Arvutuskeskus

Arvutuskeskus ehk andmekeskus on asutus, ehitis, ruum ehitises või hulk ehitisi, mida kasutatakse arvuti- ja toetavate süsteemide hoiustamiseks. Toetavate süsteemide hulka kuuluvad näiteks niiskuse, temperatuuri ja õhuvoolu reguleerimise seadmed. Selliseid asutusi kasutatakse pilvandmetöötluses ja telekommunikatsioonis. Ajalugu Arvutuskeskuste ajalugu võib arvestada 1945. aastast, mil käivitati esimene Ameerika Ühendriikide Pennsylvania ülikoolis ehitatud programmeeritav elektrooniline digitaalne arvuti ENIAC. See töötati välja USA maaväe poolt suurtüki tuletoetustabelite kalkuleerimiseks, ning leidis ka matemaatikute ja teadlaste poolt kasutust Manhattani projekti raames. Pärast II maailmasõda ehitati ENIAC-i keskusi Ameerika sõjaväebaasidesse (nt Pentagon, CIA peakontor jt), ning nende edasiarendamisse külma sõja ajal kaasati ka äsja loodud USA Luure Keskagentuur. Varajased arvutuskeskused olid peamiselt kasutuses luure ja kaitsetegevustes, seetõttu olid arvutiruumid tihti akendeta ja ainult ühe turvauksega. Jahutuseks kasutati suuri ja kalleid primitiivseid ventilaatoreid, ning arvutid koosnesid sadadest meetritest juhtmetest ja elektronlampidest, mis võisid üle kuumenema, põhjustades vahepeal isegi tulekahjusid. 1960. ja 1970. aastatel kiirenes arvutustehnoloogia areng hüppeliselt: kommertsturule tulid esimesed transistoritel põhinevad TRADIC arvutisüsteemid, mis olid palju väikesemad ja võimsamad võrreldes varasemaste elektronlampidel põhinevate seadetega. NASA teostas ka esimesed kuumissioonid kasutades sellel tehnoloogial põhinevat Apollo navigatsiooniarvutit. Tänu sellele arengule hakkasid õhkjahutusega arvutid tekkima kontoritesse, ning suured sihtpärased andmekeskused surid välja. 1980. aastatel IBM personaalarvuti leviku tõttu tõusid arvutustehnoloogia hiiud Intel ja Sun Microsystems, ning arvutid tekkisid ilma sügava kaalutluseta asukoha või masinate nõuete üle igale poole. 1985. aastal asutas Cornelli Ülikooli IBM seadmeid kasutades andmetöötluse keskuse, millest sai nurgakiviks ühele interneti eelkäijale – ARPANET. Infotehnoloogia kiire kasvuga hakkasid firmad otsima võimalusi kaasalöömiseks. 1990. aastatel hakkasid vanadesse hiiglaslikke seadmeid majutanud arvutiruumidesse tekkima algsed serverid, ning neid hakati kutsuma arvutuskeskusteks või andmekeskusteks. Keskuste püstitamisele aitas kaasa ka võrgutehnoloogia hinna langus ja kättesaadavuse tõus. Dot-com mulli ajal tõusis nõudlus internetiteenuste järele hüppeliselt, ning paljud kompaniid hakkasid rajama väga suuri arvutusasutusi. Rackspace Hosting avas esimese võrgumajutuse teenust osutava andmekeskuse aastal 1999. Pärast seda on andmekeskused kasvanud nii võimekuselt, arvukuselt kui ka energiaefektiivsuselt. Tehisintellekti ja krüptoraha laialdase levikuga on kasvanud ka energiatarbimine ja nõudlus rohkemate andmekeskuste järele. 2022. aasta seisuga tarbivad andmekeskused 240–340 TWh elektrit, krüptoraha kaevandamine 100–150 TWh elektrit, ning andmeedastus 260~360 TWh elektrit. 2024. aasta märtsi seisuga on maailmas 11 043 andmekeskust. Arvutuskeskuste liigid Arvutuskeskused jaotuvad oma kasutajate ja teenuste järgi laialdaselt viieks: Hallatud andmekeskus (Managed Data Center) Pilve andmekeskus (Cloud Data Center) Ettevõtte andmekeskus (Enterprise Data Center) Klaster andmekeskus (Edge Data Center) Kolokatsiooni andmekeskus (Colocation Data Center) Hyperscale'i andmekeskus (Hyperscale Data Center) Arvutuskeskuste disain ja tehnoloogiad Arvutuskeskuste disainimine on pikka aega kasvanud sektor, milles leidub väga erinevaid lõpptooteid. Keskusi on paigaldatud ümberehitatud kauplusruumidesse, vanadesse soolakaevandustesse ja sõjaaegsetesse punkritesse. Arvutuskeskuse disainimisel võetakse arvesse eri punkte: Suurus – ruum, üks või mitu korrust või kogu hoone. Mahutavus – saab mahutada kuni või üle 1000 serveri. Muu – keskkond, elektritarve, jahutus. Mehaaniline infrastruktuur – soojustus, ventilatsioon, konditsioneer, niiskusregulatsioon, õhurõhk jt. seadmed. Elektriline infrastruktuur – teenuste planeerimine, jaotamine, lülitamine, möödajuhtimine, puhvertoiteallikad ja veel. Disainikriteeriumid ja kaalutlused Kõrge kättesaadavuse tagamine – tehnoloogia valik ja tõrkeohtude elimineerimise hinna tasakaalustamine seisakuaja võimalike kuludega. Hindamiseks kasutatakse protsentuuri ajast, mil andmekeskus on kättesaadav. Skaala madalama otsa andmekeskused on 95% ajast kättesaadavad, kuid tipptehnoloogia proovib 99% taha seada võimalikult palju üheksaid. Asukoha valik – tähtis vooluvõrkude lähedus, telekommunikatsiooni infrastruktuuri kättesaadavus, võrguteenused, transporditeed ja hädaabiteenused. Modulaarsus ja painduvus – modulaarsus ja painduvus peab olema andmekeskuse juures sügavalt sisse disainitud, et keskused saaksid vastavalt vajadusele kasvada ja uueneda. Keskkonnakontroll – temperatuuri ja niiskust kontrollitakse konditsioneeri ja kaudsete jahutusmeetodite läbi, nagu välisõhk või merevett kasutav kaudne aurustuv jahutus (IDEC). Arvutite juures on ülioluline, et nad ei saaks niiskeks või kuumeneks üle. Niiskus võib põhjustada jahutuspuhurite tolmuga kinni kiilumist, mis võib viia ülekuumenemiseni. Voolutarve – tagavaravoolu tagamiseks tuleb paigaldada puhvertoiteallikaid, akupanku ja või diisli/gaasiturbiini generaatoreid. Et vältida üksikuid veapunkte on kõigist varuvoolu süsteemi elementidest harilikult tagavarakoopiad, ning kriitilised serverid on ühendatud mõlema süsteemiharuga. Sellist paigutust kasutatakse tihti, et saavutada N+1 redundancy. Madalapingeliste juhtmete vedamine – juhtmeid saab paigutada lae alla rennidesse või topeltpõranda alla, et vältida lisakulusid seadmepüstikute kohal juhtmete jahutamisel. Õhuvoolu tagamine – õhuvoolu kujundamine nii, et kõik komponendid saaksid piisavalt jahutust, ning kuum õhk eemaldataks ilma teisi seadmeid mõjutamata on arvutuskeskustes ülioluline. Selle üks lahendus on spetsialiseerunud paigutus, kus ühel pool servereid on jahe keskkond, ning teisele poole pumbatakse kuum jääkõhk, kuid eksisteerib paljusid teisi lahendusi. Tulekustutus süsteemid – andmekeskustes on väga arenenud tulekustutussüsteemid, mis kasutavad nii aktiivseid kui passiivseid disainielemente. Igapäevastes tegevustes on ka süttimise vältimiseks programmid. Kuna serveriruumides ei saa kasutada veepõhiseid kustutussüsteeme, siis seal kasutatakse tihti gaasilist tulekustutamist, mille korral pumbatakse ruum täis mittesüttivat gaasi, surudes hapniku välja. See on ohtlik, kui keegi peaks jääma tulekahjuga alasse. Turvalisus – füüsiline ligipääs andmekeskustele on tihti tugevalt piiratud. Kihilised turvasüsteemid algavad tihti aedade, pollarite ja turvaväravatega. Pärast neid tulevad turvakaamerad, ning suuremates või tundlikuma infoga asutustes on pidevalt kohal ka valvurid. Näpujäljetuvastusega turvaväravad on aina rohkem levimas, takistades loata ligipääsu, ning lukustades väljapääsud, kui tuvastatakse sissetungija. Küberkaitse – andmekeskused on väga atraktiivsed sihtmärgid küberkurjategijatele oma staatuse tõttu tänapäeva maailmas. Selleks peavad olema keskustel kõrgetasemeline viirusetõrjetarkvara, tulemüürid ja personali väljaõpe andmelekete vältimiseks. Energiatarve Energiatarve on arvutuskeskuste jaoks keskne probleem. Üksik seadmepüstik võib kasutada kuni 10 kW, samas kui suuremad asutused võivad kasutada kümneid kuni sadu megavatte. Paljude arvutuskeskuste elektritarve pindala kohta võib olla rohkem kui 100 korda suurem, kui kontorihoonetel. Kõrge elektritarbimisega arvutuskeskuses võib elekter olenevalt hinnast olla 70% opereerimiskuludest. Kõige levinum arvutuskeskuste elektriefektiivsuse hindamise suurus on voolutarbimise efektiivsus (power usage efectiveness e. PUE) mis väljendab suhet toetussüsteemide ja arvutussüsteemide energiatarbimise vahel. Andmekeskuse toetussüsteemide alla lähevad kõik, mis ei ole otseselt kalkuleerimisega seotud – tuled, jahutus, turvasüsteemid jms. Aastal 2023 oli andmekeskuste PUE keskmiselt 1,58, mis tähendab, et kui arvutussüsteemid tarbisid 1 W, siis toetussüsteemid tarbisid 1,58 W. Rahvusvaheline energiaagentuur omistab 1.5% globaalsest energiatarbimisest andmekeskustele ja andmeinfrastruktuurile. See number on aga palju kõrgem riikides, kus andmetöötlus on suurem sektor. Iirimaal moodustas andmekeskuste elektritarbimine 2022. aasta üldisest tarbimisest 18% ja Taanis ennustatakse arvutuskeskuste elektrikulu tõusu 15%-ni 2030. aastaks. Taastuvenergia andmekeskustes Arvutuskeskusi opereerivad kompaniid, neist suurimad Amazon, Meta, Microsoft ja Google ostavad ja toodavad suurtes kogustes päikese ja tuuleenergiat. 2021. aasta andmetega suutsid paljud neist oma elektri operatiivkulud täielikult taastuvenergiaga katta. Amazon lubab saavutada 100% taastuvenergia osakaalu 2025. aastaks. Tuleb meeles pidada, et oma tarbimisega samal hulgal taastuvenergia ostmine ei tähenda, et firmad opereeriksid täielikult puhtal energial, ning andmekeskused ja andmevõrgud võivad ikka joosta mittetaastuval energial. Taastuvenergia võib olla ostetud võrkudes või regioonides, kus ei ole firma asutusi. Google ja Microsoft on lubanud enda opereeritavates võrkudes toota või toetada taastuvenergia loomist oma tarbimise ulatuses 24/7 baasil aastaks 2030. Iron Mountain on seadnud samasuguse eesmärgi aastaks 2040. Viited