Trung tâm dữ liệu là công trình chuyên dụng để đặt và vận hành máy chủ, thiết bị lưu trữ, thiết bị mạng liên tục ngày đêm, kèm bốn hệ thống phụ trợ: cấp điện có dự phòng, làm mát, phòng cháy chữa cháy và an ninh vật lý. Máy chủ chỉ là phần nhìn thấy; phần lớn chi phí xây dựng và vận hành nằm ở điện, làm mát và các lớp dự phòng để máy không bao giờ phải tắt.
Bài này giải thích một trung tâm dữ liệu được cấu thành ra sao, các cấp độ Tier mà người ta hay nhắc khi chào thuê chỗ đặt máy, chỉ số PUE dùng để đo hiệu quả điện, và vì sao vị trí đặt trung tâm dữ liệu lại phụ thuộc vào nguồn điện, tuyến cáp quang và rủi ro thiên tai nhiều hơn là vào giá đất.
Một trung tâm dữ liệu gồm những phần nào
Đi từ ngoài vào trong, một trung tâm dữ liệu điển hình có các khối sau. Quy mô khác nhau nhưng thứ tự này gần như cố định.
- Đầu vào điện: một hoặc hai tuyến cấp điện trung thế hoặc cao thế, trạm biến áp riêng, tủ phân phối chính.
- Nguồn dự phòng: bộ lưu điện UPS đỡ những giây đầu khi mất điện, máy phát diesel đỡ phần còn lại, bồn nhiên liệu đủ chạy một khoảng thời gian thiết kế.
- Làm mát: máy lạnh chính xác cho phòng máy, chiller và tháp giải nhiệt ở trung tâm lớn, hệ thống hành lang nóng – hành lang lạnh để luồng gió không trộn lẫn.
- Phòng máy: sàn nâng hoặc máng cáp trên cao, tủ rack, hệ thống cáp có cấu trúc, đường cấp điện kép tới từng tủ.
- Phòng kết nối: nơi cáp quang của các nhà mạng đi vào và đấu nối với khách hàng; càng nhiều nhà mạng có mặt, khách càng dễ chọn đường truyền.
- Phòng cháy: hệ thống báo cháy sớm hút mẫu khí, chữa cháy bằng khí sạch để không phá thiết bị điện tử như nước.
- An ninh và vận hành: kiểm soát ra vào nhiều lớp, camera, trung tâm giám sát vận hành túc trực theo ca.
Một chi tiết hay bị bỏ qua: tải của một tủ rack đo bằng kilowatt điện, không đo bằng số máy chủ. Thuê chỗ đặt máy là thuê không gian, điện và khả năng làm mát đi kèm.
Tier I đến Tier IV nghĩa là gì
Phân cấp Tier phổ biến nhất do Uptime Institute, một tổ chức của Mỹ, đặt ra; ngoài ra còn tiêu chuẩn TIA-942 với các mức xếp hạng tương tự. Điểm cốt lõi của các cấp là khả năng bảo trì và chịu lỗi, không phải độ sang của toà nhà.
| Cấp | Ý chính | Khi bảo trì hoặc hỏng một thiết bị |
|---|---|---|
| Tier I | Một đường cấp điện, làm mát, không có thiết bị dự phòng | Bảo trì lớn thường phải tắt hệ thống |
| Tier II | Có thêm thiết bị dự phòng cho các bộ phận chính, vẫn một đường phân phối | Hỏng một thiết bị có thể chịu được; hỏng đường phân phối thì dừng |
| Tier III | Nhiều đường phân phối, mỗi thiết bị có thể bảo trì mà không tắt tải | Bảo trì theo kế hoạch không gây dừng; sự cố bất ngờ trên đường đang chạy vẫn có thể gây gián đoạn |
| Tier IV | Hai hệ độc lập chạy song song, chịu được một sự cố bất kỳ | Một sự cố đơn lẻ không làm dừng máy chủ |
Khi một nơi chào thuê ghi "đạt chuẩn Tier III", bạn nên hỏi rõ: chứng nhận cho thiết kế, cho công trình đã xây, hay cho vận hành; ai cấp; còn hiệu lực không. "Thiết kế theo Tier III" và "được chứng nhận Tier III về vận hành" là hai mức rất khác nhau.
Điện: thứ quyết định quy mô của trung tâm dữ liệu
Máy chủ biến gần như toàn bộ điện năng thành nhiệt, rồi hệ thống làm mát lại tốn thêm điện để đưa nhiệt đó ra ngoài. Vì vậy công suất điện là thước đo quy mô chuẩn của trung tâm dữ liệu: người trong nghề nói trung tâm "bao nhiêu megawatt" thay vì bao nhiêu mét vuông. Nhu cầu này lại tăng rõ khi máy chủ chạy tác vụ trí tuệ nhân tạo, vì mỗi tủ rack loại này tiêu thụ điện cao hơn nhiều so với tủ máy chủ thông thường.
Chủ đầu tư thường muốn hai tuyến cấp điện từ hai trạm biến áp khác nhau, để một trạm sự cố vẫn còn trạm kia. Đây là lý do trung tâm dữ liệu lớn hay chọn vị trí gần trạm biến áp 110 kV hoặc 220 kV, trong khu công nghiệp, khu công nghệ cao có lưới điện mạnh. Đất rẻ mà xa lưới, phải tự kéo đường dây dài, thì tổng chi phí và thời gian có thể cao hơn hẳn.
Chỉ số PUE (Power Usage Effectiveness) dùng để đo hiệu quả điện: lấy tổng điện năng của cả trung tâm chia cho điện năng cấp cho thiết bị công nghệ thông tin. PUE bằng 1 là lý tưởng không đạt được; càng gần 1 thì phần điện tiêu cho làm mát, chiếu sáng, tổn hao càng ít. Khi so PUE giữa hai nơi, hãy hỏi đo trong khoảng thời gian nào và ở mức tải bao nhiêu, vì trung tâm chạy non tải thường cho PUE xấu hơn.
Làm mát trong khí hậu nóng ẩm
Nóng ẩm là bất lợi tự nhiên. Ở xứ lạnh, trung tâm dữ liệu có thể lấy khí trời mát để làm mát nhiều tháng trong năm. Ở Việt Nam, nhiệt độ và độ ẩm cao quanh năm, nhất là phía Nam, nên phần lớn thời gian phải chạy máy lạnh cơ học, khiến chi phí điện cho làm mát cao hơn.
Hành lang nóng, hành lang lạnh. Tủ rack được xếp quay mặt vào nhau để khí lạnh thổi vào mặt trước, khí nóng thoát ra phía sau vào một hành lang riêng, có khi được che kín. Cách bố trí đơn giản này giảm rõ lượng điện làm mát vì không khí nóng và lạnh không trộn vào nhau.
Làm mát bằng chất lỏng cho tủ tải cao. Với tủ rack mật độ điện lớn, gió không còn đủ để mang nhiệt đi. Các giải pháp như ống dẫn chất lỏng tới tận chip, hoặc ngâm máy chủ trong chất lỏng cách điện, đang được dùng nhiều hơn ở trung tâm phục vụ tính toán hiệu năng cao.
Nước cũng là tài nguyên cần tính. Tháp giải nhiệt bốc hơi tiêu thụ nước. Khi đặt trung tâm dữ liệu lớn, chủ đầu tư phải tính nguồn nước, giấy phép khai thác và xả thải theo Luật Tài nguyên nước 2023 và Luật Bảo vệ môi trường 2020, nhất là ở vùng hay thiếu nước mùa khô.
Chọn nơi đặt trung tâm dữ liệu: các tiêu chí theo thứ tự hay gặp
Danh sách dưới đây là các yếu tố mà chủ đầu tư và khách thuê lớn thường cân nhắc. Trọng số mỗi yếu tố tuỳ mục đích: trung tâm phục vụ người dùng trong nước khác trung tâm làm điểm dự phòng.
| Tiêu chí | Câu hỏi cần trả lời | Vì sao quan trọng |
|---|---|---|
| Nguồn điện | Có mấy tuyến cấp điện, từ trạm nào, có đăng ký được công suất đủ cho giai đoạn mở rộng không | Điện là giới hạn cứng của quy mô |
| Cáp quang | Có tuyến cáp của nhiều nhà mạng đi qua không, có thể vào toà nhà từ hai hướng khác nhau không | Một tuyến duy nhất là điểm hỏng đơn |
| Rủi ro thiên tai | Cao độ nền so với mức ngập lịch sử, bão, sạt lở, địa chất | Ngập phòng máy là sự cố khó phục hồi nhất |
| Khoảng cách tới người dùng | Độ trễ tới các đô thị lớn, tới trạm cập bờ cáp quốc tế | Ứng dụng thời gian thực nhạy với độ trễ |
| Nước và môi trường | Nguồn nước cho làm mát, giấy phép, xả thải nhiệt | Ảnh hưởng tới công nghệ làm mát chọn được |
| Nhân lực và an ninh | Có kỹ sư vận hành tại chỗ không, an ninh khu vực | Trung tâm cần túc trực theo ca |
Với điểm dự phòng, người ta còn cân nhắc khoảng cách tới trung tâm chính: đủ xa để một sự cố khu vực, như ngập lớn hay mất điện diện rộng, không đánh cả hai, nhưng đủ gần để đồng bộ dữ liệu với độ trễ chấp nhận được.
Thuê chỗ đặt máy, thuê đám mây hay tự xây phòng máy
Doanh nghiệp vừa và nhỏ hiếm khi tự xây trung tâm dữ liệu. Có ba lựa chọn hay gặp. Thứ nhất là phòng máy chủ đặt ngay tại văn phòng hoặc nhà máy: rẻ ban đầu, chủ động, nhưng khó đạt được điện dự phòng, làm mát và an ninh tương xứng. Thứ hai là thuê chỗ đặt máy trong trung tâm dữ liệu (colocation): bạn mang máy chủ của mình tới, trả tiền chỗ, điện và đường truyền, trung tâm lo phần hạ tầng. Thứ ba là dùng dịch vụ đám mây: không giữ máy chủ vật lý, chỉ thuê năng lực tính toán, lưu trữ.
Không có lựa chọn nào đúng cho mọi trường hợp. Hệ thống điều khiển dây chuyền trong nhà máy thường phải chạy tại chỗ vì cần độ trễ thấp và phải hoạt động cả khi đứt mạng ra ngoài. Dữ liệu kế toán, quản trị, website hợp với đám mây hoặc colocation. Nhiều doanh nghiệp chọn kết hợp: hệ thống lõi chạy tại chỗ, bản sao lưu đặt ở trung tâm dữ liệu bên ngoài.
Khi ký hợp đồng thuê, hãy đọc kỹ cam kết chất lượng dịch vụ: tỷ lệ thời gian sẵn sàng, cách tính thời gian gián đoạn, mức bồi hoàn, quy trình báo sự cố, quyền vào phòng máy, và cách bàn giao dữ liệu khi chấm dứt hợp đồng. Cam kết ghi đẹp mà mức bồi hoàn chỉ là giảm vài phần trăm phí tháng thì không bù được thiệt hại khi dây chuyền dừng.
Đọc một tin về trung tâm dữ liệu mới cho đúng
Tin về trung tâm dữ liệu thường nêu diện tích, số tủ rack, công suất điện và cấp Tier. Con số đáng tin nhất để hình dung quy mô là công suất điện dành cho thiết bị công nghệ thông tin, vì diện tích có thể gồm cả văn phòng, kho, bãi đỗ xe. Cũng cần phân biệt công suất thiết kế cho toàn bộ dự án với công suất của giai đoạn đầu: phần lớn trung tâm dữ liệu xây theo từng khối, đưa vào vận hành dần khi có khách thuê.
Câu hỏi thứ hai là trung tâm phục vụ ai. Trung tâm cho thuê chỗ đặt máy nhiều khách khác trung tâm do một nhà cung cấp đám mây tự xây cho mình, và khác trung tâm của một cơ quan nhà nước dùng cho hệ thống nội bộ. Ba loại này có cách vận hành, mức mở cửa cho bên ngoài và tác động tới thị trường rất khác nhau.
Câu hỏi thứ ba là hạ tầng xung quanh đã sẵn chưa: đường điện cao thế, tuyến cáp quang, nguồn nước. Một trung tâm dữ liệu khởi công trên khu đất chưa có trạm biến áp đủ lớn thì tiến độ thực tế phụ thuộc vào tiến độ của ngành điện nhiều hơn là tiến độ xây toà nhà.
Câu hỏi thường gặp
Trung tâm dữ liệu khác phòng máy chủ ở văn phòng thế nào?
Khác ở các lớp dự phòng và mức chuyên môn hoá. Phòng máy chủ văn phòng thường chỉ có một máy lạnh, một bộ lưu điện nhỏ và cửa khoá. Trung tâm dữ liệu có nguồn điện nhiều tuyến, máy phát, làm mát dự phòng, chữa cháy bằng khí, kiểm soát ra vào nhiều lớp và đội vận hành túc trực.
Tier III có nghĩa là không bao giờ dừng?
Không. Tier III nghĩa là có thể bảo trì từng thiết bị theo kế hoạch mà không phải tắt tải. Một sự cố bất ngờ trên đường phân phối đang mang tải vẫn có thể gây gián đoạn. Mức chịu được một sự cố bất kỳ là Tier IV, và ngay cả Tier IV vẫn có rủi ro từ lỗi vận hành của con người.
PUE thấp có phải trung tâm dữ liệu tốt hơn?
PUE thấp cho thấy ít điện bị tiêu ngoài thiết bị công nghệ thông tin, tức hiệu quả năng lượng tốt hơn. Nhưng PUE không nói gì về độ tin cậy, an ninh hay chất lượng kết nối. So PUE chỉ có ý nghĩa khi cùng điều kiện đo: khoảng thời gian, mức tải, khí hậu.
Vì sao trung tâm dữ liệu lớn hay đặt trong khu công nghiệp hoặc khu công nghệ cao?
Vì ở đó dễ có lưới điện mạnh với trạm biến áp riêng, quỹ đất có hạ tầng sẵn, tuyến cáp quang của nhiều nhà mạng và thủ tục đầu tư tập trung. Những điều kiện này khó có ở đất lẻ trong khu dân cư, nơi kéo đường điện công suất lớn rất tốn thời gian.
Dữ liệu đặt ở đám mây có an toàn hơn đặt tại công ty không?
Thường an toàn hơn về mặt hạ tầng vật lý như điện, làm mát, chống cháy, vì nhà cung cấp lớn đầu tư các lớp mà công ty nhỏ không làm nổi. Nhưng an toàn dữ liệu còn phụ thuộc cách bạn phân quyền, đặt mật khẩu, sao lưu. Đám mây cấu hình sai vẫn có thể lộ dữ liệu.
Có cần sao lưu ở trung tâm dữ liệu thứ hai không?
Với dữ liệu mà mất là doanh nghiệp không vận hành được, nên có. Bản sao ở nơi thứ hai, đủ xa để không cùng chịu một sự cố khu vực, giúp khôi phục khi trung tâm chính gặp cháy, ngập, mất điện kéo dài. Nên thử khôi phục định kỳ, vì bản sao chưa từng thử thì chưa chắc dùng được.