удобнее хранить в ненормализованном виде — в целях быстрейшего отклика на клиентский запрос одна и та же информация может многократно дублироваться по множеству серверов. Классические же сетевые инфраструктуры ЦОДов рассчитаны больше на прямые схемы взаимодействия с пользователями. В результате сложилась критическая ситуация: ЦОДы, спроектированные по типовым моделям, оказываются слишком дорогими и прожорливыми. Например, в десятках ЦОДов Microsoft общей стоимостью 4,25 млрд. долл. функционирует уже миллион серверов с годовым потреблением электроэнергии 2,6 ТВт (эквивалентно потреблению сотен тысяч американских домов). Очевидно, нынешний экстенсивный путь развития ЦОДов тупиковый и им надо срочно двигаться в направлениях тотальной управляемости и экономии.

Facebook для ЦОДов

Наиболее ответственно к этой проблеме отнёсся Facebook, запустив в 2011-м проект Open Compute Project (OCP), подразумевающий выработку унифицированных спецификаций для построения эффективных ЦОДов по разумным ценам. Из серверного оборудования удаляются все лишние и дорогостоящие компоненты, не связанные с его прямым назначением, минимизируется содержание металлических и пластиковых элементов. Во многих случаях серверам не нужны, например, всевозможные внешние интерфейсы. А главное, OCP задаёт разделение ИТ-архитектуры на отдельные составляющие, базовым логическим элементом которых становится стойка. Facebook ещё в прошлом году выпустил первую партию оригинальных серверных стоек, а затем совместно с корпорацией Intel специально для OCP была разработана модель стойки на основе дешёвой кремниевой фотоники. Таким образом, компактные OCP-серверы размером буквально с книгу изолируются от систем хранения данных и сетевых интерфейсов, выносимых в стойку. В итоге, в частности, удаётся существенно экономить на оптовых закупках однотипных элементов, а в перспективе подобная архитектура позволит бесшовно перейти к модели программно-управляемого ЦОДа.

Выработкой формальных требований и стандартизованных описаний для блоков питания и системных плат в рамках OCP сегодня занимаются практически все заинтересованные компании: AMD, Asus, Baidu, Hewlett-Packard, Intel, NTT, Rackspace, VMware и др. Так, в мае корпорация AMD выпустила серверы по спецификации AMD Open 3.0, соответствующей OCP, в июне в OCP вошла компания AMAX, известная немалым числом инновационных наработок в сфере высокопроизводительных вычислений. А главный инженер Rackspace Марк Ройник заявил, что OCP станет массовым стандартом уже к 2017 г., когда до 50% серверов будут отвечать нормам этого проекта. Что касается самой Rackspace, то цикл обновления серверов в ней за счёт массовых закупок OCP-оборудования сократился с четырёх до полутора лет. Ещё один активнейший потребитель OCP-сертифицированной аппаратуры — это облачный провайдер Amazon.

OCP: сплошной позитив

Инициатива OCP пока что оправдывает самые радужные ожидания. В г. Алтуна (шт. Айова, США) Facebook готовит свой самый передовой OCP-ЦОД Catapult стоимостью 1,5 млрд. долл. Для добывания электроэнергии планируется активно задействовать ветряки, вода для охлаждения будет собираться из дождевых стоков, проходить почти замкнутый цикл переработки через туалеты и газоны, что сэкономит её расход на 70%, а связь с внешним миром будет вестись через государственную оптоволоконную магистраль, проложенную рядом с шоссе Highway 80. Запущен также первый ЦОД Facebook за пределами США, в шведском г. Лулео за полярным кругом. Этот ЦОД отличается повышенной экологичностью, так как использет электричество местной ГЭС, охлаждается воздухом и столь надёжен, что позволяет на 70% снизить потребность в генераторах на случай сбоев. Все его серверы соответствуют нормам Open Compute Project.

Даже вся ИТ-индустрия Тайваня, включая Asus, Gigabyte, Taiwan Mobile, а также ведущих национальных облачных провайдеров, объединилась в Open Compute Project Taiwan и, в частности, займётся внутренней сертификацией оборудования по требованиям OCP.

OCP и SDN

Теперь дошла очередь и до сетей. Лидеры Facebook объявили на первом Open Compute Engineering Summi, прошедшем в мае, о начале экспансии OCP в сетевую отрасль. Заинтересованность в этом хорошо понятна: инженерам Facebook не нравится отсутствие “интеллектуального” взаимодействия между ПО и сетевой частью. Каждый набор пакетов просто отправляется приложением в сеть, которая в процессе его передачи никак не учитывает смысловое назначение содержимого, но такой учёт может очень сильно оптимизировать трафик. Поэтому Facebook разрабатывает собственную реализацию программно-управляемых сетей (SDN), не привязанную ни к конкретным маркам коммутаторов и маршрутизаторов, ни к конкретной ОС.

Фактически предлагается концептуально новый подход к построению ЦОДов: отказ от обычной клиент-серверной аппаратной модели, когда данные изымаются из устройств хранения и передаются пользователям, и переход к “плоской” архитектуре, когда потоки данных оптимизируются под трансляцию от сервера к серверу. Но так как необходимость поставки информации конечным клиентам никто не отменял, Facebook вкладывается и в развитие оптоволоконных линий нового поколения между странами — в частности, в подводный канал Asia-Pacific Gateway между странами Южно-Азиатского региона, включая также Китай, и в связь своего шведского ЦОДа с центрами других европейских государств.

Программная начинка OCP

В дополнение к аппаратным спецификациям OCP планирует также выпуск и программно-стандартизованного дистрибутива операционной системы для ЦОДов. И, похоже, главный кандидат на его разработку уже выбран: это стартап Cumulus Networks, который в июле представил версию Cumulus Linux, официально позиционируемую как ОС для крупных ЦОДов Facebook, Google и др. Её можно устанавливать на “голые” коммутаторы без собственного управляющего ПО, что позволяет без особых проблем развёртывать на такой платформе программно-управляемые сети. Деятельность Cumulus уже поддержана поставщиками подобной аппаратуры (Accton, Agema, Broadcom, Quanta), а Facebook тут же объявил Cumulus своим партнёром по деятельности в рамках OCP.

Организовали компанию Cumulus в 2010-м выходцы из Cisco и VMware, а её CEO Джей-Ар Риверс, ранее возглавлявший в Google направление проектирования сетевого оборудования под концепцию SDN, заявил о крайне амбициозных планах сотворить с сетевой индустрией то, что оригинальный Linux проделал с серверной индустрией — ликвидировать монополию вертикально интегрированных брендов наподобие Sun с помощью массовых x86-серверов. Под эту концепцию он быстро привлёк 15 млн. долл. инвестиций.

Кто дружит с Facebook?

Хотя главным окучивателем сетевого рынка назначена Linux, наивно было бы думать, что такой тренд оставит без внимания Microsoft. Ведущие инженеры Microsoft и Facebook тесно пообщались на июльской конференции Datacenter Dynamics в Сан-Франциско, обсудив деятельность фонда Open Networking Foundation, развивающего SDN-подходы. И вот тут очень интересно, какие точки соприкосновения смогут найти Linux и Windows.

С кем ещё может объединиться Facebook на почве OCP? Джей Пэрик, вице-президент Facebook по инфраструктурному инжинирингу, недавно заявил о планах разработки дешёвой специализированной флэш-памяти, которая будет отличаться не максимизированной поддержкой числа циклов записи данных, над чем сегодня трудятся флэш-производители, ориентируясь на массового потребителя, а на обеспечении долгосрочного хранения редко считываемой информации. Этот подход востребован, например, в типовых для масштабных социальных сетей ситуациях, когда пользователи загружают на серверы огромное количество фотографий, которые изредка просматриваются единичными друзьями. Такие технологии готовит, в частности, стартап Fusion-io, и появятся они на рынке уже совсем скоро, тем более, что занимаются ими и ИТ-гиганты. Так, IBM на июньской конференции IBM Edge2013 представила семейство FlashSystems, в разработку которого вложен 1 млрд. долл. и которые официально позиционируются как подложка для SDN и ЦОДов нового поколения с собственным промежуточным ПО.

Кто против OCP?

Не менее интересно, чем на претензии и потенциальные угрозы OCP ответят ИТ-лидеры. Аналитики Gartner уже отметили спровоцированный деятельностью OCP тренд выпуска серверов никому не известными фирмами, доля которых быстро растёт за счёт самых признанных брендов. Ведь OCP-концепция разделения ИТ-архитектуры явно противостоит вертикальному подходу системных интеграторов и ведущих вендоров (Cisco, EMC, HP, IBM и др.), ориентирующихся на “ЦОД под ключ”, в котором оборудование и ПО ведущих производителей подобраны и скомпонованы под оптимальную производительность на аппаратном уровне. Так, Hewlett-Packard недавно анонсировала Project Moonshot, который экономит ЦОДам до 89% электроэнергии, а сам сервер этой модели по размерам меньше на 80%, чем машины прямых конкурентов, и вдобавок на 77% дешевле. Недостаток подобных решений —весьма высокие стоимость и сложность освоения, отсутствие независимых стандартизованных инструментов для автоматизации, мониторинга и оркестровки сетевых процессов.

Поможет ли новая сетевая ОС на базе Linux и дешёвого железа под спецификациями Open Compute Project в создании недорогих и эффективных масштабных ЦОДов, приведёт ли к активизации массовых SDN-проектов? Эксперты IDC полагают, что это направление, как минимум, завоюет достаточно внушительное место под рыночным солнцем, и, конечно, замечательно, что наконец-то появляются реальные альтернативы “десятилетиями проверенным подходам”.

Версия для печати