С
каждым годом объем данных в мире увеличивается. Для их хранения и обработки
строятся мощные центры обработки данных (ЦОД), каждый из которых представляет собой сложнейший
технический объект. Работа вычислительного оборудования в ЦОД поддерживается
обширной технологической инфраструктурой, которая обеспечивает питание, охлаждение,
защиту данных. Бесперебойное функционирование и эффективное управление дата-центром – сложная
задача, учитывая, что малейшее изменение может привести к финансовым затратам, деградации
производительности и безопасности. Создание цифрового двойника может помочь
службам эксплуатации ЦОД сократить затраты на эксплуатацию и модернизацию,
свести риски возникновения проблем к минимуму, сократить время устранения
нештатных ситуаций.
Что собой представляет цифровой двойник
Концепция использования двойников начала применяться еще в XX
веке. Впервые ее использовали американские ученые в рамках космической
программы «Аполлон», построив два идентичных космических корабля, один из
которых моделировал состояние другого, находящегося в космосе.
Затем данная концепция получила свое развитие в «Зеркальных
мирах» Дэвида Гелернтера и в «Модели зеркальных пространств» Майкла Гривза.
Последняя чуть позже стала называться «Моделью зеркалирования информации».
Непосредственно термин «цифровой двойник» был впервые введен в 2010 году в
дорожной карте интегрированных технологий НАСА. На тот момент определение
данного термина было сформулировано так: «Цифровой двойник – это
интегрированная мультифизическая, многомасштабная симуляция транспортного
средства или системы, в которой используются наилучшие доступные физические
модели, обновления датчиков, история парка и т.д., чтобы отразить жизнь
соответствующего летающего близнеца».
Сегодня в литературе существует множество различных
определений термина «цифровой двойник». Обобщая, можно сказать, что это некая
виртуальная модель физического объекта, с которым происходит автоматический
взаимообмен данными, способствующий нахождению проблем и поиску их решений.
Применение ЦД в промышленности
В связи с огромными преимуществами, которые дает технология
цифровых двойников, она все активнее используется на предприятиях всех отраслей
экономики. Широкий спектр применения данной концепции включает в себя создание
цифровых двойников целых городов, помогающих в реализации проектов городского
планирования, технического обслуживания городской инфраструктуры и подготовки к
стихийным бедствиям.
Использование виртуализации позволяет повышать наглядность и
прозрачность операций, отслеживать поведение отдельных устройств системы
производства, оптимизировать безопасность и эргономику рабочей среды и многое
другое.
Цифровой двойник для дата-центра
Поскольку ЦОД является сложным техническим объектом,
использование системы технического учета и управления инфраструктурой ЦОД (DCIM)
с поддержкой создания цифровых двойников представляется целесообразным.
С помощью DCIM-системы создается виртуальная копия центра
обработки данных, включающая в себя элементы его инфраструктуры, в т.ч. серверы,
системы электропитания, устройства охлаждения и многое другое. Наличие такой
виртуальной модели позволяет специалистам эксплуатационной службы визуализировать
и оценивать текущее состояние компонентов ЦОД, прогнозировать потенциальные
проблемы и проигрывать сценарии "что будет, если", без вмешательства
в физическую среду. Они, например, могут смоделировать изменения в системе
охлаждения или энергоснабжения, чтобы определить их влияние на вычислительную
среду, и наоборот: смоделировать увеличение вычислительных ресурсов, чтобы
определить, хватит ли мощности систем охлаждения и электропитания для такого
увеличения.
Это позволяет значительно повысить эффективность работы,
минимизировать время простоя и оптимизировать использование электроэнергии,
позволяет проводить профилактическое обслуживание и принимать более
обоснованные решения в отношении инфраструктуры. Интеграция цифровых двойников
в управление центрами обработки данных представляет собой существенный шаг на
пути к повышению надежности и оптимизации ресурсов ЦОД.
Создание цифрового двойника ЦОД
Чтобы создание цифрового двойника стало возможным, DCIM-система
должна включать в себя обширную библиотеку цифровых моделей оборудования,
эксплуатируемого в ЦОД. Цифровые модели оборудования содержат графическое
изображение фасадов оборудования, а также паспортные характеристики, включающие
в себя данные об электропитании, массе и габаритах.
Сначала на основе цифровых моделей создается подробное
цифровое представление физической инфраструктуры, включающее все критически
важные компоненты, такие как серверы, СХД, системы охлаждения, источники
питания, сетевые подключения и устройства безопасности. Затем выполняется
виртуализация инженерных систем и оцифровка линий передачи данных, силовых
соединений, магистралей охлаждения.
DCIM-решение должно иметь интерфейсы для интеграции с
различными внешними системами и датчиками. Информация от них в режиме реального
времени передается в систему, что позволяет отражать состояние физического
центра обработки данных в любой момент времени.
Функциональность DCIM-системы должна включать в себя работу
в режиме планирования для моделирования проектов по модернизации
вычислительного и инженерного оборудования, реализации прогнозных сценариев.
Преимущества использования цифровых двойников в ЦОД
Снижение энергопотребления
Исследование Uptime Institute показало, что за счет использования DCIM-системы
центр обработки данных может сократить потребление энергии в среднем на 20%
(Uptime Institute, 2020). Информацию об энергопотреблении в режиме реального
времени отображается на 3D тепловой карте машинного зала, позволяя лучше
управлять энергопотреблением и охлаждением.
Оптимизация использования ресурсов
Согласно исследованию, проведенному компанией Intel, внедрение DCIM-системы приводит
к увеличению использования вычислительной мощности оборудования на 30% (Intel,
2019). DCIM-инструменты показывают детальную картину загрузки инфраструктуры.
Это помогает выявить недоиспользуемые ресурсы, благодаря чему улучшается планирование
мощностей и использование активов.
Сокращение времени восстановления после сбоев
По оценкам Uptime Institute, человеческий фактор является причиной 70% сбоев в
работе центров обработки данных, многие из которых обходятся операторам в
миллионы долларов (Uptime Institute, 2022). Благодаря тому, что DCIM-инструменты помогают быстрее выявить причину сбоя, время восстановления работоспособности инфраструктуры существенно сокращается.
Повышение эксплуатационной эффективности
Согласно исследованию Gartner, автоматизация рутинных задач центра обработки
данных с помощью DCIM-систем позволяет на 25% сократить временные затраты
эксплуатационной службы ЦОД (Gartner, 2020).
Планирование будущего: DCIM-решение предоставляет данные,
необходимые для эффективного планирования будущего роста и инвестиций в
инфраструктуру, что позволяет закупать только то оборудование, которое действительно требуется, и
тогда, когда оно реально необходимо.
Заключение
Дата-центры становятся краеугольным камнем современной
цифровой экономики. По мере роста их значимости будут ужесточаться требования к
их надежной и бесперебойной работе. Возможность соответствовать этим
требованиям будет во многом определяться наличием цифрового двойника в системе
управления ЦОД. Поскольку данная технология требует достаточно длительного
внедрения и интеграции в ИКТ-ландшафт ЦОД, целесообразно задуматься о подборе
подходящей DCIM-системы уже сейчас.
